BE-5. Producció d'ATP en la fotosíntesi

Tema 5: Producci dATP en la fotosntesi

1. Introducci

1.1 Historia XIX: A meitat del segle ja es coneixia que la reacio bsica de la fotosntesi era

CO2 + H2O O2 + molcules orgniques redudes Tamb coneixien que la fotosntesis estava localitzada en els cloroplasts i que aquets presentaven tilacoides que podien estar en dos tipus de apilament diferents. 1937: Hill. Va utilitzar un colorant conegut com a diclorofenol indofenol que presentava diferents colors segons el seu estat de reducci

Reduit: Incolor Oxidat: Blau

Va afegir aquest colorant en la seva forma oxidada en extractes de plantes que es trobaven en presencia de aigua i llum i va veure com canviava de de color i que a ms a ms es produa oxigen. No va observar cap oxidaci del CO2 per tamb era conscient que estava mirant nomes una part de la reacci ja que no estava analitzant les molcules orgniques. El fet de que succes aquesta reducci indicava que hi tenia que existir un pas delectrons desde la suspensi dels cloroplasts fins al colorant. Per tant vafer una hiptesi en el qual determinava que en cloroplasts de les cllules vegetals hi tenien que existir un srie dacceptors delectrons naturals que tamb havien de tenir la capacitat de cedir els electrons a altres acceptors fins arribar al acceptor final que eren les molcules orgniques. 1951: Descobriment del acceptor, el NADPH 1954: Es descobreix que en el cloroplast, a part de NADPH, tamb es produeix ATP 1958: Arnon. Realitza estudis per descobrir els passos segents a les reaccions de la primera fase observades per Hill. Per aix agafa cloroplasts intactes i els colloca en un medi en presencia de llum i sense presencia de CO2. Quan ha passat un cert temps es trencant els cloroplasts i eliminem els tilacoides, es a dir, nomes ens quedem amb el estroma. Colloquem aquesta suspensi del estroma sense la presencia de llum i amb la presencia de CO2 marcat. Com a resultat varen veure que es produen molcules orgniques redudes que tenien C marcat.

Bioenergtica Francesca Soler

1

5. Produccio dATP en la fotos ntesi XIX ja tenien clar que la fotosntesi que feien les plantes representava aquesta reacci: . Es produa en els cloroplasts:

1937 experiments de Hill emprant colorants (diclorofenolendofenol) que segons lestat redox canvien de color sondes moleculars, que sn molcules alienes als sistemes vius que ens donen informaci del qu est passant.

Hill agafava una suspensi de cloroplasts, la illuminava, el medi tenia aigua i a ms hi posava els seus colorants: comenava amb el colorant oxidat. Veia com es produa O2 i el colorant canviava destat passava a estar en estat redut. Canvi de color (feia de sonda molecular). No veia que hi hagus cap mena de reducci del CO2. CO2 molcules orgniques no ho veia. Era conscient de que estava veient una part de la reacci (producci dO2), per no la producci de molcules orgniques.

Pot associar els cloroplasts i la llum amb una transferncia delectrons cap a laigua i el

cloroplast, el qual actua com a acceptor delectrons ARTIFICIAL.

La gent es va llenar a la recerca de lacceptor natural.

1951 saporten dades de que lacceptor natural s el NADPH.

1954 es descobreix que, a ms, en la 1a part de la fotosntesi, a part de produir-se NADPH, es produeix ATP.

1958 en el lab de Arnon fan experiment que permet considerar qu passa desprs de la 1a fase de Hill. Van agafar cloroplast en presncia de llum per sense CO2. Van fer un trencament per homogenetzaci. Van separar la part que sedimentava (membranes i tilacoides). En el sobrenedant tenien la part estroma. En el suc de lestroma

van treure la llum i van afegir *CO2. Van observar que en aquesta suspensi es produen molcules orgniques que contenien *C. Va fer pensar que hi havia una segona fase que no necessita llum.


1

5. Produccio dATP en la fotos ntesi XIX ja tenien clar que la fotosntesi que feien les plantes representava aquesta reacci: . Es produa en els cloroplasts:

1937 experiments de Hill emprant colorants (diclorofenolendofenol) que segons lestat redox canvien de color sondes moleculars, que sn molcules alienes als sistemes vius que ens donen informaci del qu est passant.

Hill agafava una suspensi de cloroplasts, la illuminava, el medi tenia aigua i a ms hi posava els seus colorants: comenava amb el colorant oxidat. Veia com es produa O2 i el colorant canviava destat passava a estar en estat redut. Canvi de color (feia de sonda molecular). No veia que hi hagus cap mena de reducci del CO2. CO2 molcules orgniques no ho veia. Era conscient de que estava veient una part de la reacci (producci dO2), per no la producci de molcules orgniques.

Pot associar els cloroplasts i la llum amb una transferncia delectrons cap a laigua i el

cloroplast, el qual actua com a acceptor delectrons ARTIFICIAL.

La gent es va llenar a la recerca de lacceptor natural.

1951 saporten dades de que lacceptor natural s el NADPH.

1954 es descobreix que, a ms, en la 1a part de la fotosntesi, a part de produir-se NADPH, es produeix ATP.

1958 en el lab de Arnon fan experiment que permet considerar qu passa desprs de la 1a fase de Hill. Van agafar cloroplast en presncia de llum per sense CO2. Van fer un trencament per homogenetzaci. Van separar la part que sedimentava (membranes i tilacoides). En el sobrenedant tenien la part estroma. En el suc de lestroma

van treure la llum i van afegir *CO2. Van observar que en aquesta suspensi es produen molcules orgniques que contenien *C. Va fer pensar que hi havia una segona fase que no necessita llum.

Llum

Capacitat reductora

Energia qumica

Per tant va poder concloure que el CO2 interv en una altre fase i que no necessita la presencia de llum. Per aquest motiu es parla que la fotosntesi te dues fases:

Fase lluminosa H2O + NADP+ + ADP + Pi O2 + NADPH + ATP

Fase fosca CO2 + NADPH + ATP Molcules orgniques redudes + NADP+ + ADP

Cal destacar que segons el donador delectrons tamb podem distingir entre dos tipus de fotosntesis

Oxignica: El donador es laigua i es produeix oxigen com a producte. T lloc en plantes i en cianobacteris. Cal destacar que la fotosntesi en els cianobacteris es produeix en estructures molt semblants als tilacoides ja que aquets organismes no tenen tilacoides.

No oxigenica: Hi han diferents donadors o El donador es el SH2 i es produeix sofre com a producte. Te lloc en

molts bacteris. o El donador es el lactat i es produeix piruvat com a producte. Te lloc en

bacteris corporis. Aquets es caracteritzen en el fet de que no presenten cloroplasts i en canvi si que presenten cromatfors que sn unes protuberncies a les membrana (invaginacions). En aquets cromatfors s on es produeixen les reaccions de la fotosntesi.

1.2 Reflexi energtica de la fotosntesi La fotosntesi a grosso modo es el procs contrari a la respiraci cellular ja;

Fotosntesi o Element oxidat: Oxigen o Element redut: NADPH

Respiraci o Element oxidat: NADH o Element redut: Oxigen

Hem de remarcar dons que nomes la respiraci es un procs espontani ja que el oxigen es un element molt ms reductor que no pas el NADH i per tant els electrons tenen tendncia a anar cap ell. Per tant la fotosntesi es un procs no espontani (AG>0) que necessita energia per poder-se produir. Aquesta energia s captada de la llum, especficament dels fotons de la llum

1.3 Energia solar Matria: La matria ordinria que es aquella que esta presenta a la temperatura de la terra est composada per:

Protons Neutrons Electrons

Aquest tres elements poden formar els toms i aquets formaran les molcules. Hem de destacar que nivell biolgic es treballa amb toms i molcules per el que realment


2

La fotosntesi consta de fase lluminosa i fase fosca:

x 1a part lluminosa

x 2a part fosca

s la fotosntesi oxignica (produeix O2), que t lloc a les plantes i als cianobacteris. Hi ha molts bacteris que tenen una fotosntesi no oxignica. Ex/ bacteris corporis que fan servir SH2 (sulfhdric) en comptes daigua. El sulfhdric soxida i queda convertit en sofre per la

reacci: .

Ex/ altres bacteris corporis: . Aquests bacteris, en comptes de tenir cloroplasts tenen unes protuberncies a la membrana (invaginacions de membrana) cromatfors, que permeten fer les reaccions de la fotosntesi. Les esferes sn els cromatfors.

Els cianobacteris tenen estructures equivalents als tilacoides (no tenen cromfors). Sn invaginacions molt complicades a la membrana.

Resum: a la fotosntesi tenim aigua, lO2 soxida i el NADP+ es converteix en NADPH + H+ (redut) degut a que els electrons i els protons que es desprenen a la primera reacci es transfereixen. En canvi, a la respiraci es produeix el contrari, de manera que lO2 es redueix com a conseqncia de que el NAD+ queda perdent protons i electrons. s just el contrari, i per qu? La llum.

En tots dos processos intervenen protons i electrons. Implica que en la fotosntesi interv llum, equivalent a fotons. Aquestes partcules del mn viu, a la temperatura de la Terra sn les ms elementals que coneixem (i just la vida les fa servir).


3

A temperatura ambient aquestes partcules sagrupen fins a toms i molcules a partir

delectrons i protons, per el mn viu fa servir per la construcci de la seva respiraci i la seva

fotosntesi les ms elementals.

Fot El fot t unes propietats extraordinries que permeten que la fotosntesi existeixi. Don venen els fotons? Venen del Sol, estel que en el seu interior t una temperatura molt elevada (5106K). Aquesta temperatura. Que es provoca per un collapse gravitatori, provoca que es pugui generar aquesta reacci termonuclear que allibera positrons, neutrins, matria fosca i 2 fotons anomenats .

Aquests fotons , directament no tenen a veure amb la fotosntesi, pq tenen una metres (pm). Una longitud dona daquesta mena s impensable que sigui til pel mn viu.

