Cianobacterias y cloroplastos

CIANOBACTERIAS Y
CLOROPLASTOS
Maritza mendoza
CIANOBACTERIAS
ORGANISMOS
AUTOTROFOS
ORGANISMOS
FOTOTROFICOS
Fotosintéticos
oxigenicos
ESTRUCTURA
Clasificación de cianobacterias
Unicelulares que se dividen por fisión binaria:
ORDEN
NOMBRES
Gloeobacter
Chroococcus
Chroococcales Microcystis
Synechocystis
Merismopedia*
Unicelulares que se dividen por fisión múltiple (Colonia):
ORDEN
NOMBRES
Chamaesphon
Pleurocapsales
Chamaesiphonales Dermocarpa
Xenococcus
Pleurocaspa
Filamentosas que poseen heteroquistes (especializados en la fijación de nitrógeno):
ORDEN
Nostocales
NOMBRES
Oscillatoria*
Microcoleus
Lyngbia*
Phormidium
Schizothirx
Spirulina*
Plectonema
Filamentosas que no poseen heteroquistes:
ORDEN
NOMBRES
Anabaena*
Nostoc*
Nostocaceae
Cylindrospernum
Rivulariaceae
Calothrix
Scytonemataceae
Rivularia*
Scytonema
Filamentosas ramificadas:
ORDEN
Stigonematales
NOMBRES
Westiella
Fisherella
Stigonema
Chlorogloeopsis
ANATOMIA Y MORFOLOGIA:
cianobacterias
• Miden entre 0.5-60 (μm) de diámetro (grandes respecto a lo
típico de las otras bacterias.
• La pared celular de las cianobacterias se asemeja a la de las
Bacterias Gram. (-).muchas producen envueltas mucilaginosas,
vainas etc. Que reúnen a muchas células y filamentos todos
juntos.
• Las membranas son complicadas y presentan multicapas
El citoplasma no suele presentar estructuras reconocibles salvo carboxisomas
(corpúsculos que almacenan la enzima RuBisCO), vesículas gasíferas
(regulan índice de flotabilidad) , tilacoides, los heterocistos (fijación de N2) y
cianoficina (10%masa, copolimero de Ac. asp-arg. Reserva de N2 y energia)
Tienen una sola forma de clorofila, la clorofila a y todas ellas tienen pigmentos
biliproteicos (ficobilinas) que funcionan como accesorios de la fotosíntesis.
Heterocistos en cianobacterias
Están rodeados por una pared celular que contiene grandes cantidades de glicolipidos
Que sirven para retardar la difusión de oxigeno a la célula debido a la sensibilidad de
la nitrogenasa al oxigeno. Así manteniendo unas condiciones anoxicas, estabiliza el
aparato fijador de nitrogeno en unos organismos que no solamente son aerobios, sino
que además generan oxigeno.
Cianoficina
 Copolímero de ácido aspártico y arginina.
 Reserva de nitrogeno en la cianobacteria.
 Reserva energética
La arginina dihidrolasa funciona como fuente de ATP en periodos de oscuridad.
Movilidad
•
•
•
•
•
Muchas presentan movilidad deslizante, ocurre cuando estan sobre sustratos
sólidos , con otras células o filamentos.
En algunas este movimiento no es simplemente traslacional sino que va
acompañado con rotaciones y flexiones de los filamentos.
La mayoría de las especies tiene fototaxis o quimiotaxis.
Entre las cianobacterias filamentosas es frecuente la fragmentación para generar
los hormogonios.
En algunas especies se generan esporas de resistencia llamados anicetos que
protegen al organismo en periodos de oscuridad, sequedad o congelación
Fisiologia
•
Las cianobacterias son en general organismos fotosintetizadores, pero algunas
viven heterotróficamente, como descomponedoras, o con un metabolismo mixto.
Las cianobacterias comparten con algunas otras bacterias la capacidad de usar N2
atmosférico como fuente de nitrógeno.
•
No requieren vitaminas
•
Utilizan nitrato de amoniaco como fuente de nitrógeno.
•
Algunas estirpes asi asimilan compuestos orgánicos tales como la glucosa y acetato
siempre y cuando la luz este presente.
