Fisiologia Vegetale (professoressa Gonnelli)

Sulle membrane tilacoidali i complessi sono localizzati secondo un certo grado di specificità?

Si, difatti, questi complessi proteici si trovano nei tilacoidi, in particolare si trovano in questa disposizione: il fotosistema I lo trovo nel margo e nei tilacoidi stromatici, mentre il fotosistema II lo trovo nelle partizioni, cioè nelle parti appressate, dove ci sono le due membrane di grana schiacciate l'una contro l'altra. I PSI si trovano nelle parti non appressate. L'ATP sintasi si trova nel margo e nei tilacoidi stromatici. Il complesso del citocromo B6F è l'unico ubiquitario.

Lo schema Z, che in ultima analisi non è altro che l'arrivo del fotone nel centro di reazione, va allo stato eccitato (o meglio la clorofilla del CR), la quale fa fotochimica.

cedendol'elettrone ad un accettore. Il CR ossidato lo riprenderà da qualcun altro.

Schema Z: Trasporto di Elettroni Non Ciclico

La riduzione dell'accettore finale (NADP+) è a opera del PSI (che rimane senza elettroni); il rifornimento di elettroni è opera di PSII (con conseguenza SCHEMA Z: trasporto di elettroni non ciclico evoluzione di O2). La riduzione dell'accettore terminale (NADP+) è opera del PSI, il rifornimento di elettroni (con conseguente evoluzione dell'O2) è opera del PSII.

Cos'è il NADPH e a cosa serve? Cosa è il NADPH? A cosa serve?

Nicotinammide-adenin-dinucleotide-fosfato: Il NADPH è la nicotinamide adenin dinuclotide fosfato. Fatto L'agente riducente per eccellenza nelle biosintesi organiche ossidazione da due nucleotidi, in uno c'è l'adenina, il ribosio e due fosfati, e l'altro da ribosio che porta la nicotinamide (che è il trasportatore di elettroni).

Delle membrane.usato in molte biosintesi (gli elettroni vanno da pot redox 4Cl-1Ca2+negativo a pot redox meno negativo o positivo). Il primo punto che dobbiamo capire è: come si riesce aestrarre elettroni da qualcosa per portarli, alla fine, al NADPH, attraverso lo schema Z, cioè dobbiamo capire l'evoluzione dell'O: ovvero il fotosistema II, quando èossidato, riprende un elettrone da qualcosa.

Sistema di Evoluzione dell'ossigeno

Reazione di fotolisi dell'acqua grazie al lavoro della proteina OEE (Oxygen Evolving Enhancer). La fotolisi dell'acqua genera l'ossigeno, 4 protoni e 4 elettroni, vengono liberati nel lume grazie all'OEE che si trova proprio lì (l'OEE si trova lì proprio perché così libera protoni nel lume). È l'OEE a fare questa reazione. L'OEE contiene al suo interno 4 Mn 2,3,4+ (stati di ossidazione che può avere nella proteina), poi 4 Cl- e un Ca2+.

L'OEE sta rivolta verso il lume vicino al CR. I manganesi e gli altri componenti sono disposti così: 4 ioni manganese coordinati a vari amminoacidi con ossigeni, che possano coordinare il Mn (glutammato, aspartato). A formare il cluster ci sono anche alcuni ossigeni e il calcio Ca2+, che coordina ossigeni e una delle molecole di acqua e il Cl-. Complesso OEE: lato luminale del tilacoide.

ESPERIMENTO DI JOLIOT

Ci sono voluti molti studi per capire come funziona questa proteina: negli anni 60 il primo esperimento per capire come funziona OEE fu fatto da Joliot su cloroplasti isolati in soluzione. Li tenne al buio e poi iniziò a bombardarli di flash luminosi: vide un picco di evoluzione dell'ossigeno ogni 4 flash luminosi. Da notare che all'inizio il primo picco di evoluzione si aveva ogni 3, poi ogni 4 lampi. Joliot intuì il caricamento Funzionamento del Complesso OEE (Oxygen Evolving Enhancer) degli stati S, utile per poter mettere d'accordo donatore di

elettrone (acqua) con accettore(clorofilla). L'acqua non è un buon riducente (ha Esperimento di Joliotsu cloroplasti isolatiP.Redox + 0,82 V) quindi non cede volentieri gli Evoluzione di O ogni 4 lampielettroni. La clorofilla del centro di reazione invece ha 2(3 all'inizio)pot redox positivo (+1,2 V). Questa differenza di pot è Sistema a caricamento degli stati Stroppo piccola e il processo sarebbe estremamente Potenziali redox:L'acqua è molto stabile!! H O: +0.82 V Chl: +1.2 Vlento (non è compatibile con la vita). Ci vuole il 2sistema a caricamento degli stati s che riesca molto velocemente a prendere gli elettronidall'acqua e a darli molto velocemente alla clorofilla. Quindi pensò a questo primo modello, acaricamento degli stati s. Pensò che la OEE (lui ancora non ne conosceva l'esistenza) cambiassedi stato tutte le volte che arrivava un fotone, passando in 5 stati: s0 (inizio dell'esperimento, albuio),

Poi va a s1, ricambia di stato, s2, s3, s4, ogni volta dopo l'arrivo di un fotone. A s4 avrebbe avuto un potenziale redox così positivo da ossidare l'acqua, liberare quindi ossigeno, liberare protoni e prendere gli elettroni che servivano per rifornire il centro di reazione. Quando si inizia l'esperimento ce ne vogliono 3 di lampi perché la differenza di stabilità tra s1 e s2 è minima: quando siamo al buio s1 è lo stato più rappresentato. S4 è molto instabile (emivita molto breve) da non poterlo considerare. S3 e s2 con luce decadono a s1, e non decade a s0 a causa della piccola differenza di stabilità tra i due (75% s1 e 25% a s0 quando è buio).