(

)

(

) (

) on C s la velocitat de la llum. E

Si la que tenen els s petitssima, la freqncia s molt gran i lE s molt gran. 1 mol de fotons equival a una E de 108Kcal/mol.

Quanta E es necessita per fer/trencar un enlla C-C? 80-100Kcal.Si del Sol aprofitssim els seus fotons la vida a la Terra estaria muntada sota les pedres.

Sol Si tenim el Sol, a dins hi ha plasma (matria ionitzada). Si la matria est ionitzada al 100%, els fotons no poden escapar. Sestima que pq un arribi a la perifria necessita un mili danys.

La llum que ens arriba prov de la incandescncia de la superfcie del Sol. Els fotons que

arriben a la perifria, com que han sofert tants xocs i interaccions amb el plasma van perdent i E. Els que arriben a perifria ja estan equilibrats amb la temperatura perifria del Sol. Com ms temperatura, longituds dona ms curtes (a freqncies ms altes). Des de la Terra, sagafa un espectre del Sol, es mira on cau i pots saber quina temperatura t (6000K). Els

fotons que surten sn daquesta T i duna longitud dona molt ms llarga (una molt ms

curta). LE dels fotons, base de la fotosntesi, va a la velocitat de la llum (300000Km/s) i tarda 6-7min a arribar a la Terra.

es movilitza son els protons i els neutrons per tant podem destacar com el organisme treballa amb les partcules elementals que te a labast. A temperatures ms altes la matria es pot dividir en fermions. Aquets sn:

Quarts: Sn els que formen els protons i neutrons Leptons : Sn els que formen els electrons Bosons: Hi han quatre tipus per nosaltres destaquem els fotons.

Energia solar: En el sol es duu a terme una reacci termonuclear

Els fotos que es creen tenen un = 10-12 m. Aix vol dir que presenten una energia per mol de 108 kcal/mol. Tenint en compte que la energia per destruir un enlla C-C es de 80-100 Kcal podem concloure que aquets fotons no son viables per la vida i per tant no sn els que ens arriben a nosaltres. La reacci termonuclear te lloc en el centre del sol on la temperatura s molt elevada (5106K) i la matria es troba tota en forma de plasma. El plasma es caracteritza perque els toms no hi sn presents ja que la matria esta tota descomposada en protons i electrons. Els fotons no poden escapar daquest plasma i per aix van xocant entre ells i van perden energia fins que arriben a la superfcie del sol. Aqu la temperatura es de 6000 K i els fotons es converteixen en fotons incandescents que poden sortir del sol. Aquets fotons tenen una energia molt ms baixa i sn els que arriben a la terra. Es creu que perqu un foto pugui escapar es necessiten com a mnim un mili danys. Recordem que per calcular la energia utilitzem =

E:Energia H=:Constant de plank

: freqncia =

: freqncia C: velocitat de la llum = longitud dona

Per tant la longitud dona i la freqncia sn inversament proporcionals. Conseqentment com menys longitud dona, mes freqncia i ms energia Sabem que la temperatura de la superfcie del sol s de 6000K ja que depenen de la temperatura la radiaci per incandescncia te diferents i per tant diferent energia. La relaci es que contra ms gran sigui la temperatura ms petita ser la longitud dona i conseqentment ms emergia tindr. Energia a la terra: Ja hem dit que els fotons que arriben a la terra sn els incandescents. Ara be gracies a la presencia de latmosfera la llum que arriba a la terra es una mica diferent de la que emet el sol. Si comparem els espectres de irradiaci que t el sol i els espectres que arriben a la terra podem veure com el del sol es molt ms continu en comparaci amb el de la terra que s ms discontinu o boterut. Aquest fet es degut a la filtraci de la llum que fa latmosfera de tal manera que a la terra nomes ens arriba:

9% UV: Sn els ms energtics i sn els ms perillosos 51% de IR 40 de visible

Lgicament la vida sha desenvolupat i adaptat en aquestes condicions. A nivell vegetal els fotoreceptors que shan creat sn adequats per el espectre que arrib a la terra. Caracterstiques de lenergia fotnica:

Entre el sol i la terra no hi ha matria. Els fotons sn la nica energia que es pot transmetre en absncia de matria.

Els fotons viatgen a la velocitat de la llum. La mxima possible Tenen una zona espectral idnia perqu no sespatlli la matria orgnica La quantitat denergia que ens poden proporcionar s molt gran

2. Fotoreceptors o fotosistemes Fotosistema: Es on es troben els pigments i protenes i sencarrega de captar la llum i convertir la energia luminca en energia elctrica o qumica. i fer la. Esta format per dues parts

Antena o complex captador de llum: format per els pigments antena. Conte molts pigments antena i menys protenes. Es el encarregat de captar la llum i transportar-la fins al centre de reacci

Centre de reacci: format per el pigment diana que sol donar nom al fotosistema i el primer acceptor delectrons que sencarregar de portar els electrons a un complex proteic diferent per tal de iniciar un transport electrnic . Constitut per menys pigments diana i mes protena.

2.1 Pigments fotosinttics Els principals pigments fotosinttics sn:

Clorofilles: Anelles de porfirina amb Mg. Tamb tenen cadenes laterals hidrofbiques.

Feofitines: Es una porfirina sense Mg. Per tant a grosso modo sn clorofilles sense Mg

Carotenoides: Estructures relacionades amb el -carot Ficobilines: Sn com si haguessis agafat una porfirina lhagussim talla per

algun lloc de tal manera que quedi una estructura lineal.


3

A temperatura ambient aquestes partcules sagrupen fins a toms i molcules a partir

delectrons i protons, per el mn viu fa servir per la construcci de la seva respiraci i la seva

fotosntesi les ms elementals.

Fot El fot t unes propietats extraordinries que permeten que la fotosntesi existeixi. Don venen els fotons? Venen del Sol, estel que en el seu interior t una temperatura molt elevada (5106K). Aquesta temperatura. Que es provoca per un collapse gravitatori, provoca que es pugui generar aquesta reacci termonuclear que allibera positrons, neutrins, matria fosca i 2 fotons anomenats .

Aquests fotons , directament no tenen a veure amb la fotosntesi, pq tenen una metres (pm). Una longitud dona daquesta mena s impensable que sigui til pel mn viu.

(

)

(

) (

) on C s la velocitat de la llum. E

Si la que tenen els s petitssima, la freqncia s molt gran i lE s molt gran. 1 mol de fotons equival a una E de 108Kcal/mol.

Quanta E es necessita per fer/trencar un enlla C-C? 80-100Kcal.Si del Sol aprofitssim els seus fotons la vida a la Terra estaria muntada sota les pedres.

Sol Si tenim el Sol, a dins hi ha plasma (matria ionitzada). Si la matria est ionitzada al 100%, els fotons no poden escapar. Sestima que pq un arribi a la perifria necessita un mili danys.

La llum que ens arriba prov de la incandescncia de la superfcie del Sol. Els fotons que

arriben a la perifria, com que han sofert tants xocs i interaccions amb el plasma van perdent i E. Els que arriben a perifria ja estan equilibrats amb la temperatura perifria del Sol. Com ms temperatura, longituds dona ms curtes (a freqncies ms altes). Des de la Terra, sagafa un espectre del Sol, es mira on cau i pots saber quina temperatura t (6000K). Els

fotons que surten sn daquesta T i duna longitud dona molt ms llarga (una molt ms

curta). LE dels fotons, base de la fotosntesi, va a la velocitat de la llum (300000Km/s) i tarda 6-7min a arribar a la Terra.


4

Com lE que vam dir que permetia invertir la cadena de T respecte la respiraci provenia dels fotons (E=h)

LE arriba a la velocitat de la llum i a ms circula a travs dun espai on no hi ha res (espai buit).

Veiem com lE que venia amb els fotons estava molt disminuda, pq venen duna perifria que t 6000K (temperatura molt menor que la del Sol). Tot i aix, a la prctica lespectre que

arriba a la superfcie de la Terra s ms boterut, i en algun lloc t uns mnims: a latmosfera hi ha molcules diverses (vapor daigua, CO2, oz, xids de nitrogen, porqueries, gasoses...). Els components ms importants (aigua i oxigen) absorbeixen part daquesta radiaci dacord amb

els seus mxims dabsorci.

Es filtra fora la llum ultraviolada, ens narriba un 9%:

9% UV perills; 51% IR; 40% visiblezona 400-800nm (blau-roig). Zona segura.

La natura viva ha generat fotoreceptors adequats per lespectre que ens arriba a la Terra.

Fotoreceptors

x Clorofilles anelles de porfirina amb Mg2+. Tamb tenen cadenes laterals hidrofbiques. Pot alterar lespectre dabsorci.

x Feofitines una porfirina sense Mg2+. Clorofilles sense magnesi. x Carotenoides sn estructures relacionades amb el -carot. x Ficobilines sn com si haguessin agafat una porfirina i lhagussim tallat per algun

lloc. Lestructura queda lineal.

Del punt de vista qumic sn molcules plenes de dobles enllaos alternats, cosa que genera una conjugaci de dobles enllaos absorbeixen en el camp visible.

Tots ells es caracteritzen per ser estructures planes que tenen dobles enllaos alternats que sn els que els hi permeten absorbir la energia fotnica ja uqe poden conjugar aquets dobles enllaos. Com ms enllaos dobles hi hagin ms amples seran els seus espectres dabsorci. El espectre dabsorci de cadascun dells depn de lestructura qumica del fotoreceptor i del complex macromolecular on es troba. Per aquest motiu cada organisme presenta un espectre dabsorci diferent.