•
Algunas pueden crecer en la oscuridad con glucosa u otros azucares, utilizando el
material como fuente de carbono y energía
PRODUCTOS METABOLICOS.
•
Neurotoxinas, responsables del olor y sabor a Tierra en el agua debido a la
producción de geosmina.
FIJACION DE NITROGENO
Habilidad de tomar el N2 del aire,
donde es el gas más abundante, y
reducirlo a amonio (NH4), una
forma que todas las células pueden
aprovechar.
Los autótrofos que no pueden fijar el
N2, tienen que tomar nitrato (NO3), que es una sustancia escasa.
Todo se realiza en ambiente
anaerobio
CLOROPLASTO
CLOROPLASTOS
• Los cloroplastos son orgánulos exclusivos de las células
vegetales.
• En ellos tiene lugar la fotosíntesis, proceso en el que se
transforma la energía lumínica en energía química, almacenada
en moléculas de ATP y moléculas reductoras (NADPH), que se
utilizarán posteriormente para sintetizar moléculas orgánicas.
• Tienen una organización muy similar a la de la mitocondria,
aunque es de mayor tamaño y tiene un compartimento más
complejo, porque presenta un tercer tipo de membrana.
Un cloroplasto tiene por tanto tres membranas y presenta tres
compartimentos.
•
•
•
•
La membrana externa es muy
permeable, gracias a la presencia de
porinas
porinas: también proteínas
principales de membrana por ser las
mas abundantes (en términos de
masa, ellas representan hasta el 2%
del total de las proteínas de la
célula), forman canales de gran
tamaño que permiten la difusión
pasiva de iones y moléculas
hidrofílicas = 600 daltons y un
diámetro aproximado de 20 Å.
encontradas en bacterias Gram
negativas.
Permiten el paso de determinadas
sustancias requeridas por estas
bacterias asi como la salida de
productos de desecho y
determinadas sustancias dañinas
para las bacterias como los bioticos.
m. externa
Membrana interna
•
La membrana interna es menos
permeable
•
Entre ambas membranas queda
un primer compartimento que es
el espacio intermembrana.
•
La membrana interna delimita un
espacio que es el estroma, dónde
se encuentran ribosomas, copias
de ADN, distintos tipos de ARN,
gránulos de almidón y gotas de
lípidos.
•
contiene proteínas específicas
para el transporte (permiten
paso CO2 y O2).
m.interna
Membrana tilacoidal
•
aparece formando unos sacos
aplanados denominados
tilacoides, y forman unas
agrupaciones llamadas grana. Los m. tilacoidal
tilacoides están interconectados
y delimitan una tercera cavidad
que es el espacio tilacoidal
•
Es la responsable de la captación
de la energía solar, gracias a la
presencia de clorofilas y de
otros pigmentos asociados con
proteínas en unas estructuras
funcionales que son los
fotosistemas.
Tilacoides: discos de membrana aplanados, proteínas especificas
de la fotosíntesis, cadena de transporte electrónico
fotosintético, componentes necesarios para la fotosíntesis.
Características y compuestos:
• enzimas, como la ATP-sintetasa
• Altamente impermeable a los iones
• Establecer el gradiente de protones responsable de la fuerza
motriz protónica para la síntesis de ATP
• 50% proteinas, 50% lipidos – 80%clorofila y 20% pigmentos
Grana (pilas unidades estructurales separadas)
Estroma: grandes cantidades de rubisCO (ribulosa-1,5-difosfato
carboxilasa oxigenasa)
forma 50% del contenido proteico del
cloroplasto .
• Produce acido fosfoglicerico
• fijación de CO2, contiene ADN circular, ribosomas (de tipo
70S, como los bacterianos), gránulos de almidón, lípidos y
otras sustancias
ADN: sintetiza ARN ribosomal, del ARN de transferencia y
de la Ribulosa 1,5 difosfato carboxilasa-oxigenasa
• vesículas de gas: encargadas de mantener el organismo en flotación
para ubicarse en la zona de máxima iluminación
• Ribosomas encargados de la síntesis de las proteínas propias de los
cloroplastos.
Fases de la Fotosintesis
Fase Luminosa
• Se realiza en la membrana de
los tilacoides, donde se halla
la cadena de transporte de
electrones y la ATP-sintetasa
responsables de la conversión
de la energía lumínica en
energía química (ATP) y de la
generación poder reductor
(NADPH).
