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Faculdade de Ciências Departamento de Ciências Biológicas Biologia Marinha Aquática e Costeira Fisiologia Vegetal Funcional Pigmentos Fotossinténticos Discentes: Docentes: Nhamué, Clementina Prof. Doutor Orlando Quilambo Sitoe, Tânia Júlio Profª. Doutora Célia Martins Mestre Ventura Guilundo Mestre Íris Victorino Machaeie Mestre Mauro Machipande Mestre Andreia Massamby Maputo, Novembro de 2021 2 Índice Introdução 2 Luz 3 Propiedades da luz 3 absorção e armazenamento 3 Experiência de Emerson e Arnold 3 Os cloroplastos e os pigmentos Fotossintéticos 4 Tipo de Pigmentos Fotossintéticos 5 Fotossistemas 6 Referências Bibliográficas 8 Introdução O sol emite continuamente para o espaço radiação eletromagnética. A luz corresponde a uma pequena faixa de energia do espectro eletromagnético contínuo da radiação solar, responsável pelo fenômeno fisiológico da visão. A luz compreende, portanto, os comprimentos de onda do espectro eletromagnético que podem sensibilizar os nossos pigmentos visuais. Como toda onda eletromagnética, a luz tem um comportamento duplo, assumindo propriedades ondulatórias, ao se propagar no espaço, e um comportamento de partículas discretas, ao ser emitida ou absorvida por um corpo. A luz como um fenômeno ondulatório Quando se propaga no espaço, a energia radiante tem características ondulatórias, apresentando mudanças repetidas e regulares em suas propriedades elétricas e magnéticas. Cada tipo de radiação pode ser caracterizada pelo comprimento de onda distância entre dois picos sucessivos de uma mesma onda - ou pela freqüência - número de vezes que a mesma fase ou ciclo passa por um ponto no espaço por segundo. O comprimento de onda é representado pela letra grega lambda (À). Normalmente, a faixa de comprimentos de onda de interesse biológico é expressa em unidades de nanômetro (1 nm = 10-9 m). Luz A luz compreende os comprimentos de onda do espectro eletromagnético que podem sensibilizar os nossos pigmentos visuais. Como toda onda eletromagnética, a luz tem um comportamento duplo, assumindo propriedades ondulatórias, ao se propagar no espaço, e um comportamento de partículas discretas, ao ser emitida ou absorvida por um corpo. Propiedades da luz As propriedades primárias da luz visível são intensidade, direção de propagação, espectro de frequência ou comprimento de onda e polarização. elas possuem uma dualidade onda-partícula, é uma radiação eletromagnética, podem se propagar pela matéria e pelo vácuo, podem ser refletidas e refratadas. absorção e armazenamento A energia da luz solar e absorvida primeiro pelos pigmentos da planta. Todos os pigmentos ativos na fotossintese sao encontrados nos cloroplastos. As clorofilas e as bacterioclorofilas (pigmento encontrado em algumas bacterias) sao pigmentos tipicos de organismos fotossintetizantes. Experiência de Emerson e Arnold Em 1932, Robert Emerson e William Arnold realizaram um experimento-chave que forneceu a primeira evidencia da cooperacao de muitas moleculas de clorofila na conversao de energia durante a fotossintese. Eles forneceram brevissimos flashes (10–5 s) de luz a uma suspensao aquosa da alga verde Chlorella pyrenoidosa e mediram a quantidade de oxigenio produzido. Os flashes foram separados por cerca de 0,1 s, intervalo que Emerson e Arnold determinaram em experimentos anteriores como longo o suficiente para que as etapas enzimaticas do processo fossem completadas antes da chegada do flash seguinte. Os pesquisadores variaram a energia dos flashes e descobriram que, em energias altas, a producao de oxigenio nao aumentava quando um flash mais intenso era fornecido: o sistema fotossintetizante estava saturado com luz. Em suas medicoes da relacao entre a producao de oxigenio e a energia do flash, Emerson e Arnold se surpreenderam ao descobrir que, sob condicoes de saturacao luminosa, apenas 1 molecula de oxigenio era produzida para cada 2.500 moleculas de clorofila na amostra. Hoje, sabe-se que centenas de pigmentos estao associadas a cada centro de reacao e que cada centro de reacao necessita operar quatro vezes para produzir 1 molecula de oxigenio, dai o valor de 2.500 clorofilas por O2. Os cloroplastos e os pigmentos Fotossintéticos Nos eucariotos fotossintetizantes, a fotossintese acontece na organela subcelular conhecida como cloroplasto. Os cloroplastos são um tipo de plastídio ou plasto que junto com a presença de vacúolos e parede celular celulósica caracterizam uma célula vegetal. O cloroplasto é rico em clorofila, um pigmento verde que atua no processo de fotossíntese e é responsável por garantir a cor verde das plantas e algas verdes. Além de clorofila, os cloroplastos apresentam também carotenoides que são pigmentos de tom amarelo e alaranjado. Esses pigmentos, normalmente, são mascarados pela clorofila. O