Reacciones redox

(a) En algunas reacciones de oxidación-reducción, se transfiere únicamente un electrón de un átomo a otro.

(b) En otras reacciones de oxidación-reducción, la oxidación es la pérdida de átomos de hidrógeno y la reducción es la ganancia de átomos de hidrógeno.

Reacciones Redox

(a)

(b)

Los transportadores de electrones transportan átomos de hidrógeno

Es más fácil retirar un átomo completo que uno o más electrones. Por este motivo, las reacciones redox biológicas suelen implicar la transferencia de un átomo de hidrógeno en lugar de sólo un electrón.

Las moléculas aceptoras de hidrógeno más comunes son:NAD+ NADP+FAD Citocromos

NAD+: Está formada por dos nucleótidos unidos entre sí. y se reduce a NADH por la transferencia de dos electrones y un protón

Los portadores de electrones también transportan energía dentro de las células

Dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD+)

NADPH

Dinucleótido de nicotina-adenina fosfato NADP+ es un aceptor de hidrógeno similar al NAD+ pero tiene un grupo fosfato extra.

Su forma reducida (NADPH) no participa en la síntesis de ATP, sino que

FAD

Dinucleótido de nicotinamina de flavina-adenina (FAD)

Citocromos

Proteínas que contienen hierro

FOTOSÍNTESIS

¿Quiénes realizan la fotosíntesis?

• Las plantas.• Las algas.• Algunos protozoos.• Algunas bacterias.

Organismos capaces de sobrevivir con CO2 como principal fuente de carbono (autótrofos)

Quimioautótrofos, utilizan Eº almacenada en moléculas inorgánicas (NH3, H2S o NO2) para convertir CO2 en compuestos orgánicos.

Fotoautótrofos emplean Eº radiante para lo mismo. Incluye algas, plantas y algunos protistas flagelados.

• 6 CO2 + 12 H2O + luz C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

El significado de esta simple expresión es que la fotosíntesis es un proceso de oxido-reducción que no se produce espontáneamente y que requiere aportes de energía externos al sistema, en este caso proporcionados por la luz.

El H2O aparece a ambos lados de la ecuación ya que en algunas reacciones actua como reactivo y en otras como producto.

Esta reacción muestra que ocurre en el processo de fotosíntesis pero no como ocurre. Las reacciones que ocurren em la fotosíntesis se dividen en 2 Fases:

Etapas fotosíntesis:1. Fotodependiente2. Fotoindependiente o ciclo de Calvin

Fotosíntesis consiste en reacciones dependientes de la luz, las cuales ocurren en los tilacoides y reacciones independientes de la luz las cuales ocurren en el estroma y consiste en la fijación del carbono.Las reacciones fotodependientes capturan energía en forma de ATP y NADPH, que impulsan las reacciones de fijación del carbono.

Fotosistemas I y II

Existen 2 fotosistemas que se diferencian básicamente en que sus centros de reacción difieren en sus espectros de absorción.

Fotosistema I: Tiene un pick de absorción a 700nm y por ello se denomina P700

Fotosistema II: Tiene un pick de absorción a 680nm y por ello se denomina P680

FOTOSISTEMAS: Las moléculas de clorofila y los pigmentos asociados están dispuestos en grupos captadores de luz o complejos antena. Cada complejo esta formado por cientos de moléculas de pigmentos asociados en una forma espacial muy ordenada, así cuando una molécula del complejo antena absorbe un fotón la energía se transfiere rápidamente de una molécula de pigmento a otra. Cuando esta energía llega al centro de reacción un electrón se excita y es cedido a un aceptor primario

Fases de la fotosíntesis

• fase luminosa, la luz impacta en las moléculas de clorofila a que están empaquetadas en una ordenación especial, en las membranas tilacoidales. Los electrones de la clorofila a son lanzados a niveles energéticos superiores, y las moléculas de clorofila a se oxidan. En una secuencia de reacciones, la energía que llevan estos electrones se usa para formar ATP a partir del ADP y para reducir una molécula llamada NADP+. Las moléculas de agua se escinden (fotólisis) en esta etapa para dar electrones que se usan para sustituir los que se marchan de la clorofila a.

1) La disociación de agua a cargo del fotosistema II aporta electrones al sistema, con liberación de oxigeno molecular como producto de desecho. Cuando la absorción de fotones activa el sistema II, los electrones se transfieren a lo largo de una cadena de transporte y al final llegan al fotosistema I.

2) Los electrones del fotosistema I son “reenergizados” mediante la absorción de más energía lumínica y al final pasan al NADP+, formando NADPH

Al pasar de un aceptor a otro los electrones van perdiendo energía, parte de la cual es utilizada para bombear protones de un lado a otro de ese lado de la membrana, es decir, pasan del estroma al lumen tilacoidal , lo que crea un gradiente protónico.

El gradiente de protones tiene mucha energía debido a su baja entropía, ya que se encuentra una alta concentración de protones en el lumen cabría esperar que estos atravesaran libremente la membrana hacia el estroma por diferencia de gradiente, esto no es así ya que la membrana es impermeable a ellos y solo pueden hacerlo a través de canales formados por una enzima ATP sintasa la cual acopla exergónico de difusión al proceso endergónico de fosforilación de ADP a ATP . A medida que los protones atraviesan la membrana la energía disminuye producto del aumento de entropía

1) Las flechas naranjas indican el recorrido de los electrones a lo largo de la cadena de transporte en la membrana tilacoidal. Los transportadores de electrones dentro de la membrana se reducen y oxidan alternadamente al aceptar y donar electrones

2) La energía que se libera durante el transporte de electrones se emplea para llevar protones del estroma al lumen tilacoidal, donde se acumula una alta concentración de protones

3) Los protones no pueden difundirse de vuelta al estroma salvo por canales especiales en la ATP sintasa en la membrana tilacoidal.

4) Los protones fluyen a través de la ATP sintasa generando ATP.

ATP y NADPH proporcionan la energía que dirige la fijación del carbono en el ciclo de Calvin: Ésta ocurre en el estroma a través de una secuencia de 13 reacciones conocida como ciclo de Calvin. Las 13 reacciones se agrupan en 3 etapas: 1) Fijación de CO2, 2) Reducción de Carbono y 3) Regeneración de RuBP.

1) Este diagrama en el que los átomos de Carbono se presentan como esferas negras, muestra que deben “fijarse” (incorporarse en esqueletos de Carbono preexistentes) 6 moléculas de CO2 en la fase de fijación para producir una molécula de azúcar de 6 carbonos, como la glucosa.

2) En la fase de reducción de carbono se forma Gliceraldehido 3 fosfato (G3P) . Dos moléculas de G3P “salen del ciclo” por cada glucosa que se forma.

3) Se regenera la Ribulosa bifosfato (RuBP) , y puede comenzar un nuevo ciclo. Aunque estas reacciones no requieren luz de manera directa. La energía que impulsa el ciclo de Calvin proviene de ATP y NADPH, que son los productos de las reacciones fotodependientes.