2.2 Fotofsica: Transferncia denergia en els fotopigments de lantena

2.2.1 Transformacions energtiques dels electrons Situaci inicial: A temperatura ambient les molcules estan al nivell electrnic ms baix. s a dir el S 0,0. Excitaci (1)

Reacci: S 0,0 + h S 1, j o S 2, j (entenen j com a qualsevol nivell rotacional) Temps: 10-15 s

Relaxaci trmica (2) Reacci: S 1, j o S 2, j S 1,0 + Q (entenen j com a qualsevol nivell rotacional) Temps: 10-13 o 10-11 s Caracterstiques: Aquesta relaxaci no es produeix cap foto i per tant es una

etapa no radiativa. La relaxaci saconsegueix: o Conversi interna: Degut a la gran quantitat de subnivells rotacions que

hi ha es poden solapar dos nivells electronics i daquesta manera un electr pot passar de S2 a S1

o Relaxaci vibracional: Entre els nuclis dels cromofors excitats hi ha moviment i vibraci dels seus enllaos. Aquest moviment pot provocar xocs amb molcules daigua o cadenes laterals daa. Aquets xocs provoquen doncs la prdua denergia daquets cromfors i en canvi que les altres molcules es puguin moure. Conseqentment i haur un augment de la temperatura (Q). Per tant estem perden energia en forma de calor

Relaxaci radiativa (3) Reacci: S 1,0 S 0, k + h/ S1,0 S 0, k + Q (entenen k com qualsevol nivell

rotacional) Temps: 10-8 o 10-7 s Caracterstiques: La relaxaci podr ser o be radiativa o be no radiativa. En el

cas de que no sigui radiatva la relaxaci es produir pels mateixos mtodes que

anteriorment. En el cas de la radiativa la energia que es discipa o fa en fra de fotons. El fenomen que es crea es coneix com a fluorescncia. Ara be degut a la relaxaci no radiativa o trmica el foto que semet s de menor energia que no pas el foto que ha excitat el electr inicialment. Una molecula sera fluorescent o no depenen de la competncia entre la relaxaci radiativa i la no radiativa i nomes aquelles en que la radiativa es vegi afavorida, es a dir, que per algun motiu sigui ms rapida que la no radiativa, seran les fluorescents.

Ex: Les clorofilles presenten fluorescncia. El seu espectre dabsorci i emissi es caracteritza per tenir dos pics dabsorci degut a que el electr pot fer el salt des de S0 fins a S1 o fins a S2. En pic demissi sempre estar ms desplaat cap a la dreta. Estat de triplet: Es un estat en el qual dos electrons en estat dexcitaci diferent tenen els spins en forma parallela. Aquest estat es produeix si tenim en compte dos electrons excitats per un foto. En lexcitaci un electr augmentar el seu nivell electrnic per es mantindr el antiparallelisme dels seus spins. Ara be per un fenomen conegut com conversi interna els dos spins es poden tornar parallels. Es coneix com ha triplet perqu en aquest estat els electrons poden tenir 3 orientacions mentre que el singlet nomes en poden tenir una. El estat triplet es un estat energtic que es troba per sota de S1 i que per tant presenta una certa estabilitat. El pas de S1 cap al estat triplet t una velocitat de 10-8 o 10-7 s . La energia que es perd es desprn en forma de calor. Per tant (3) Una vegada sarriba aquest estat la relaxaci es produeix de forma molt ms lenta ja que el estat T es na mica ms estable que el S1. Hi han dos tipus de relaxaci cap a S0 (4)

Relaxaci radiativa o Reacci: T 1,0 S 0, k + h o Caracterstiques: El foto que semet encara te una ms alta que la

relaxaci radiativa normal. Aquest fenomen de fluorescncia retardat es coneix com a fosforescncia. Aquesta fosforescncia es caracteritza perque s una emissi de llum que dura molt.

Relaxaci de radiativa:


7

Comenaven amb una E fotnica (radiant) i al final tenim processos no radiatius, sn trmics. A partir daqu les molcules es relaxen ms i passen de S0,1 fins a S0,j.

El primer cam s una relaxaci trmica (allibera calor) i el segon s una relaxaci radiativa (emet E fotnica anomenada fluorescncia). Els dos fenmens sn rpids. Aquests dos processos competeixen cinticament entre ells. Hi ha molcules que tenen una mica ms de rapidesa per relaxar-se radiativament: els fluorfors. Les clorofilles tenen la possibilitat de ser fluorescents (tamb es relaxen trmicament).

Lespectre dabsorci de les clorofilles t 2 pics a la regi visible:

Si la longitud dona s ms curta, la freqncia ser ms alta. Ms E pels fotons.

El primer pic correspon a transicions ms energtiques, s labsorci de llum per portar les

molcules de S0 a S2. El segon ser S0S1.

Lespectre de fluorescncia les clorofilles el tenen ms cap a la dreta que els dabsorci. T una freqncia ms petita que la freqncia de lexcitaci. Per aix sempre surt a longituds

dona ms llargues, a freqncies ms curtes.

Tornem a la bioqumica: qu est passant a lantena? Una clorofilla ha captat un fot i sha excitat. Poden passar 2 coses:

x La clorofilla es relaxa emetent calor x La clorofilla es relaxa emetent un fot fluorescent

Les antenes shan de captar duna altra manera i han de tenir un procs per evitar que sigui

una estufa o un spin. Hi ha dhaver un mecanisme molt rpid que porti lE captada fins al

centre de reacci i ha danar ms de pressa que el 10-8-10-7 pq si no hi haur relaxaci trmica o radiativa.

Mecanisme de transferncia Estudiat per espectroscpia. Sanomena transferncia lE per ressonncia no radiativa entre singlets (FRED: Fluorescent Resonants Energy Transfers).

Tcnica til per estudiar. Tenim una clorofilla (1) que rep lE dun fot i passa a ser clo1*. La

radiaci electrnica que lexcita est en la regi visible (400-500nm).

o Reacci: T1,0 S 0, k + Q o Caracterstiques: La calor que es desprn s menor que en la relaxaci

radiativa normal. s el fenomen que predomina. El problema del estat triplet s que les clorofilles en aquest estat poden cedir energia al O2. El oxigen en estat gasos es una molcula especial ja de forma natural els seus electrons es troben en estat triplet, per quan rep energia aquets electrons passen a estat singlet i es converteix en una espcie reactiva que t la capacitat datacar als lpids, protenes etc... La soluci es basa en que la clorofilla pot cedir la energia del estat triplet a una carotenoide utilitzant un procs conegut com ha quenching. El punt a favor es que els carotenoides no tenen lenergia suficient com per excitar el O2. Per tant formen un estat de triplet segur per el organisme.

2.2.2 Transferncia denergia entre singlets per ressonncia Definici: s el mecanisme mitjanant el qual lenergia dexcitaci duna clorofilla es passada a una altre fins arribar a transporta-la a la clorofilla del centre de reacci. Actualment aquest sistema es coneix com a FRED. Recordem que el centre de reacci s aquella agrupaci de fotopigments que esta preparada per comenar les reaccions que permetran transformar lenergia fotnica en energia qumica. Aquest fenomen t la caracterstica de que es el ms afavorit dels tres que pot passar, s a dir, que s ms rpid que no pas la relaxaci no radiativa i la relaxaci radiativa o la conversi interna que provoca la formaci de triplet. Per aquest motiu com a norma general les plantes no solen escalfar-se degut a la fotosntesi ni solen emetre llum fluorescent. Tipus de transferncia: En aquest cas la transferncia denergia entre clorofilla i clorofilla no es fa en forma de fotons. Hem de tenir en compte que quan una clorofilla rep un foto, aquesta es converteix en un dipol oscillant. Aquest dipol el que permet es que lenergia es pugui transferir per ressonncia a una altre clorofilla que no ha rebut el foto. Formula de Foster: Aquest sistema de transferncia va estar descobert per Foster i va desenvolupar una formula que definia el procs en la qual el producte final era KT que era la constant de velocitat de transferncia per ressonncia. Els diferents parmetres que hem de tenir en compte sn:

: Temps de vida del donador. Quan temps pot estar excidtada.


8

En canvi la clorofilla s de 1nm. Aix fa que quedi electrnicament excitada i el moviment

dels e- t una freqncia relacionada amb lexcitaci i es converteix en un dipol oscillant, que pot fer que una altra molcula de clorofilla (2) que estigui en posici convenient passi a ser clo2* i passa a ser un dipol oscillant.

Aquest fenomen electromagntic circula rpidament(10-7-10-8) per lantena fins al centre de reacci.

x Clo1 donadora dE (D) x Clo2 acceptora dE (A)

Frster va treballar molt aquest tema. El producte final s la cintica del procs. kT: constant de velocitat de transferncia dE entre D i A.

o temps de vida del donador; o ndex de refracci del medi; o rendiment quntic del D. T a veure amb fins a quin punt t bones propietats de

ser fluorescent el donador. Com ms propietats, encara que no pugui ser-ho, s millor pq la velocitat ser ms gran;

o mesura el solapament entre lespectre de fluorescncia del D i lespectre dabsorci de lacceptor;

o distncia D-A; o factor dorientaci entre D i A (0-1).

Si la en la qual una clorofilla dna E en una altra no s una molt gran, malament pq far Q o F.

Aspectes:

x Com ms gran sigui la distncia entre D i A, pitjor. La distncia, pq es pugui produir la transferncia ha de ser mot petita (nm);

x Les clorofilles han destar perfectament orientades. El factor dorientaci implica que la posici relativa del D i lA ha de ser adequada per motius de transferncia;

x Pel que fa a la J, s bo que hi hagi un bon solapament entre el F(D) i lAbs(A); x Conv que acabi arribant al centre de reacci (CR). La manera que aix passi s que s

bo que les clorofilles cada vegada tinguin una absorci cada vegada ms gran. LE va

cap a les clorofilles que tenen una longitud dona dabsorci ms gran. Aix canalitza lE fins al centre de reacci;

x Sutilitzen antenes per recollir lE Solar pq aix s una energia reduda. s molt intelligent pq hi hagi una superfcie gran pq lE Solar que arriba sigui reduda;


8

En canvi la clorofilla s de 1nm. Aix fa que quedi electrnicament excitada i el moviment

dels e- t una freqncia relacionada amb lexcitaci i es converteix en un dipol oscillant, que pot fer que una altra molcula de clorofilla (2) que estigui en posici convenient passi a ser clo2* i passa a ser un dipol oscillant.

