Metabolismo - undicesima lezione

Processo di fotosintesi clorofilliana

(PQ). Successivamente, viene captato un secondo fotone e il processo si ripete, concludendosi con la cessione di un secondo elettrone al plastochinone. Il plastochinone, muovendosi nella membrana del tilacoide, raggiunge una seconda molecola della catena, ovvero il citocromo b6f. Quando il plastochinone donerà elettroni al citocromo, libera i due protoni acquistati in precedenza, nel lume tilacoidale. Il citocromo a sua volta cederà gli elettroni ad un accettore, la plastocianina (PC), che muovendosi lungo la membrana tilacoidale, raggiunge il fotosistema I.

FOTOSISTEMA I:

"Schema Z" del potenziale redox nei fotosistemi. Le molecole di Clorofilla nei centri di reazione sono dette P680 e P700 (lunghezze d'onda assorbite).

• P700*: alto potere riducente, riduzione di NADP+ (tramite ferredossina)
• P680*: minore potere riducente, riduzione P700 (tramite catena trasporto elettronico)
• P680 ossidata: alto potere ossidante, ossidazione dell'acqua

Analogamente...

Per il fotosistema II, l'energia proveniente sotto forma di luce viene clorofillerecettata dalle clorofille è convogliata nel centro di reazione, contenente P700. Queste clorofille hanno raggiunto un livello energetico alto che permette loro di cedere elettroni a diversi intermedi e porteranno alla formazione del NADPH. PC sarà in grado di restituire elettroni alla clorofilla P700 riportandola allo stato ridotto. Allo stesso modo la clorofilla P680 è ossidata perché ha ceduto elettroni a PQ. Per questo motivo occorre un donatore di elettroni che è l'acqua.

Schema Z

Questo schema viene definito "perché queste reazioni formano una Z.

COMPLESSO NEL NUCLEO CENTRALE DEL PSI

Inucleo centrale del PSII 20Il contiene circa proteine: alcune situate nel centro di reazione (dove avviene la separazione di carica primaria), altre nei complessi antenna, nell'ossidazione dell'acqua e nel trasferimento di elettroni. Le proteine situate

Nel centro di reazione e nelle complesso antenna, sono spesso idrofobiche inserite quindi nella parte lipidica della membrana.

Le proteine coinvolte nell'ossidazione dell'acqua sul lato lumiale sono situate della membrana tilacoidale: gli elettroni rilasciati dalla proteina P680, vengono trasferiti al plastochinone (molecola proteica che può muoversi all'interno della membrana proteina D1 tilacoidale), grazie a due proteine situate nel centro di reazione: e proteina D2.

TRASFERIMENTO DI ELETTRONI DALL'ACQUA AL P680 OSSIDATO

Un gruppo di 4 ioni Mn nel complesso di fotolisi dell'acqua fornisce elettroni al P680 ossidato, riducendolo un elettrone alla volta fino alla completa ossidazione del gruppo di Mn (che esiste quindi in 5 stati di ossidazione).

Gli ioni Mn sono nuovamente ridotti da 2 molecole di acqua con la produzione di 4 H+ e O2. Il gruppo Mn completamente ossidato si riduce completamente con l'acqua, minimizzando la formazione di ROS.

dannosi generati durante la fotolisi(agisce da tampone di carica elettrica). plastochinoneProcesso: gli elettroni passano da P680 ad una molecola di , una voltaaccettati i due elettroni, il plastochinone riceve due protoni dal lato stromale dellamembrana, passando così allo stato ridotto e si muove all'interno della membranatilacoidale. 4 ioni manganeseIl trasferimento di elettroni dall'acqua a P680 coinvolge (associatial complesso di fotolisi dell'acqua), che fungono da "tamponi di carica elettrica"durante l'ossidazione dell'acqua ed il passaggio di elettroni a P680.L'ossidazione completa di H2O ad ossigeno richiede la perdita diquattro elettroni, il gruppo di ioni manganese, riesce a contenerefino a 4 elettroni per volta (quindi possono esistere 5 stati diversidi ossidazione). Gli ioni manganese sono nuovamente ridottidagli elettroni provenienti da 2 molecole d'acqua, con laconseguente produzione di 4 protoni e di ossigeno

