Biología celular II: Plastos y fotosíntesis. Mitocondrias y producción

Profesor: N. Tomás Atauje Calderón
Repaso de Biología
Quinto Año 2015
Plastos
 También llamados plastidios.
 Son organelas características de algas y plantas; existen
varios tipos y cumplen diversas funciones.
 Tipos de plastidios:
 Leucoplastos: Almacenan moléculas orgánicas(almidón,
aceites, proteínas).
 Cromoplastos: Dan color a las plantas.
 Cloroplastos: Realizan fotosíntesis.
 Todos los plastidios maduros se forman a partir de un
plasto inmaduro llamado proplastidio.
Tipos de plastos
Cloroplastos
 Son organelas presentes en las algas verdes y en las plantas.
 Poseen una doble membrana con un estrecho espacio
intermembranoso, un fluido interno llamado estroma y
sacos membranosos llamados tilacoides, los cuales en su
conjunto forman granas. Dentro de los tilacoides se
encuentra el pigmento clorofila, que es el que capta la luz
durante la fotosíntesis.
 Poseen ADN circular, por lo que pueden autoduplicar su
material genético y además poseen ribosomas que les
permiten elaborar muchas de las enzimas que poseen.
Cloroplastos
Fotosíntesis
 Proceso metabólico mediante el cual la luz aporta energía
que es utilizada en la elaboración de moléculas orgánicas.
La energía luminosa es transformada en energía química.
 Es el principal mecanismo por el que se elaboran moléculas
orgánicas y se inicia la cadena alimenticia en los
ecosistemas.
 Si en el proceso se libera oxígeno (plantas y algas) se
denomina oxigénica, sino se le denomina anoxigénica
(fotobacterias).
 La fotosíntesis oxigénica aporta O2 a la atmósfera y favorece
la regeneración de la capa de ozono.
Fotosíntesis
Fotosíntesis oxigénica
 Las plantas la llevan acabo en tallos y principalmente en hojas,
los que se consideran como órganos fotosintéticos típicos. En
estos órganos se encuentra el parénquima clorofiliano, que es un
tejido vegetal formado por células con abundantes cloroplastos.
 Algunas algas presentan plecténquima, que es un tejido
primitivo cuyas células poseen plastos con nombres distintos;
rodoplastos en algas rojas y feoplastos en algas pardas.
 Ecuación general:
Luz
12H2O + 6CO2
--->
Clorofila
C6H12O6 + 6O2 +6H2O
Cuantosoma
 Es la unidad fotosintética; está conformada por los pigmentos
integrados en la membrana y asociados a proteínas, que se
encuentran en las membranas de los tilacoides. El pigmento más
importante es la clorofila, los otros pigmentos actúan como
pigmentos auxiliares.
 En el cuantosoma se presenta la llamada partícula F, que
también se conoce como ATPasa o ATP sintetasa, que sintetiza
ATP.
 El cuantosoma presenta dos fotosistemas (I y II) con pigmentos
P700 y P680, con clorofilas excitables a la luz. Además en el
fotosistema II existe una proteína encargada de la ruptura del
agua, que es llamada proteína Z.
 Entre los dos fotosistemas se encuentra una cadena
transportadora de electrones formada por varias proteínas
(plastoquinonas, citocromos, plastocianina y ferredoxina).
Pigmentos y longitudes de onda
Etapas de la fotosíntesis oxigénica
 En la fotosíntesis oxigénica se pueden diferenciar dos etapas o
fases:
 Fase luminosa: Ocurre en las membranas de los tilacoides,
donde están localizados los cuantosomas.
En esta etapa se llevan a cabo la fotoexcitación, la fotólisis del
agua, el transporte de electrones , la fotoreducción y la
fotofosforilación.
 Fase oscura: También llamada como Ciclo de Calvin-Benson;
ocurre en el estroma. Es aquella en la cual se utilizan los
productos de la fase luminosa (ATP y NADPH+ + H+); y con la
incorporación de CO2, se van a sintetizar azúcares.