Aquest fenomen electromagntic circula rpidament(10-7-10-8) per lantena fins al centre de reacci.

x Clo1 donadora dE (D) x Clo2 acceptora dE (A)

Frster va treballar molt aquest tema. El producte final s la cintica del procs. kT: constant de velocitat de transferncia dE entre D i A.

o temps de vida del donador; o ndex de refracci del medi; o rendiment quntic del D. T a veure amb fins a quin punt t bones propietats de

ser fluorescent el donador. Com ms propietats, encara que no pugui ser-ho, s millor pq la velocitat ser ms gran;

o mesura el solapament entre lespectre de fluorescncia del D i lespectre dabsorci de lacceptor;

o distncia D-A; o factor dorientaci entre D i A (0-1).

Si la en la qual una clorofilla dna E en una altra no s una molt gran, malament pq far Q o F.

Aspectes:

x Com ms gran sigui la distncia entre D i A, pitjor. La distncia, pq es pugui produir la transferncia ha de ser mot petita (nm);

x Les clorofilles han destar perfectament orientades. El factor dorientaci implica que la posici relativa del D i lA ha de ser adequada per motius de transferncia;

x Pel que fa a la J, s bo que hi hagi un bon solapament entre el F(D) i lAbs(A); x Conv que acabi arribant al centre de reacci (CR). La manera que aix passi s que s

bo que les clorofilles cada vegada tinguin una absorci cada vegada ms gran. LE va

cap a les clorofilles que tenen una longitud dona dabsorci ms gran. Aix canalitza lE fins al centre de reacci;

x Sutilitzen antenes per recollir lE Solar pq aix s una energia reduda. s molt intelligent pq hi hagi una superfcie gran pq lE Solar que arriba sigui reduda;


12

Les clorofilles tenen un distanciat i una orientaci a lespai, que dacord amb la llei de Forster,

permet que sempassin lE i la transfereixin al CR.

Es veuen uns altres pigments, els carotenoides, que tenen estats singlets, excitaci i relaxaci fins a S0. Normalment, si tenim estat fonamental (S0), els electrons tenen lspin antiparallel. Quan hi ha lexcitaci

(es capta la radiaci), hi ha un electr que sen va cap

amunt i se sol mantenir lantiparallelisme. Hi pot haver una transformaci posterior creuament intern, que provoca que els dos electrons es tornin parallels. Quan aix passa, estem en lestat triplet.

En un camp magntic imposat, les orientacions sn 3 (3 nmeros quntics):

Es pot passar de lestat singlet al triplet si hi ha aquest creuament intern. Arribarem al punt T1,0. Petita davallada energtica trmica i petita dissipaci de calor. Temps relativament llarg (10-8-10-7 s), temps que competeix amb el que es tarda en arribar a S0, ja sigui per fluorescncia o emetent calor. Competncia, que la guanya un procs o altre depenent de la molcula.

Les molcules tenen una relativa molt gran per tenir creuament intern, passen a lestat triplet,

per no shi queden, arriben al S0,j emetent calor o b fotons fosforescents la fosforescncia s un provs emissiu amb velocitat de 10-2-10-1s. Competncia. Hi ha poques molcules en les que guanya la competncia el procs fosforescent. Procs retardat.

Les clorofilles que poden ser fluorescents, tamb poden sofrir creuament intern i poden passar a lestat triplet, tot i que no sn fosforescents. Qu passa si les clorofilles es tornen

triplet?

n : Distancia entre la clorofilla donadora i la acceptora. La distancia ha de ser la ms petita possible i per aix mateix lantena te una gran concentraci dantenes.

K: Factor dorientaci del donador i acceptor. Perqu les dues clorofilles puguin fer una transferncia denergia es necessita que les dues estiguin orientades amb la mateixa direcci. Per tant les clorofilles necessiten estar a prop i orientades correctament

En aquets estudis Foster tamb va veure que la energia flueix sempre cap aquelles molcules que tenen una absorci a una ms llarga, per tant cap a una absorci menys energtica. En la planta les clorofilles estan ficades i envoltades per protenes de tal manera que sordenen de forma que la creix a mesura que ens apropem al centre de reacci. Daquesta manera es pot direccionar al transferncia. Saturaci del centre de reacci: En el cas de que hi hagi molta saturaci lantena no podr processar tanta energia en el centre de reacci. En aquestes circumstancies la fluorescncia es veur afavorida i per tant tindrem una petita fluorescncia residual.

2.2 Complex antena

2.2.1 Hiptesi del complex antena Introducci: Es va fer un experiment en el qual semetia llum en una suspensi dalgues amb un flaix modulable que permetia regular el temps i la intensitat i es veia quin era el rendiment de la fotosntesi. Aquest rendiment es mesurava relacionat la llum emesa amb el O2 produt. Efecte del temps: Es volia conixer quan tardava el fotoreceptor a regenerar-se. Es va veure que si el temps entre flaixos era molt petit, aleshores el rendiment era molt baix. El temps ptim en el qual el rendiment era mxim va resultar ser de 0,04 s. Efecte de la intensitat: En aquest cas la intensitat es el mateix que lenergia produda per cada flaix. Es va veure que la intensitat i el rendiment tenien una relaci directament proporcional fins a cert punt, es a dir, contra ms intensitat ms rendiment per sarriba a un rendiment mxim. Hem de tenir en compte que la intensitat esta relacionada amb el numero de fotons que hi ha, per tant a grosso modo podem dir que a ms intensitat ms fotons i per tant en una planta hi han un n determinat de fotons a partir del qual la producci de O2 no augmenta i conseqentment aquets fotons no seran utilitzats. Relaci clorofilla i fotons: Es van calcular les quantitat de protons que genrava la llum quan el rendiment era mxim i la quantitat de molcules de clorofilla que hi havien a la mostra. 12000 Hiptesi de lantena: Com sempre hem vist els organismes presentaven una elevada eficincia, es a dir, que el que caldria esperar es una relaci de 1, per com podem veure aix no es aix. Per aquest motiu van generar la hiptesi de lantena en el qual es


5

Tenint en compte les clorofilles que es posen en el sistema, els embolcalls proteics en els que es troben els receptors sn diferents i varien lespectre. El mn viu sadapta i t espectres

dabsorci que poden variar molt.

Interacci llum-receptors Com interacciona la llum amb els fotoreceptors? Veure els primer experiments.

1932 Emerson i Arnold. Va ser el primer experiment que ens va donar pistes per tirar endavant. Tenien un flaix de s que podia tirar llum en intervals molt petits. Li podien graduar la intensitat de llum. Tamb podien controlar, entre un flaix i el segent, el temps. Enviaven els flaixos a una suspensi dalgues fotosinttiques. Van establir quant temps havien desperar

entre flaixos pq tota la llum fos absorbida. Van fer proves variant temps despera (t) i van veure que era ideal quan era superior a 0,04s. El que van estudiar va ser quina influencia tenia la quantitat de llum que enviaven amb cada flaix amb leficincia de la fotosntesi, que es

mesura com la producci doxigen per cada flaix. El que ells representaven era:

La intensitat del flaix s equivalent a lE del flaix. El que veien experimentalment s que leficincia, en funci de la intensitat, arribava a una saturaci.

Qui t lE per flaix, com que lE de la llum s E=h i sabien quina tenia la radiaci que feien servir i E s lE per fot, els va permetre saber el nombre de fotons que enviaven a la mostra. Tenint en compte que era una suspensi dalgues, ho podien relacionar amb una dada molecular, pq a travs danlisi qumica els permetia saber el nombre de fotoreceptors que

tenien (molcules de clorofilla). A travs del n dAvogadro.

Tens n fotons i n molcules de clorofilla. Daban creu que ells esperaven que aquesta saturaci arribs quan la relaci fos de 1. Aquesta intuci tan raonable no es va complir: van

veure que arribava a la saturaci quan

i aix els va sorprendre.

descrivia que les plantes tenien molts pigments fotosinttics o fotoreceptors agrupats. De tots els pigments fotosinttics nomes alguns dells capten el foto, aquest foto posteriorment es cedeix a altres fotopigments. El temps que es tarda en cedir aquesta energia es el temps de regeneraci que hem vist anteriorment

2.2.2 Estudis actuals del complex antena En els ltims anys es van fer experiments del complex antena per tal de resoldre la seva estructura i el seu funcionament.

Anlisis estructurals o Cristallografia de raigs X: Sn protenes transmembrana i per tant no

sempre es pot fer o Reconstruccions dimatge de microscpia electrnica

Anlisis del funcionament o Espectroscpia de cintica rapida Utilitzaci de lsers polsants que

emeten llum de forma molt rapida i que permeten estudiar els fenmens que succeeixen en el ordre de pico o femptosegons. Per tant ha perms estudiar la cintica rapida de lantena. Per entendre la magnitud del femtosegon hem de tenir en compte que 11 = 1

2.2.3 Exemples de complexos antena Ficobilisomes: Sn antenes que es troben en les algues roges i els cianobacteris que es caracteritzen perqu el seu fotopigment s la ficobilina. Aquestes ficobilina interacciona amb una protena coneguda com ha ficobiliproteina de tal manera que es converteix en un grup prosttic daquesta protena. La ficobiliproteina es un heterodimer formada per les cadenes i (estructura secundaria hlix ) i que a ms a ms te la capacitat de interaccionar amb unes altres dos ficobiliproteines per formar una estructura hexamrica en forma de disc pla. Aquets disc plans es colloquen un a sobre del altre i formen estructures cilndriques que es disposen de la segent manera: Lgicament tota aquesta estructura protena funciona com a vestidor per tal de que la ficobilina unida a elles estigui collocada de la forma ms optima per captar i transportar la energia lumnica. Desprs de realitzar estudis despectroscopia de cintica rapida van veure que diferents parts del complex antena presentaven diferents propietats espectrals. Aquest fet es degut a que existeixen diferents tipus de ficobilines. Com ja sabem el entorn afecta al espectre dabsorci del fotopigment. Per tant es van dividir tres parts en el complex antena:

PEC: Ficoeritrina. Absorci a 562-564 PC: Ficocianina. Absorci a 618-650 AP: Aloficocianina. Absorci en longituds dona ms grans


9

x Les prdues dE seviten completament? No. No seviten quan tenim un dia gris, per quan hi ha un dia ben irradiat el sistema no dna labast a captar tota lE fotnica. Els

botnics can pel camp amb aparelles per mesurar la fluorescncia pq les fulles emeten fluorescncia quan hi ha excs dilluminaci.

