La Célula Vegetal El cloroplasto, estructura y función Fotosíntesis Profesor: León A. Bravo Laboratorio de Fisiología y Biología Molecular Vegetal E-mail [email protected]
La Clula Vegetal
El cloroplasto, estructura y funcin
Fotosntesis
Profesor: Len A. Bravo
Laboratorio de Fisiologa y
Biologa Molecular Vegetal
E-mail [email protected]
La clula
vegetal
5 m
Mesophyll cell
StomataCO2
O2
Chloroplast
Mesophyll
Vein
Leaf cross section
Las clulas del
Mesfilo poseen
Cloroplastos
1 m
Thylakoid
space
Chloroplast
GranumIntermembrane
space
Inner
membrane
Outer
membrane
Stroma
Thylakoid
Doble envoltura
Genoma propio
Reproducen autnomamente
Tienes sus propios ribosomas
Internamente:
Estroma y tilacoides
Agrupaciones de tilacoides:
Grana, plastoglobulos
asociados a lamelas
tilacoidales
El cloroplasto
PSI y PSII con sus LHCI y LHCII
Los fotosistemas en
la membrana tilacoidal
Lhca1
Lhca2
Lhca3
Lhca4
Lhcb1
Lhcb2
Lhcb3
Lhcb4
Lhcb5
Lhcb6
LHCI
LHCII
Major LHC
Minor LHC
LA PORCIN VISIBLE DEL ESPECRO
ELECTROMAGNTICO
Absorcin de luz por las
clorofilas
Pigmentos en Organismos
Fotosintetizadores
OrganismoClorofilas
a b c dCarotenoides Ficobilinas
Plantas + + - - + -
Algas Verdes + + - - + -
Diatomeas + - + - + -
Dinoflagelados + - + - + -
Algas Pardas + - + - + -
Algas Rojas + - - + + +
Cianobacterias + - - - + +
Disposicin de los tilacoides y del
aparato fotosinttico en Cianobacterias.
Los ficobilisomas
Espectro de absorcin de los pigmentos y
composicin de los ficobilisomas en diferentes
ambientes lumnicos
Los fotosistemas en la membrana
tilacoidal de las plantas superiores
El PSII Contiene al complejo
hidroltico del agua
PSI and
Ferredoxin
La Fotosntesis
Fotosntesis oxignica:
CO2+ 2H20 (CH20)+ 02 + H20
Fotosntesis anoxignica:
CO2+ 2H2S (CH20)+ 2S + H20
Fases de la fotosntesis
Fase lumnica Fase oscura
La fase lumnica en el tilacoide
Mill
makes
ATP
e
NADPH
ee
e
e
eATP
Photosystem II Photosystem I
e
Light
Fd
Cytochrome
complex
ADP
+
iH+
ATPP
ATPsynthase
ToCalvinCycle
STROMA(low H+ concentration)
Thylakoidmembrane
THYLAKOID SPACE(high H+ concentration)
STROMA(low H+ concentration)
Photosystem II Photosystem I
4 H+
4 H+
Pq
Pc
LightNADP+
reductase
NADP+ + H+
NADPH
+2 H+
H2OO2
ee
1/21
2
3
ATP synthase
Resumen de la Fase fotoqumica
primaria
Fotlisis del agua
Transporte de electrnes en los complejos
tilacoidales y de protones al interior del
saco tilacoide.
Sntesis de ATP
Reduccin de la molcula de Fd y NADP+
a Fd-Red y NADPH respectivamente.
Etapa oscura de la fotosntesis:
la fijacin y asimilacin del CO2
Relacin entre las etapas
lumnica y oscura
Aparato para estudiar asimilacin del
carbono en Chlorella
Fotosntesis en Chlorella
Rubisco
Actividad de la Enzima
RUBISCO: Ribulosa bi-
fosfato carboxilasa oxige
nasa.
Rubisco un hetero-hexadecamero
RuBisCO PDB 1RCX
RuBisCO PDB 1RCX
RbcL: sub-unidad mayor (56 KDa) -477aa
Codificada en el cloroplasto.
RbcS: subunidad menor (14 KDa) 123aa
Codificada en el ncleo
L8S8
Regulacin de Rubisco
Etapas del
ciclo de
Calvin
de la
asimilacin
del carbono
El ciclo de Calvin
La rubisco es una enzima bifuncional
Actividad carboxilsica: fotosntesis
Actividad oxigensica: fotorespiracin
Fotorespiracin
Fotorespiracin
Sntesis de sacarosa y almidn
Las plantas con
fotosntesis C4El aceptor de
CO2 es el PEP (fosfoenolpiruvato)
y
la enzima la PEP carboxilasa
La va C4 de asimilacin del CO2
C3 vs C4
Plantas CAM: metabolismo
cido de las crasulceas
Los estomas se abren en
la noche. El CO2 se fija
formando cidos orgnicos
como Malato, el cual se
acumula en las vacuolas
En el da se cierran
los estomas, entonces
se descarboxila el
Malato y se asimila el
CO2
Fijacin
Asimilacin
CO2
Sugarcane
Mesophyllcell
CO2
C4
Bundle-sheathcell
Organic acidsrelease CO2 to Calvin cycle
CO2 incorporatedinto four-carbonorganic acids(carbon fixation)
Pineapple
Night
Day
CAM
SugarSugar
Calvin
Cycle
CalvinCycle
Organic acid Organic acid
(a) Spatial separation of steps (b) Temporal separation of steps
CO2 CO2
1
2
Recapitulando
El CO2
es fijado a una molcula de 5 carbonos (Ribulosa 1,5 bP) en
la primera reaccin del ciclo de Calvin-Benson (catalizada por
Rubisco), generandose 2 moleculas de 3 PGA (C3) y luego 2 triosas-
P.
Las triosas-P son los precursores de azcares ms complejos
(almidn y sacarosa).
La actividad Carboxilasa y oxigenasa de Rubisco ha dado origen a
una ineficiencia en la fijacin de CO2
denominada fotorespiracin.
Existe variantes en que el CO2
es fijado a una molcula de 3
carbonos (PEP) generando como producto cidos orgnicos de 4
carbonos (Fotosntesis C4).
Dentro de este grupo adems existe una familia de plantas, las
Crasulaceas, que evolutivamente se ha adaptado a ambientes ridos
generando un tipo especial de fotosntesis C4 denominado CAM, las
cuales fijan el CO2
en la noche y lo asimilan durante el da.
Fig. 55-21
CO2
Temperature
1960300
1965 1970 1975 1980
Year
1985 1990 1995 2000 2005
13.6
13.7
13.8
13.9
14.0
14.1
14.2
14.3
14.4
14.5
14.6
14.7
14.8
14.9
310
320
330
340
350
360
370
380
390
Free
Air
CO2Enrichment