En esta etapa se llevan a cabo la fijación de CO2, la reducción, la
síntesis de glucosa y la reactivación de la ribulosa.
Fase Luminosa
 Fotoexcitación:
La luz es absorbida por los
pigmentos, se desencadena una excitación electrónica
molecular y la pérdida de electrones por las clorofilas
de los fotosistemas.
 Fotólisis del agua: La energía absorbida provoca la
ruptura de las moléculas de agua (participación de la
proteína Z), como consecuencia, se libera oxígeno
molecular (O2), electrones (2e-) y protones (2H+) hacia
el interior del tilacoide.
Fase luminosa
 Transporte de electrones y fotoreducción: Los electrones
liberados del agua son transferidos a través de la cadena
transportadora de electrones hacia el NADP+ que se reduce
transformándose en NADP-; luego acepta protones (2H+)
originando NADPH + H+.
 Fotofosforilación: La acumulación de protones en el espacio
intratilacoidal y el transporte de electrones genera una gradiente
de concentración y carga entre el tilacoide y el estroma; por lo
que se sintetiza ATP por acción de la ATP sintetasa.
*Se ha establecido que por cada O2 liberado se generan 3 ATP, dos
elaborados en secuencia lineal mientras que el tercero es sintetizado en
un proceso cíclico con flujo de protones y electrones llamado
fotofosforilación cíclica; también se forman 2 NADPH + H+.
Reacciones dependientes de la luz
Fase Oscura
 Fijación de CO2: Moléculas de ribulosa difosfato captan el
CO2 de la atmósfera, con la participación de la enzima
Ribulosa carboxilasa. Inicialmente se forman moléculas de
sesis carbonos, inestables y que se rompen en unidades de
tres carbonos denominadas fosfogliceratos.
 Reducción:
Las moléculas de fosfoglicerato son
transformadas hasta fosfogliceraldehído (también llamado
ácido fosfoglicérico). Este proceso incorpora protones y
electrones provenientes del NADPH+ + H+, consumiendo
energía proporcionada por el ATP.
Fase Oscura
 Síntesis de glucosa: Doce fosfogliceraldehídos darán
origen a la fructosa, que por isomeración, se transforma en
glucosa. Los carbonos restantes son transformados hasta
ribulosa fosfato.
 Reactivación de la ribulosa: Las moléculas de ribulosa
reaccionan con ATP para generar ribulosa difosfato, la que
actúa como fijador del CO2.
*Las moléculas de glucosa elaboradas pueden ser utilizadas como
fuente de energía o para síntesis de moléculas estructurales;
además pueden ser almacenadas en el mismo lugar de la síntesis
como almidón o pueden ser transportadas a otros órganos
vegetales para su uso o almacén.
Ciclo de Calvin-Benson
Mitocondrias
 Organelas presentes en todas las células eucariontes.
 Están formadas por doble membrana, siendo la
interior más grande y con proyecciones hacia el
interior. Estas proyecciones se denominan crestas y
poseen proteínas que transportan electrones, así como
partículas F para la síntesis de ATP.
 La membrana interna rodea una estructura coloidal
conocida como matriz mitocondrial, la cual es muy
rica en enzimas (que realizarán el ciclo de Krebs),
presenta un ADN circular y algunos ribosomas (55S).
Mitocondrias
Respiración celular
 Proceso intracelular de tipo catabólico y en cadena, donde las
biomoléculas orgánicas energéticas (glúcidos, lípidos y aminoácidos) se
transforman en biomoléculas inorgánicas más simples (H2O y CO2).
 Cuando los enlaces de estas biomoléculas se rompen, se libera energía
donde un 60% se pierde en forma de calor y el 40% se almacena
temporalmente como ATP. El ATP es la molécula energética utilizada
por la célula en el transporte activo, división celular y movimiento entre
otras funciones.
 En las células procariotas se realiza a nivel de citoplasma y mesosomas;
mientras que en las eucariotas se realiza en el citoplasma y
mitocondrias.