Antenes Grcies a esforos a diferents camps, podem conixer trets concrets destructura i de

funcionament:

x Lestructura es coneix per cristallografia de raigs X. Shan pogut cristallitzar protenes de membrana per s molt complicat. Tamb amb M.E. mitjanant tcniques de reconstrucci destructures a partir dimatges.

x Sobre el funcionament, en sabem coses directes grcies a les tcniques de cintica rpida. En els ltims anys (1999) es va premiar aquesta qesti de les tcniques de cintica rpida amb lser que va portar a un premi Nobel, a legipci Zewail. Tcniques que permeten irradiar la mostra en un temps tan curt (flaixos de 1ps=10-12s i fins i tot de 1fs=10-15s). Permeten fer experiments de cintica directa de les antenes. La ra de temps a un femptosegon i un minut s equivalent entre la rad de un minut i

ledat de lUnivers (20109 anys):

La qumica va MOLT rpida.

Tenim la sort de poder conixer quina estructura tenen i com funcionen varis tipus dantenes:

1) Ficobilisomes (algues roges i cianobacteris) antenes que contenen ficobilines, que no sn les tpiques clorofilles ni els carotenoides. Les ficobilines estan compostes de ficobiliprotenes. Si es miren al M sn estructures amb forma de protuberncia. Quan sestudia millor, en realitat sn uns quants cilindres amb discs al centre. Orientat pq hi ha un CR que acabar captant lE del Sol.

Estructura de discs apilats (de la mateixa mida) composats per vries subunitats . Aquestes

protenes sn hlix per tal que les ficobilines (els pigments) quedin posats adequadament. Si

es mira el conjunt de protenes que fa un disc complet es veuen les ficobilines ben posades. Lautor remarca que segona estiguin a les zones perifriques o centrals, hi ha diferncies

espectrals de les ficobilines. Shan donat noms, per el nom no importa, noms si estan perifriques, internes, core.


10

3 menes dembolcalls on estan sotmesos els fotoreceptors que donen espectres diferents:

Espectre dabsorci en blanc i el de

fluorescncia ombrejat.

Treballen amb excs dilluminaci. Els

tipus 1 tenen una longitud dona

dabsorci que cobreix una regi que acaba a uns 560 i els del tipus 2 sen va a longituds dona ms llargues (620). Els

tipus 3 uns 650nm.

Els espectres demissi tenen una longitud dona ms llarga cada vegada

123.

Si fem cintica rpida, els flaixos de 1ps, es van adquirint espectres a diferents temps: 0,26,51ps... molt rpid. Hi ha el -26ps el final de la irradiaci anterior.

Quin s el pic ms important que es veu (llum que veu el detector, que s la llum fluorescent) al comenar lexperiment? Es podria

caracteritzar (570nm). Quin dna fluorescncia a 570? El de tipus 1. El segon pic t dues parts: una que es manifesta primer ( ms curta)

i una segona part desprs ( ms llargues).

Desprs veurem que apareixen altres pics que tenen a veure amb el CR. Sabem que el 1r pic correspon a les ficoeritrines, el segon a les ficocianines i el tercer a les allocianines.

Si el fot cau a la part de fora no importa, pq lE arribar al CR.

Lantena canalitza (focalitza) lE pq vagi a parar al centre en ps (10-

12s).

2) Antenes de bacteris cromatfors: hi ha antenes amb estructura coneguda. Muntades a la membrana a travs de dos tipus de protenes (LH) que fan de bastidor. Element com dhlix . Actuen de bastidor pq les clorofilles se situn a posicions

adequades. LH1 tenen ms clorofilles en aquesta zona; les LH2 tamb en tenen ms amunt.

Els estudis de cintica rapida realitzats es basaven en irradiar el complex antena amb un lser amb molta intensitat de tal manera que es satures el CR i com a conseqncia semetes fluorescncia. Aquesta fluorescncia era recollida amb un fotoflurimentre. El que van observar es que desprs de cada flaix a mesura que passa el temps el espectre es de fluorescncia es desplaa cap a la dreta. El que indica que el espectre de absorci tamb es desplaa en aquesta direcci. Lgicament el ordre era PECPCAPCR Aquest fet es lgic que passi ja que com hem dit la direcci sistema de transferncia per ressonncia de singlets sempre s cap a ms altes. Cromatfors dels bacteris: El seu fotopigment s la clorofilla i aquesta es troba interaccionant amb una protena coneguda com LH que presenta una gran quantitat de hlix . Hi han dos formes de la LH i presenten diferents caracterstiques:

LH1: Presenta clorofilles nomes a la zona transmembrana de la protena LH2: Presenta clorofilles en la zona transmembrana i en la zona superficial. Les

clorofilles de cada lloc no estan orientades de la mateixa manera Els estudis de cintica rapida han descobert que la llum primer arriba al LH2, posteriorment passa per LH1 i finalment arriba al centre de reacci. Nomes es necessiten entre 10 i 50ps per passar de LH2 a LH1 i uns 50-100ps a passar de LH1 fins a CR. A part de les clorofilles tamb hi podem trobar carotenoides.

2.3 Centre de reacci

2.3.1 Decoloraci del centre de reacci Decoloraci lumnica: Duysens (bacteris) i Kok (plantes) varen fer experiments despectroscopia basats en la comparaci dels espectres dabsorci duna mostra en presencia o no de llum extra. Es a dir, en primer lloc varen mirar quin era el espectre dabsorci duna suspensi de cloroplast que es trobava totalment a les fosques (lnia continua) i desprs la van compara amb el espectre dabsorci de la suspensi de cloroplast en presencia de llum. Entre els dos espectres hi havia una diferencia significativa i es que un dels pics desapareixia. Aquest fenomen es coneix com a decoloraci. El pigment que es decolorava en les plantes era el P700, mentre que els dels bacteris era el P870 Decoloraci qumica: Fan servir el ferrocianur que es un gran agent oxidant (capacitat de guanyar un electr) .


11

Veiem les protenes LH1 i LH2 i el centre de reacci. LE dels fotons, de manera indirecta (ressonncia) aniria de les LH2 cap a les LH1 i el CR.

Tamb shan fet estudis lser de cintica dalta velocitat. Les dades indiquen que en un

picosegon hi ha una equilibraci de lE que ha aportar el fot que ha excitat a les LH2.

En tan sols 10-50ps passa de les LH2 a les LH1, i en 50-100ps ja arriba en el CR. Com ms llarga s la longitud dona,

ms es va cap all. Es canalitza lE.

Estudi a major resoluci dun bacteri: protenes LH2 formades per moltes hlix . Fixant-nos amb les clorofilles, es veuen en vermell i verd.

Talls transversals a diferents nivells:

(a) hlix en forma de C. Han tallat les clorofilles vermelles i obtenen una lmina.

(b) tall transversal ms avall, amb les altres clorofilles sobserva el pla de

lestructura danells.


14

Decoloraci pigments amb la longitud dona del mxim de decoloraci: P870 i P700. La clau interpretativa va venir dun experiment basat en ls doxidants: ferrocianur de potassi. Veien

que es produa la mateixa decoloraci afegint-hi aquest agent qumic redox.

Tenien clar que el ferricianur t la propietat de transformar-se en ferrocianur, per ha de guanyar un electr. Van interpretar que la variaci espectral seria pq el pigment perdia un electr que sel quedava el ferricianur.

Reacci de transferncia de crrega primer esdeveniment qumic desprs de tots els processos fsics que hem estat parlant.

La decoloraci es pot donar per llum o pot ser qumica. Conclusi: en els CR hi hauria una reacci de transferncia de crrega (dun electr).

Tenim el pigment del centre de reacci, lE de lantena, abans de produir la ionitzaci provoca transicions electrniques cap a capes altes. Posseeixen un estat excitat. Posteriorment, a travs de la transferncia de crrega, estat ionitzat del pigment, el fet de que de manera no radiativa es vagin excitant els pigment, en aquests els hi canvi molt el seu potencial redox. Lestat fonamental t un potencial redox de 0,5 volts, i en canvi quan el mateix pigment est excitat electrnicament, el seu E0=-1,0V. Sha convertit en un reductor potent. T lgica pq els electrons, a lestat fonamental estan ms a prop del nucli, i en canvi en lS1 s ms fcil que siguin arrencats.

Molt important estat intermedi. Dalguna manera shavia de regenerar lestat inicial i prop del pigment hi havia dhaver un donador i un acceptor. En el centre de reacci, les espcies acompanyarien el pigment i el regenerarien. En els centres de reacci hi van trobar clorofilles, feofitines i quinones.

Composici CR (bacteris): el fams pigment que es decolora en el cas dels bacteris sn les clorofilles. s el pigment P870. Espectroscpicament van anar seguint els canvis espectrals (espectres que canvien dintensitat). El P870 sexcita a travs de lE del

bacteri. Al seu costat encara hi ha ms clorofilla. Hi ha feofitina i quinona. Duna manera molt rpida (3ps),

passem de lestat *P870 a P870+ (decolorat, amb prdua dun electr).