IS: La prima volta c'è un picco dopo 3 quanti luminosi, poi si ha un picco sempre ogni 4 fotoni. Nel tempo si perde l'efficienza perché i cloroplasti non funzionano più in sintonia. L'acqua è una molecola molto stabile: ha un potenziale redox

di +0,82 V, mentre quello della clorofilla ossidata è +1,2V. Quindi gli elettroni si sposterebbero spontaneamente dall'acqua alla clorofilla, ma sarebbe un passaggio troppo lento, perciò ci deve essere un sistema che spinge gli elettroni dall'acqua alla clorofilla.

Joliot ha dunque ideato questo ciclo di cambiamenti conformazionali per eccitazione che potrebbe spiegare i risultati dell'esperimento: Quando i cloroplasti si trovano al buio i complessi di evoluzione dell'O sono nello stato fondamentale stabile S0, poi ad ogni ingresso di fotone, subiscono un cambiamento di stato conformazionale (S0, S1, S2, S3, S4). Infine dopo 4 fotoni, nel passaggio dallo stato S4 a quello S0, si ha la fotolisi dell'acqua. La differenza di stabilità tra S0 e S1 è molto poca, mentre S2 e S3 sono più instabili, S4 è estremamente instabile e dunque questa conformazione non viene considerata. Il fatto che bastassero 3 lampi

All'inizio è spiegato dalseguente motivo: nella sospensione di cloroplasti tutti gli OEE hanno la stessa probabilità ditrovarsi in tutti e 5 gli stati conformazionali. Quando sono tenuti al buio i complessi in stato S2 eS3 tornano tutti allo stato S1, mentre quelli in stato S0 restano in quella conformazione perchén c'è una grande differenza di stabilità tra S0 e S1. Perciò all'inizio dell'esperimento il 75% deicomplessi erano in stato S1 e il 25 % in S0. Quindi per la maggior parte degli OEE bastavano trelampi per fare tutto il giro all'inizio e liberare ossigeno.

IL CICLO DI KOK

Poi KOK teorizzò il ciclo di KOK: riuscì a capire che tutte le volte chesi passava di stato quando arrivava il fotone veniva 'perso' unelettrone, che veniva passato alla Tyr, che la ripassava alla clorofilladel centro di reazione. Ad ogni cambio di stato un elettrone passada Tyr a clorofilla a. Lui pensò

MODELLO SEMPLIFICATO DI FUNZIONAMENTO DELL'OEE

È stato affinato il cambio di stati di ossidazione del MODELLO SEMPLIFICATO DI FUNZIONAMENTO (ma sempre parecchio "primitivo") DELL'OEE.

manganese: partiamo dall's0 in cui i manganese sono in Mn Mn Mn Mn^{2+ 3+ 3+ 3+}e-

S1Mn Mn Mn Mn^{3+ 3+ 3+ 3+}

S0stati 2+, 3+. Il primo manganese da 2+ va a 3+, siamo in S1. Arriva il secondo fotone e riperde un altro elettrone, e- che passa a 4+, siamo nello stato s2 della proteina. Poi Mn Mn^{3+ 3+}? S4 S2

arriva un altro fotone, e si perde un altro elettrone, quindi Mn Mn^{4+ 3+}

un altro Mn va a 4+. Infine l's3 viene illuminato, la e- S3 Ad ogni lampo di luce il sistema "perde" un e-, che tramite Z viene

D1 O Mn Mn^{4+ 3+}

clorofilla si fotossida, il

Complesso glielo rende e infine si ceduto alla chl P680, ed aumenta il suo potenziale redox fino a Mn Mn Mn4+ 3+ raggiungere un potenziale tale dava nell'S4, in cui non hanno mai capito quale fosse il Mn a oppure poter togliere gli e- all'acqua.

Ca Cl-2+ SISTEMA A CARICAMENTO con Mn Mn3+ 4+ CAMBIAMENTI CONFORMAZIONALI prendere l'elettrone. Questo modello non può funzionare DELL'OEEMn Mn4+ 3+ Ca e Cl-: indispensabili per la fotolisi.2+ perché questo sistema deve raggiungere un pot redox molto più positivo dell'acqua per ossidarla, e quindi se il complesso raggiunge un pot redox più positivo dell'acqua sarà anche molto più positivo della clorofilla, e quindi porterebbe a una ox della clorofilla e ad un flusso inverso di elettroni!.

PRIMA VERSIONE MO