molecolare(O₂). COMPLESSO NEL NUCLEO CENTRALE DEL PSInucleo centrale del PSII contiene invece circa 15 proteine. Una volta che la luce colpisce la clorofilla P700, perde unelettrone: questo verrà trasportato da proteine ferro-zolfo fino allaferredossinaproteina situata nello stroma. La ferredossinaridotta conserva un determinato potenziale di riduzione, il qualele permette di ridurre il NADP+ A NADPH. Contemporaneamente ilP700 viene nuovamente ridotto dalla plastocianina,permettendo così di nuovo l’inizio del ciclo. IL COMPLESSO ATP SINTASIcomplesso dell’ATP sintasi , situato sul lato stromale dellasfrutta il gradiente elettrochimicomembrana tilacoidale, (pH dellume tilacoidale =4; pH dello stroma =8) per sintetizzare ATP. Questo complesso è costituito da diverse subunità, che formanodue porzioni principali: -Porzione transmembrana(CF0) (cioè immersa nellamembrana del tilacoide), Porzione stromatica(CF1)- , legata allaLoose: in cui entrano ADP e fosfato (P) Sito Tight: in cui avviene la sintesi dell'ATP Sito Open: in cui viene rilasciato l'ATP formato La sintesi dell'ATP avviene grazie all'azione di un'altra subunità, chiamata epsilon, che funge da "catalizzatore" per la reazione di sintesi dell'ATP. In conclusione, il complesso CF1 del cloroplasto è responsabile della sintesi dell'ATP durante la fase luminosa della fotosintesi. Grazie alla rotazione del perno, il complesso CF1 è in grado di sfruttare l'energia del flusso protonico per sintetizzare l'ATP a partire da ADP e fosfato.Tight : il sito si chiude e ADP + P formano ATP Sito Open : il sito si apre di nuovo, rilasciando l'ATP appena sintetizzato L'intero funzionamento del complesso CF1 (attivazione della sua testa enzimatica, perciò dei siti), avviene quando il gradiente di pH scende sotto un certo livello. Può capitare che l'energia luminosa assorbita dai complessi di raccolta della luce ecceda in misura considerevole rispetto a quella richiesta per il ciclo di Calvin: ciò quando l'intensità luminosa è molto elevata quando il ciclo di Calvin è troppo lento. La velocità del ciclo dipende da vari fattori, quali: - Bassa temperatura (rallenta reazioni chimiche ma NON processi fisici, come assorbimento dell'energia luminosa o trasferimento di energia tra le clorofille) - Stress (come mancanza di nutrimenti, assenza di CO2 dipesa dalla chiusura degli stomi, presenza di patogeni) In questi casi, i trasportatori di elettroni facenti

Parte della catena di trasporto si trovano in uno stato di riduzione (NADPH consumato lentamente e poco NADP+ disponibile a ricevere elettroni).

FOTOINIBIZIONE

Quando gli accettori di elettroni del PSI e PSII sono ridotti, non sono in grado di accettare gli elettroni perduti da P680 e P700, ciò provoca un accumulo di energia di eccitazione nel fotosistema e nelle clorofille del complesso antenna causando vari danni alla fotoinibizione.

[Le piante possiedono meccanismi per evitare danni causati dalla fotoinibizione].

La raccolta della luce richiede anche un meccanismo che distribuisca l'energia di attivazione in modo equilibrato tra il PSI ed il PSII.

I due fotosistemi sono situati in regioni differenti: PSI situati nei complessi nei tilacoidi dello stroma, esposti quindi all'ambiente idrofilo dello stroma.

Complessi proteici in membrane tilacoidali impilate e non impilate.

PSII solo nei tilacoidi del grana (impilati): ambiente idrofobico, poco contatto con lo stroma.

tilacoidi intergrana = (tilacoidi dello stroma) non impilati. Citocromo e PQ mobili presenti in entrambe le regioni. Possono donare elettroni alla ferredossina ed all'ATPsintasi PSII situati nei complessi nei tilacoidi del grana: esposti in un ambiente idrofobico con limitazioni all'accesso dello stroma. Il citocromo b6f, il plastochinone e la plastocianina sono invece presenti in entrambe le regioni. Distribuzione dell'energia di eccitazione in PSI e PSII Quando il livello di eccitazione di PSII supera quello di PSI, si innesca la fosforilazione del LHCII (complesso di raccolta della luce associato a PSII) La fosforilazione produce una carica negativa su LHCII, repulsione elettrostatica tra LHCII su grana adiacenti, separazione dei tilacoidi, migrazione di parte dei LHCII verso PSI La distribuzione dell'energia di attivazione tra i due fotosistemi è mediata dalle variazioni di dimensioni del complesso antenna del PSII. Quando il livello di eccitazione del

PSII è maggiore rispetto a quello del PSI, viene innescata la fosforilazione di un complesso di raccolta di luce legato al PSII (detto LHCII) ciò conferisce alla superficie delle membrane tilacoidali una carica negativa e porta ad un parziale allontanamento dei tilacoidi precedentemente impilati.

Quando questo accade, alcuni LHCII migrano verso il PSI: in questo modo le dimensioni del complesso antenna di PSII diminuiranno RUBISCO (RIBULOSIO 1,5 BISFOSFATO CARBOSSILASI/OSSIGENASI)

Molte proteine degli organuli sono costituite da subunità polipeptidiche codificate sia nel nucleo sia nel plastidio.

Necessità di coordinamento: es. regolazione per proteolisi.

RUBISCO: La sintesi delle subunità può essere inibita.

Se è inibita la sintesi delle subunità grandi, le subunità piccole (codificate nel nucleo) continuano ad essere sintetizzate e mandate ai plastidi, ma vengono degradate. E viceversa.

Solo il corretto assemblaggio di

le e grandi permette la formazione di una molecola funzionale di Rubisco. La presenza di subunità grandi in eccesso rispetto alle subunità piccole può portare alla formazione di molecole di Rubisco inattive, che vengono soggette a proteolisi e degradate. Pertanto, la presenza di subunità grandi in quantità adeguate è essenziale per mantenere l'attività della Rubisco.