13

Hi ha una reacci possible molt negativa que fa que loxigen es transformi electrnicament,

que t el seu estat electrnic natural en triplet. Si aix passa s nefast, pq loxigen singlet reacciona amb tothom i sho carrega tot. Fa reaccions covalents molt indesitjables que espatllarien molt les antenes. Com se soluciona? En comptes dagafar lE de lestat triplet loxigen, sn unes molcules que actuen com a atrapador, ofegador (cluencher) els carotenoides. Els carotenoides agafen la clorofilla a lestat triplet, la tornen a lestat singlet i

ells, en estat triplet no sn perillosos, pq no poden activar loxigen. Els carotenoides estan posats en posicions adients per poder actuar i que les reaccions nefastes no es produeixin.

3) Plantes els carotenoides estan posats prop de les clorofilles per poder actuar si conv.

Centres de reacci 1950 experiments que van fer en Duysens i en Kok separadament. Sn experiments de decoloraci. Fets amb espectroscpia dabsorci. Els autors van estudiar lespectre de bacteris

(Duysens) i plantes (Kok). Espectres de cloroplast, de bacteris, i es van obtenir normalment primer i desprs afegint un plus de llum mentre sobt lespectre.

(a)Lnia contnua espectre normal que obtenien amb bacteris a les fosques (camp visible infraroig). Noms hi arriba llum de lespectrofotmetre.

Lnia discontnua en presncia duna illuminaci extra amb llum blanca dins el porta-cubetes. Lespectre canvia moltssim. Desapareix lltim pic (decoloraci).

(b)Espectre de diferncia entre el primer menys el segon i dna nmeros negatius.

Des daquest moment es va comenar a pensar que estava passant una cosa qumica, molecularment alterada. La longitud dona a la que es produeix la decoloraci van pensar que hi havia una molcula relacionada amb la fotorecepci pigments. Per cada organisme, hi ha una decoloraci a una longitud dona determinada.

Aquest compost tamb era capa de produir la decoloraci, per tant aix vol dir que aquest procs de decoloraci implica una reducci del pigment, es a dir que el pigment te la capacitat de cedir el electr algun agent reductor que en aquest cas es el ferrocianur.

2.3.2 Reacci de transferncia de carrega: Transferncia denergia en el centre de reacci Definici: Es el procs mitjanant el qual es pot convertir la energia lumnica en energia qumica. Per tant s el pas que es dona desprs de la captaci del foto i de la transferncia per ressonncia de singlets. Aquest procs es dona en el centre de reacci. Teoria: El fet que permet la conversi de la energia s el canvi de potencial redox que pateix el pigment del centre de reacci com a conseqncia dexcitar-se. Daquesta manera podem veure que:

P (S0) E0=+0,5 P(S1 /S2) E0=-1

Per tant podem veure com el fet dexcitar-se provoca que el el pigment es converteixi amb un gran agent reductor, es a dir, que guanyi capacitat per cedir un electr. Aix es lgic a que quan els electrons estan excitats estan mes lluny del nucli i per tant s ms fcils que siguin arrancats. El electr que cedeix el pigment ser captat per un donador, mentre que el pigment es regenerar mitjanant la recuperaci dun electr que lhi cedir un donador.

2.3.3 Centre de reacci de Bacteris: Viridis i Sphanoides. Els principals estudis dels centres de reacci es van fer principalment en dos especies de la famlia de les Rhodopseudomonas com sn:

Vividis Sphanoide

Al 1989 en el laboratori de Hober es va aconseguir cristallitzar i resoldre lestructura del CR de viridis. Posteriorment es va aconseguir cristallitzar la de Sphanoide. El centre de reacci est format per un vestidor proteic que est composat per tres subunitats H, M i L que formen la regi transmembrana i una quarta protena que es un citocrom c que es troba en la regi periplasmtica. La nica diferencia entre el CR de viridis i de Sphanoide s que aquesta ltima no presenta el citocrom c. Si ens fixem en la part transmembrana veurem que te associades els segents cofactors

4 Bacterioclorofiles: Dos delles formen el que es coneix com a par especial i sn el P870. Es a dir, les clorofilles especialitzades en la captaci de la llum.

2 bacteriofeofitines


14

Decoloraci pigments amb la longitud dona del mxim de decoloraci: P870 i P700. La clau interpretativa va venir dun experiment basat en ls doxidants: ferrocianur de potassi. Veien

que es produa la mateixa decoloraci afegint-hi aquest agent qumic redox.

Tenien clar que el ferricianur t la propietat de transformar-se en ferrocianur, per ha de guanyar un electr. Van interpretar que la variaci espectral seria pq el pigment perdia un electr que sel quedava el ferricianur.

Reacci de transferncia de crrega primer esdeveniment qumic desprs de tots els processos fsics que hem estat parlant.

La decoloraci es pot donar per llum o pot ser qumica. Conclusi: en els CR hi hauria una reacci de transferncia de crrega (dun electr).

Tenim el pigment del centre de reacci, lE de lantena, abans de produir la ionitzaci provoca transicions electrniques cap a capes altes. Posseeixen un estat excitat. Posteriorment, a travs de la transferncia de crrega, estat ionitzat del pigment, el fet de que de manera no radiativa es vagin excitant els pigment, en aquests els hi canvi molt el seu potencial redox. Lestat fonamental t un potencial redox de 0,5 volts, i en canvi quan el mateix pigment est excitat electrnicament, el seu E0=-1,0V. Sha convertit en un reductor potent. T lgica pq els electrons, a lestat fonamental estan ms a prop del nucli, i en canvi en lS1 s ms fcil que siguin arrencats.

Molt important estat intermedi. Dalguna manera shavia de regenerar lestat inicial i prop del pigment hi havia dhaver un donador i un acceptor. En el centre de reacci, les espcies acompanyarien el pigment i el regenerarien. En els centres de reacci hi van trobar clorofilles, feofitines i quinones.

Composici CR (bacteris): el fams pigment que es decolora en el cas dels bacteris sn les clorofilles. s el pigment P870. Espectroscpicament van anar seguint els canvis espectrals (espectres que canvien dintensitat). El P870 sexcita a travs de lE del

bacteri. Al seu costat encara hi ha ms clorofilla. Hi ha feofitina i quinona. Duna manera molt rpida (3ps),

passem de lestat *P870 a P870+ (decolorat, amb prdua dun electr).

2 Quinones: Distingirem entre dos: o QA: s la quinona no mbil (esta fortament unida la protena) que rep el

electr de la bacteriofeofitina. o QB: Es la quinona mbil (est dbilment unida) que rep el electr de la

QB Desprs de realitzar estudis de cintica rapida es va veure que la seqencia de fets era la segent:

1. El par especial de clorofilles o P870 s excitat gracies a la energia que lhi transfereix LH I i te la capacitat de transferir un electr a la feofitina mitjanant una de les altres dos clorofilles. Aquest procs tarda uns 3ps

2. La feofitina cedir el electr a la QA. Daquesta manera aquesta quinona es convertir en un radical semiquinona . Aquest procs dura uns 200ps. Al mateix temps el P870 recuperar el electr perdut gracies a que lhi cedir algun donador, que en el cas de viridis es el citocrom c i en el cas de Sphanoide s directament el citC. Aquest procs dura uns 270ps.

3. La QA en aquest estar de semiactivaci cedir el seu electr extra a la QB. Aquest procs dura uns 6 s

Aquest procs es realitzar dues vegades, de tal manera que la QB es podr convertir a la seva forma totalment reduda QBH2 que pot difondre fcilment per la membrana. Podem destacar com de les dues vies que hi han, nomes sutilitza una ja que sempre sutilitza el cam curt.

2.3.4 Centre de reacci de plantes Centre de reacci de PSII: El centre de reacci del PSII s molt semblant al dels bacteris amb la nica diferencia que ell te la capacitat de robar els electrons de H2O i daquesta manera formar O2 i a part daquesta manera recupera el electr que es perd. Aquesta capacitat de robar els electrons de laigua s gracies a la presencia dun complex de Mn4 i Ca tot i que el mecanisme no es coneix molt be hi s hipottic. El Mg t la capacitat de presentar molts estats doxidaci diferents i t la capacitat de formar enllaos forts amb aquelles molcules que contenen oxigen. El centre de Mn, en el seu estat redut s capa dunir-se covalentment a dos molcules de laigua. Cada vegada que un fot desplaa un electr del P680, el par especial carregat positivament recupera el seu electr daquest complex de Mn. Daquesta manera podem veure com el complex cada vegada es va reduint hi ha mesura que es redueix te la capacitat de produir diferents canvis a les molcules dH2O. Es necessiten la prdua de 4 electrons

per tal de crear una molcula dO2. La evidencia ms clara de la necessitat de 4 oxidacions s un experiment en el qual es va illuminar una planta amb flaixos i es va mesurar la producci doxigen. Es va poder observar que en el interval de 4 flaixos la producci de O2 augmentava, el que vol dir que es necessiten 4 protons per la producci dO2 (Hem de tenir en compte que un flaix t ms dun foto per que igualment es fa la hiptesi) Centre de reacci de PSI: El centre de reacci esta format per un vestidor proteic format per dos subunitats similars psaA i psaB que presenten sobretot hlix . Cadascuna de les subunitats tindr els mateixos cofactors. Aquets sn:

5 Clorofiles: : Dos delles formen el que es coneix com a par especial i sn el P700. Hi ha una altre que es coneix com A0 que sembla ser una clorofilla especial especial que s homologa a la feofitina coneguda com a A0

1 Filoquinona: Coneguda com a A1 3 Complexos ferro sofre

Desprs de realitzar estudis de cintica rapida es va veure que la seqencia de fets era la segent:

1. El par especial de clorofilles o P700 s excitat gracies a la energia que lhi transfereix el complex antena te la capacitat de transferir un electr a la clorofilla especial A0 mitjanant una de les altres dos clorofilles.

2. La clorofilla especial A0 cedir el electr a la filloquinona A1. Al mateix temps el P700 recuperar el electr perdut gracies a que lhi cedir algun donador que ser la plastocianina.