 Ecuación general:
C6H12O6 + 6O2 + 38ADP + 38P ---> 6CO2 + 6H2O + 38ATP
Etapa citosólica
 Se realiza en la parte soluble del citoplasma (citosol), donde la
glucosa es degradada en dos piruvatos. A este proceso se le
conoce como glucólisis o glicólisis.
 La glucosa se activa utilizando 2 ATP, luego el proceso generará 4
ATP mediante lo que se conoce como fosforilación a nivel de
sustrato. Simultáneamente a la glucólisis se liberan hidrógenos
citoplasmáticos mediante el proceso conocido como
deshidrogenación, los cuales son retenidos por la coenzima
NAD+ que tras recibir 2 H, reduce a NADH + H+.
 El ácido pirúvico o piruvato que se forma, puede continuar
participando en reacciones a través de dos vías: anaeróbica o
aeróbica.
Etapa citosólica
 Vía anaeróbica: Se da cuando hay escasez o ausencia de O2
citoplasmático.
También se le conoce como vía fermentativa, de ella se conocen
dos formas:
 Fermentación láctica: Se realiza en el tejido muscular tras ejercicio
intenso donde el piruvato se reduce a ácido láctico.
 Fermentación alcohólica: Ocurre en las levaduras fermentadoras
(vino, pan, cerveza), en las cuales el piruvato produce CO2 y etanol
(C2H5OH).
 Vía aeróbica: Se da cuando hay consumo de oxígeno. Los
piruvatos generados ingresan a las mitocondrias atravesando las
dos membranas para llegar a la matriz mitocondrial.
Tipos de fermentación
 Fermentación láctica:
 Fermentación alcohólica:
etanol
Etapa mitocondrial
 Dentro de las reacciones que se dan en la matriz
mitocondrial se pueden diferenciar tres fases:
 Descarboxilación y deshidrogenación del piruvato:
El ácido pirúvico pierde carbono en forma de CO2; luego
pierde 2 H que son recibidos por el NAD+, que se reduce a
NADH + H+.
El piruvato (C3) se convierte en acetilo (C2) e
inmediatamente despúes se le acopla la coenzima A (CoA), formándose el acetil-coenzima A.
Etapa mitocondrial
 Descarboxilaciones y deshidrogenaciones del acetilo en el
Ciclo de Krebs:
El acetilo es transportado por la coenzima A hacia el Ciclo de
Krebs, donde va ser fijado por el oxalacetato y juntos formarán el
citrato. El Ciclo de Krebs también se conoce como Ciclo del
Ácido cítrico o Ciclo de los ácidos tricarboxílicos.
El citrato es transformado por las enzimas del ciclo, que le van
retirando de manera secuencial dos carbonos en forma de CO2 y
4 pares de H que serán retenidos por 3NAD+ y 1 FAD+, formando
3 NADH2 y 1 FADH2. Adicionalmente se forma una molécula de
GTP que dará origen a 1 ATP.
Luego de todo este proceso, el citrato se ha vuelto a convertir en
oxalacetato y el ciclo se reinicia.
*Los 3 NADH2 y el FADH2 son atraídos a la superficie de la membrana
mitocondrial interna.
Ciclo de Krebs
Etapa mitocondrial
 Actividades en la membrana interna:
Cuando el NADH2 o FADH2 se acerca a la membrana, sufrirá la
pérdida de hidrógenos, que se descomponen en H+ y e-. Los H+
quedan en la cámara externa, mientras que los e- saltan hacia la
superficie de la membrana interna, donde son recibidos por
complejos proteicos integrales que forman una cadena
transportadora de electrones; los componentes más importantes
de esta cadena son los citocromos.
El flujo de electrones genera un potencial electrónico que sirve
para introducir H+ de la cámara interna a la externa. Cuando los
e- lleguen al último transportador se unirán al O2.
Los H+ que pasaron a la cámara externa se han acumulado y
generaron un potencial químico. Los protones pasarán hacia la
cámara interna a través del canal protónico de la partícula F
liberando energía. Sobre la superficie de esta partícula se captura
energía en forma de ATP (gracias a la ATP sintetasa), lo que se
conoce como Fosforilación oxidativa.