Fase oscura
• Se produce en el estroma,
donde se halla el enzima
RuBisCO, responsable de la
fijación del CO2 mediante el
ciclo de Calvin.
Clorofila
•
es el pigmento verde de todas
las células fotosintéticas,
absorbe todas las longitudes de
onda de la luz visible excepto el
verde, el cual es reflejado y
percibido por nuestros ojos.
•
La clorofila es una molécula
compleja, formada por cuatro
anillos pirrólicos, un átomo de
magnesio y una cadena de fitol
larga (C20H39OH)
•
Se asocia con lípidos y proteínas
de la membrana fotosintética
mediante una cadena lateral de
alcohol.
Clorofila a (P700 )
•
dado que uno de los picos de su espectro de absorción esta a 700
nanómetros, una longitud de onda ligeramente mas larga que el pico
habitual de la clorofila.
 Principal de las plantas superiores, mayor parte de las algas y
cianobacterias.
 Color verde azulada (luz roja y azul).
 El fotosistema I está asociado a esta clorofila
 se encuentra en todos los casos, vinculada al centro activo de los
complejos moleculares, llamados foto sistemas, que absorben la luz
durante la fotosíntesis, difiere de la clorofila b en que el radical de la
posición 3 del grupo tetrapirrólico es -CH3 (alquilo) en lugar de -CHO
(carbonilo).
Clorofila B (P680 )
 La clorofila b absorbe en el azul, y en el rojo y anaranjado del espectro (
con longitudes de ondas largas y baja energía ).
 También se encuentra en algunas cianobacterias (las cloroxibacterias),
que por ello son de color verde planta en vez de azuladas
 el fotosistema II tiene un centro de reacción que absorbe a esta
longitud de onda
A---- 430 y 700nm
B---- 480 y 680 nm
fotosistemas
fotosistemas
• El fotosistema I (PSI) y el fotosistema II (PSII) son los
encargados de captar la luz y de emplear su energía para
impulsar el transporte de electrones a través de una cadena de
aceptores.
• se encuentran localizados en los tilacoides
• Muchos organismos procariotes solamente tienen el fotosistema
I
• Los organismos eucariotes poseen los fotosistemas I y II.
FOTOSISTEMA I Y II
Estos son los encargados de captar la luz y de emplear su energía para
impulsar el transporte de electrones a través de una cadena de
aceptores. El complejo antena de dichos fotosistemas atrapa fotones de
la luz, y esta energía se va transportando entre diferentes moléculas de
clorofila por resonancia, hasta que en el centro del fotosistema II se
produce la fotólisis del agua, rompiéndola en un O, 2 protones (H+) y dos
electrones. El oxígeno se unirá con el sobrante de otra molécula de agua,
para crear oxígeno atmosférico (O2);
FOTOSISTEMAS I Y II
 Fotosíntesis oxigénica: La generación de ATP y poder
reductor se lleva a cabo en dos centros de reacción
fotoquímica diferentes llamados fotosistema I (PSI) y
fotosistema II (PSII), los cuales contienen clorofila y se
localizan en las membranas de los tilacoides. Estos dos
fotosistemas actúan de una manera conjunta en
cianobacterias, algas y plantas.
PRIMER PASO
 i) Cuando la luz es absorbida por las moléculas de clorofila existentes en
el PSI, éstas moléculas de clorofila se foto activan lo que les permite
oxidarse. Los electrones eliminados de las moléculas de clorofila del PSI
son aceptados por el NADP reduciéndose a NADPH2. Todo esto deja a
las moléculas de clorofila del PSI temporalmente deficientes en
electrones lo que les confiere una carga positiva.
PASO 2
 ii) De la misma manera, la luz absorbida por las moléculas de clorofila
existentes en el PSII provoca que un electrón sea eliminado de cada
molécula. Estos electrones pasan a través de un sistema transportador
de electrones hasta que llegan al PSI donde son aceptados por las
moléculas de clorofila deficientes en electrones que se reducen. Este
sistema transportador de electrones es parecido al descrito en la
fosforilación oxidativa, utilizándose la energía liberada para la síntesis
de ATP. La diferencia radica en que el donador primario de electrones es
la clorofila del PSII y el aceptor terminal de electrones es la clorofila
del PSI (NADH2 y O2 respectivamente en la fosforilación oxidativa).