3. La A1 cedir els electrons a un conjunt de complexos ferro sofre que finalment lhi cediran a la ferrodoxina.

Com que tenim dues subunitats, cadascuna delles ser capa de transportar un electr i que daquesta manera la ferrodoxina rebi els dos electrons que necessita. Per aix ser necessari que P700 sigui excitat dues vegades.

Aquesta producci doxigen s molt important per a la geologia de la Terra. A linici de lalliberaci doxigen no es veia un increment apreciable en la concentraci doxigen a

latmosfera perqu hi havia a la superfcie de la Terra tant Ferro que fins que no es va oxidar completament no es podia alliberar el gas a latmosfera. Lestructura del PSII s molt semblant a lestructura dels fotosistemes bacterians. En canvi, el PSI, que no fa oxigen, t una estructura diferent. Al PSI trobem centres FeS propers a la cara que toca amb lestroma.

Lestructura s la segent:

A0 = clorofilla A1= Q F= FeS Lelectr desprs pel P700 segueix el cam ms curt: 12-12-10-12-15-12 A.

Els nmeros sn la distancia amb Armstrong i com hem dit sempre es far el cam curt per tant agafar el de 12


18

Si tinc en compte lE del fot en la suma, hi ha energia suficient per vncer la G>0 per excitar

els PS. Sanomena diagrama Z de la CTE fotosinttic. Aquest diagrama Z sha de demostrar.

Experiment despectroscpia. Lestudi se centra amb el Cit bf, el qual t un pic dabsorci a 222nm. Representa Abs222 en funci del temps:

El valor que es troba inicialment, quan est redut, sillumina a 700nm, canvia lespectre i sobt la situaci de Cit bf oxidat.

Safegeix llum de longitud dona ms curta i tornem a tenir-lo redut. Si excitem el PSII el Cit bf torna a tenir electrons. Bona prova del sistema en Z.

Laigua ha de rendir oxigen, electrons i protons. Hi ha especulacions no raonables que es basen en un experiment: per tal que laigua alliberi oxigen ha de captar uns quants fotons. Representaven loxigen produt per flaix en funci del nombre de flaixos:

La distncia entre mxims: shan denviar 4 flaixos. Reacci doxidoreducci que requeria

molta capacitat doxidaci. Idea: laigua entra i

com volem 4 electrons entraran 2 molcules daigua. Hi ha un sistema proteic que cont

magnesi que t varis estats redox. Un primer estat, excitat pel primer electr, passa a un segon estat i ja tenim un electr mobilitzat.

No completa lexpulsi de loxigen fins que no passa tot aquest procs. Hiptesi.

Altra hiptesi s mirant els estats doxidaci del Mn. Publicacions que proposen diferents estats, per en cadascun dells el Mn va

canviant de valncia. Cada vegada t un valor ms positiu i al final s quan laigua arriba a descompondres. s raonable.


18














3.4 Funcionament dels fotosistemes

3.4.1 Fotosistemes en bacteris El P870 sexcita dos vegades a partir de la transferncia per ressonncia de singlets de lenergia que provenia de LH1 i LH2 (antena) i daquesta manera sactiva el centre de reacci. Es faran totes les transferncies delectrons ja vistes fins que es formar QBH2 ser capa de cedir els electrons al citocrom bc1 mitjanant el sistema de cicle Q. Per tant com a resultat es transportaran 4 protons en el periplasma i es crear un gradient de protons. Desde el citocrom bc1 els electrons fluiran fins el citC i aquest retornar els electrons directament al P870 en el cas de Sphanoides i o al grup Hemo en el cas de viridis. El gradient de protons creat servir per dues coses

Creaci denergia: El gradient de protons ser utilitzat per lATPsintasa Creaci de poder reductor: El gradient de protons ser utilitzat per NADH

deshidrogenasa que juntament amb un electr que agafar del fotosistema ser capa de crear NADH+H que posteriorment es convertir en NADPH per lacci de la transhidrogenasa. Com podem veure la NADH deshidrogenasa necessita robar un electr en el cicle. Aquest electr no podr ser retornat doncs a P870. En aquest cas la recuperaci del electr es far a partir de succinat o altres substrats oxcidables.

El rendiment ser que per cada 2 electrons es poden transportar 4 protons. Tamb cal destacar que es una fotosntesi anoxigenica ja que els electrons que perd el pigment sn recuperats gracies a que es un procs cclic.

3.4.2 Funcionament dels fotosistemes en plantes

3.4.2.1 Estudis sobre fotosistemes En el laboratori de Emerson es van fer una srie dexperiments despectroscopia que van demostrar que les plantes utilitzaven dos fotosistemes diferents. El que van fer es comparar el rendiment o eficincia de la fotosntesi quan irradivem la planta amb diferents longituds dona amb labsorci daquesta planta. El rendiment es mesurava a partir de la producci de O2 i la absorci entre 660 i 720nm

Irradiaci entre 660 i 720nm: El rendiment de la fotosntesi era molt baix comparat amb la seva absorbncia. Es a dir que malgrat que absorbia no es produa oxigen.

Irradiaci a 650: El rendiment de la fotosntesi era molt baix comparat amb la seva absorbncia. Es a dir que malgrat que absorbia no es produa oxigen.


16

La QB s mbil i pot passar lelectr que sha desprs en el P870 pq es pugui fer ms qumica.

Pool de quinones, es produeix un cicle Q, que passa electrons al Cit-bc1, els quals poden passar a travs del citocrom i arribar en el CitC (petit i mbil a la perifria) i tornar (a travs dels hemos o no) poden regenerar el P870.

El donador delectrons s el CitC directament o a travs dels grups hemo.

El cicle Q pot generar el transport de 4 protons (per cada 2 electrons, 4 protons), que serveixen per fer ATP.

El metabolisme daquest bacteri, t substrats oxidables que tamb aporten electrons al procs. Regeneraci de P870 a partir de succinat o altres substrats oxidables.

R.Viridis no t QB i t 4 hemos

R.Sphaeroides t QB i no t 4 hemos.

Plantes 1956 Emerson va donar una pista molt bsica per poder entendre la fotosntesi en plantes. La tcnica s espectroscpica. Representaven Abs en funci de longitud dona des de 660 fins a 720nm. Lespectre dabsorbncia s

molt curt, per si en el mateix esquema es representava leficcia de la fotosntesi (loxigen produt), lespectre

era bastant ms decaigut.

Irradiaci entre 660 i 720 + Irradiaci a 650nm: El rendiment de la fotosntesi era quasi igual al de labsorbncia. Es a dir que el procs era molt ms eficient que anteriorment

Per tant el que estem veien es un efecte cooperatiu al irradiar la planta amb dos longituds dona diferents saconseguia una eficincia molt major de la que saconseguien al irradiar per separat i sumar-les. Aix va fer pensar a Emerson de que existien dos fotosistemes diferents que cooperaven. Posteriorment es van descobrir els dos i es va veure que cada un dells tenia un pigment diana diferent:

PSI: P700 PSII: P680

3.4.2.2 Funcionament dels dos fotosistemes En aquesta imatge hem ordenat els components segons el seu poder reductor i podem veure com es forma una mena de Z i per aquest motiu aquest sistema de funcionament es coneix com a diagrama Z. Hem de tenir en compte que les quinones funcionaran de la mateixa manera que en els bacteris i per tant permetran formar un gradient de protons transportat 4H per cada 2 electrons. La plastocianina es una protena homologa al citocrom c ja que tamb es una protena perifrica de membrana capa de transportar electrons, ara be a ms a ms la plastocianina t la capacitat de crear un gradient de protons transportant 2H per cada dos electrons. Finalment hem de destacar la ferrodoxina que es la protena encarregada de transportar els electrons a la NADP deshidrogenasa que juntament amb el gradient permetr fer la sntesi de NADPH Igualment en aquest diagrama podem intuir que existeixen dos tipus de flux electrnic

Cclic: No produeix oxigen i es creu que serveix per augmentar la creaci denergia ja que permet augmentar el gradient de protons.

Acclic: Produeix oxigen i ens serveix per crear energia (ATP) i de poder reductor (NADPH)

Demostraci del diagrama Z: Es va fer un estudi dabsorbncia del citocrom bf, aprofitant que la seva absorbncia a 422 variava segons si estava oxidat o redut.


18














4. Formaci dATP

4.1 Gradient de protons: Diferencial qumic Com hem vist gracies al transport delectrons saconsegueix fer un gradient de protons en el qual els protons van desde el estroma fins al interior del tilacoid. A diferencia del mitocondri per aquest gradient nomes pot formar un diferencial qumic ja que en les membranes tilacoidals hi trobem uns transportadors de Cl i Mg que transporten aquets cations cap al estroma i per tant no permeten que es crei un excs de carrega positiva en el interior del tilacoid. Per tant la ATPsintasa nomes pot utilitzar el gradient de pH per formar ATP, ara b, aquest gradient es de 4 ms o menys quan el del mitocondri s de 3,5. Aquesta diferencia de 0,5 fa que la fora proto motriu del cloroplast i del mitocondri siguin ms o menys igual amb un valor de 0,2mV Probes a favor: Es colloca una suspensi de de tilacoids i es mesura la concentraci de protons mitjanant un pH metre. El que sbserva s que quan en presencia de llum la concentraci de protons baixa i aix nomes pot ser perqu hi ha hagut un transport cap al interior del tilacoid. Per tant es pot confirmar que en presencia de llum es produeix un gradient de protons cap al interior del tilacoid

4.2 Bacteriorodopsina Halobacterium halobium: Es un extremofil que viu en [NaCl] molt elevades. s un organisme que ha estat estudiat molt en la bioenergtica degut a que te la capacitat de viure amb o sense la presencia del O2 ja que te la capacitat de fer tant la respiraci com la fotosntesi (nomes pot viure en absncia doxigen si hi ha llum). Pel que fa la respiraci els components de la CTE sn els tpics, per en canvi els elements de la fotosntesi sn diferents ja que no presenta cap fotosistema tpic. En el seu lloc aquets bacteris tenen un altre tipus de fotoreceptor conegut com ha plaques purpuri que sn acumulacions en la seva superfcie destructures porpres que ocupen molta part del bacteri i que sn fcils de isolar i analitzar. Es va veure que aquestes plaques contenien la bacteriorodopsina. Bacteriorodopsina: s una protena transmembrana formada per 7 hlix que te la capacitat de formar un porus en la membrana. A ms a ms aquesta protena presenta un grup prosttic conegut com retinal que com ja sabem es sensible a la llum i ser el que regular el transport de protons. El seu nom lhi probe de la similitud que t amb la protena rodopsina dhumans.


19

Flux electrnic cclic s possible que es faci ATP per que no es produeixi NADPH ni O2. s fer una mena de curtcircuit, de manera que els electrons sexciten al PSI, van a la ferredoxina cap al Cit bf, la

plastocianina i tornen al PSI. s un cicle.

Al cit bf li diuen B6F aqu.

La plastocianina i la ferredoxina sn petites i perifriques i permeten transportar electrons.

Els electrons, si est excitat el PSI, arribaran a la ferredoxina, la qual es mou per la superfcie de la membrana i contacta amb el cit bf, no amb la plastocianina.

Tilacoide en elctrode per mesurar el pH:

Indica que hi ha un pas de protons des de fora dels tilacoides cap a linterior, per aix hi ha una

davallada de la concentraci de protons. Lencarregat del bombeig probablement s el lloc on interv el Cit bf en relaci amb el PSII, que a part de descompondre laigua, tamb bombeja

protons a travs de les quinones (PSII). Hi ha un cicle Q que va a cavall del PSII i el Cit bf i aquest s el lloc de bombeig de protons. El PSI tamb funciona amb llum. Sistema ms adequat. Per la sntesi de lATP cal afegir lATP sintasa de cloroplast que aprofita els protons per generar ATP a partir de lADP+Pi.

El que tamb s diferent, s el fet de que en les membranes dels tilacoides hi ha transportadors de magnesi i clorur. Anullen la part de diferncia de potencial elctric a les membranes tilacoidals (en el cas dels mitocondris la fora que guia el procs t el component elctric i el de pH, els protons). Al haver-hi aquests transportadors de crregues negatives i positives, prcticament la diferncia de crrega sanulla. Gaireb tota la diferncia de

potencial electrpquomic en els tilacoides es deu a un gradient de pH. molt cid en comparaci als mitocondris ( . La flexibilitat que t el fa que pugui tirar endavant e procs augmentant la part pH.


19

Flux electrnic cclic s possible que es faci ATP per que no es produeixi NADPH ni O2. s fer una mena de curtcircuit, de manera que els electrons sexciten al PSI, van a la ferredoxina cap al Cit bf, la

plastocianina i tornen al PSI. s un cicle.

Al cit bf li diuen B6F aqu.

La plastocianina i la ferredoxina sn petites i perifriques i permeten transportar electrons.

Els electrons, si est excitat el PSI, arribaran a la ferredoxina, la qual es mou per la superfcie de la membrana i contacta amb el cit bf, no amb la plastocianina.

Tilacoide en elctrode per mesurar el pH:

Indica que hi ha un pas de protons des de fora dels tilacoides cap a linterior, per aix hi ha una

davallada de la concentraci de protons. Lencarregat del bombeig probablement s el lloc on interv el Cit bf en relaci amb el PSII, que a part de descompondre laigua, tamb bombeja

protons a travs de les quinones (PSII). Hi ha un cicle Q que va a cavall del PSII i el Cit bf i aquest s el lloc de bombeig de protons. El PSI tamb funciona amb llum. Sistema ms adequat. Per la sntesi de lATP cal afegir lATP sintasa de cloroplast que aprofita els protons per generar ATP a partir de lADP+Pi.

El que tamb s diferent, s el fet de que en les membranes dels tilacoides hi ha transportadors de magnesi i clorur. Anullen la part de diferncia de potencial elctric a les membranes tilacoidals (en el cas dels mitocondris la fora que guia el procs t el component elctric i el de pH, els protons). Al haver-hi aquests transportadors de crregues negatives i positives, prcticament la diferncia de crrega sanulla. Gaireb tota la diferncia de

potencial electrpquomic en els tilacoides es deu a un gradient de pH. molt cid en comparaci als mitocondris ( . La flexibilitat que t el fa que pugui tirar endavant e procs augmentant la part pH.

Experiments en els quals aconseguien crear vescules que nomes contenies bacteriorodopsina van demostrar que en presencia de llum aquesta protena era capa de transportar protons cap el interior de la vescula malgrat la seva simplicitat. Hem de tenir en compte que la vescula estava invertida i que per tant en la realitat el gradient s transport s el reves Altres experiments en els qual aconseguien crear vescules que nomes contenien bacteriorodopsina i ATPsintasa van demostrar que el gradient creat per la bacteriorodopsina era suficient per crear ATP. Aquests experiments tamb van servir per reafirmar la teoria de lacoblament quimiosmotic. Com ja hem dit el retinal es sensible a la llum i te la capacitat de regular el transport de protons. Aquest transport es pot fer seguint els segents passos.

1. Situaci inicial: El retinal es troba en la seva conformaci tot-trans-retinal i esta unida a la protena mitjanant la formaci duna base de Shiff amb el grup -amin duna Lys.

2. Fotoisomeritzaci: El retinal s capa de captar un foto gracies als seus dobles enllaos aparellats. Lenergia del foto s capa de provocar una isomeritzaci del retinal i que daquesta manera aquest adopti la conformaci 13-cis-retinal. Aquest canvi de conformaci tamb implica una disminuci del pKa i aix provoca que el retinal tingui la capacitat de cedir un prot a un Asp del costat. Aquest prot far diferents salts en diferents cadenes daa i finalment ser alliberat en el medi extern. Es creu que el canvi de conformaci del retinal tamb permet fer un canvi de conformaci en la protena que fa canviar les propietats acido-bsiques de les diferents cadenes aminoacidiques.

3. Regeneraci del retinal: La regeneraci del retinal requereix que aquest torni a la seva conformaci inicial, per per aix necessita guanyar un prot. Aquest prot es agafat a de la part citoslica. Per tant podem veure com es cedeix el prot al exterior i sagafa del interior i conseqentment es crea un gradient.

Els canvis de conformaci del retinal estudiats en cintica rapida permeten veure que per tornar de 13-cis-retinal fins a tot-trans-retinal hi han una seria de conformacions entre mig.


20

Bacterirodopsina Al ser el sistema fotosinttic ms senzill dels que coneixem, ha perms fer molts estudis. Es va descobrir un bacteri que viu en els llocs on la concentraci de clorur de sodi s aparentment impossible per la vida (4,3M).

Halobacterium halobium. Aquest extremfil s molt estudiat en BE. Cont una protena anomenada bacteriorodopsina, nom que li ve de la protena rodopsina, estudiada per la visi dels humans. Cont un grup prosttic que sanomena retinal. Pot viure respirant, per tamb en absncia doxigen sempre i quant hi hagi llum. Pot fer respiraci o fotosntesi. Pel que fa a la respiraci, els components de la CTE sn els tpics. En la seva vida sense oxigen les coses sn diferents. No es troben clorofilles ni carotenoides, no ficobilines, ni cap element de la cadena electrnica fotosinttica. Sacumulen a la seva superfcie unes estructures color porpra que sn les plaques purpuri. Ocupen una part molt important del bacteri. Fcils disolar i analitzar. Es va veure que les plaques contenen la bacterirodopsina pq cont retinal.

Es va purificar la bacterirodopsina:

La llum provoca a travs daquesta protena tan senzilla un transport de protons (disminueixen

al illuminar). In vivo, s al contrari: els protons surten.

Experiment:

Fent servir tan sol 2 protenes ben purificades, posant-hi tan sols fosfolpids van tenir un sistema que generava ATP a partir de fotons. Es considera la prova ms bona que t la hiptesi quimiosmtica de lacoblament entre el transport

electrnic i la fosforilaci.

Transport de protons fotocicle de la bacterirodopsina


20






Experiment:





20






Experiment:




5. Bioenergtica i bioenginyeria

5.1 Utilitzaci denergia actual Actualment les principals fonts denergia sn energia solar emmagatzemada de forma fssil (90% de les fonts denergia) . Aquestes sn :

Carb Petroli Gas natural

Aquestes fonts denergia tenen dos problemes: Esgotament: Sn fonts denergia no renovables i per tant tard o dhora

sesgotaran. Es creu que actualment ja estem en el mxim de producci de petroli i que en els propers anys la producci cada vegada anir disminuint ms. Amb el carb sembla ser que nhi ha una mica ms per tamb sacabar. Per tant sn font denergia que no poden garantir les necessitats energtiques duna civilitzaci futura.

Contaminaci: La combusti de productes carbonatats genera sempre CO2. Malgrat que la proporci de CO2 a latmosfera es molt baixa un petit augment de la seva quantitat pot provocar el efecte hivernacle i com a conseqncia un augment de la temperatura. A ms a ms aquesta acumulaci de CO2 es veu encara ms pronunciada degut a la desforestaci.

Font denergia primitiva: La nica manera dobtenir energia a partir dels productes fssils s a partir de la seva combusti. Aquest procs com ja sabem es molt irreversible i per tant t un eficincia molt baixa.

5.2 Altres fonts denergia Valors energtics: Tenint en compte que som 7109 humans hi que com a mnim cadasc necessita 100W denergia per duu a terme una vida normal es necessiten 71011W denergia per mantenir els humans. El sol es capa de fer arribar a la terra 1017 W, daquets 1014 sn aprofitats per les plantes. Per tant podem intentar fer alg amb la capacitat de les plantes per fixar energia com en la energia que no es fixada per les plantes i que per tant sobra. Avantatges de la fotosntesi: Actualment la fotosntesi es com u blueprint, es a dir que es quelcom a partir del qual es poden tenir idees i generar projectes. Les dos principals llions que ens ha ensenyat sn

Documents

BE-5. Producció d'ATP en la fotosíntesi