PASO 3
 iii) En este punto la clorofila del PSII es deficiente en
electrones. Sin embargo, esta clorofila es un fuerte agente
oxidante que obtiene los electrones necesarios para reducirse de
las moléculas de H2O. Esta oxidación del H2O genera oxígeno
gaseoso.
FOTOFOSFOLIRACIÓN
•
Es la síntesis de ATP que se produce cuando se exponen cloroplastos aislados a la
acción de la luz, en presencia de ADP y fosfato. La formación de ATP a partir de la
reacción de ADP y fosfato, es el resultado del acoplamiento energético de la
fosforilación al proceso de transporte de electrones inducido por la luz, de la
misma forma que la fosforilación oxidativa está acoplada al transporte de
electrones y al consumo de oxígeno en las mitocondrias.
Fotofosforilacion ciclica
•
En el fotosistema I se realiza la síntesis cíclica de ATP, que es independiente de la
fotólisis del agua y de la formación de NADPH
•
H2O + NADP+ + Pi + ADP+ cloroplastos + luz
•
La molécula de H2 O del lado izquierdo de la ecuación, cede los dos electrones
necesarios para la reducción del NADP+ y el átomo de oxígeno que se libera en
forma de ½ O2. La molécula de H2O del lado derecho de la ecuación procede de la
formación de ATP a partir de la reacción de ADP + Pi.
½ O2 + NADPH + H+ + ATP + H2 O
•
El flujo cíclico de electrones tiene lugar en algunos eucariotes y bacterias
fotosintéticas primitivas.
•
No se produce NADPH , sino ATP solamente. Esto puede ocurrir cuando las células
pueden requerir un suministro de ATP adicional, o cuando no se encuentre
presente NADP+ para ser reducido a NADPH. En el fotosistema II, el bombeo de
iones H+ dentro del tilacoide crea un gradiente electroquímico que culmina con la
síntesis de ATP a partir de ADP +Pi.
Fotofosforilacion no cíclica
•
la fotofosforilación no cíclica, está
acoplada al transporte de electrones
desde el agua, en el fotosistema II a
través de una cadena transportadora
de electrones hacia el fotosistema I,
donde la ferrodoxina cede dos
electrones al NADP+ para que se
reduzca a NADPH.
CICLO DE CALVIN
• MECANISMO BIQUIMICO DE FIJACION DE CO2 PARA
CELULAR.
DAR MATERIAL
• Ocurre en el estroma o matriz del cloroplasto.
• Allí se encuentran las enzimas necesarias que catalizarán la conversión de dióxido
de carbono (CO2) en glucosa utilizando los protones aportados por la coenzima
NADP más la energía del ATP.
• El dióxido de carbono ingresa a través de los estomas y llega hasta la molécula
aceptora del ciclo, una pentosa llamada ribulosa di fosfato, combinándose con esta
mediante la acción de la enzima ribulosa bifosfato carboxilasa oxigenasa.
•
El primer producto estable de la fijación de CO2 es el ácido-3-fosfoglicérico (
PGA), un compuesto de 3 carbonos. La energía del ATP es utilizada para fosforilar
el PGA y formar ácido 1,3 difosfoglicérico, el cual es reducido luego mediante la
acción del NADPH+H+ a gliceraldehido-3-fosfato (PGAL).
• Una parte del gliceraldehido-3-fosfato es utilizada en el ciclo para sintetizar
glucosa, mientras que el resto se utiliza para regenerar la ribulosa, que da
comienzo a un nuevo ciclo.
APLICACIONES
• Como fertilizante biológico, ya que nutre suelos donde se cultiva
por ejemplo arroz, ayudando a incorporarse el nitrógeno
atmosférico, se mejora la calidad del suelo y se incrementa el
rendimiento agrícola.
• Se modifica el ciclo de calvin para producir celulosa para crea
papel
• Investigadores de la Universidad de Texas. en Austin desarrollaron una
cianobacteria que, dicen, es capaz de producir celulosa y azúcar para
conversión a etanol y otros biocombustibles.