aspecto mais marcante da estrutura do cloroplasto é seu extenso sistema de membranas internas conhecidas como tilacoides. Toda a clorofila esta contida nesse sistema de membranas, que e o local das reacoes luminosas da fotossintese. As reacoes de reducao do carbono, que sao catalisadas por enzimas hidrossoluveis, ocorrem no estroma, a regiao do cloroplasto fora dos tilacoides. Em sua maioria, os tilacoides parecem estar intimamente associados entre si. Essas membranas empilhadas sao conhecidas como lamelas granais (cada pilha individual e chamada de granum), e as membranas expostas onde nao ha empilhamento sao conhecidas como lamelas estromais. Duas membranas separadas, cada uma composta de uma bicamada lipidica e juntas conhecidas como envoltorio, circundam a maioria dos tipos de cloroplastos. Esse sistema de membranas duplas contem uma diversidade de sistemas de transporte de metabolitos. O cloroplasto tambem contem seus proprios DNA, RNA e ribossomos. Algumas das proteinas do cloroplasto sao produtos da transcricao e da traducao dentro do proprio cloroplasto, enquanto a maioria das outras e codificada por DNA nuclear, sintetizada nos ribossomos citoplasmaticos e, apos, importada para o interior dos cloroplastos. Tipo de Pigmentos Fotossintéticos Os pigmentos fotossintéticos são substâncias capazes de absorver luz visível utilizada no processo fotossintético. Os mais importantes são as clorofilas (a, b, c e d), os carotenoides (carotenos e xantofilas) e as ficobilinas (ficoeritrina e ficocianina). As clorofilas são pigmentos fotossintéticos de cor verde e ocorrem em todos os eucariontes fotossintéticos e nas cianobactérias. No grupo dos carotenoides, os carotenos têm cor alaranjada, surgindo em todos os organismos fotossintéticos, com exceção das bactérias. As xantofilas, pigmentos de cor amarela, encontram-se nas algas castanhas e nas diatomáceas. As ficobilinas surgem nas algas vermelhas e nas cianobactérias, sendo a ficobilina um pigmento de cor avermelhada e a ficocianina azul. Os diferentes tipos de pigmentos fotossintéticos apresentam estruturas diferentes, captando radiações de diferente comprimento de onda, o que justifica a coloração diferente. O padrão de absorção de cada tipo de pigmento é denominado espetro de absorção. As radiações mais eficientes para o fenómeno fotossintético situam-se nas faixas do espetro luminoso vermelho-alaranjada e azul-violeta. Os principais pigmentos fotossintéticos presentes nas plantas são a clorofila a e b, os carotenos e as xantófilas. A clorofila a funciona como pigmento fotossintético primário ou fundamental, sendo essencial para o processo fotossintético nos organismos em que se encontra. As clorofilas b e c, os carotenoides e as ficobilinas são pigmentos fotossintéticos acessórios ou auxiliares, não substituem o papel da clorofila a. Estes pigmentos ampliam o espetro de absorçãoda planta, mas a energia luminosa que absorvem é transferida para a clorofila a. Fotossistemas Historicamente, o fotossistema I (PSI-700nm) foi nomeado desta forma visto que foi descoberto antes que o fotossistema II (PSII-680nm). A numeração não representa a ordem pela qual os electrões fluem. Quando o fotossistema II absorve luz, os electrões na clorofila do centro de reacção são excitados para um nível de energia mais elevado e são captados pelo aceitador primário de electrões. Para compensar a deficiência em electrões, outros são extraídos da água, através de fotólise ou por via enzimática, sendo depois direccionados para a clorofila. Os electrões fotoexcitados viajam através do complexo citocromos b6f para o fotossistema I, via cadeia transportadora de electrões existente na membrana tilacoidal. Esta queda de energia é controlada (o processo todo é denominado quimiosmose), para transportar protões (H+) através da membrana, providenciando uma força motriz protónica para a geração de ATP. Se os electrões apenas passarem uma vez, o processo leva o nome de fotofosforilação não-cíclica. Quando o electrão chega ao fotossistema I, preenche a deficiência electrónica da clorofila do centro de reacção do fotossistema I. A deficiência é devida à fotoexcitação dos electrões que são novamente sequestrados numa molécula aceitadora de electrões, neste caso a do fotossistema I. Estes electrões podem seguir uma deduas vias: continuar no transporte cíclico de electrões através do fotossistema I, ou passar, via ferredoxina, para a enzima NADP+ redutase. Dois electrões (e-) e dois protões (H+) são adicionados ao NADP+ para formar NADPH. Este agente redutor é transportado para o cliclo de Calvin para reagir com o 3-fosfoglicerato, juntamente com ATP, para formar gliceraldeído-3-fosfato, o bloco de construção fundamental a partir do qual as plantas podem produzir uma variedade de substâncias. O efeito Emerson diz que a fotossítense é mais efeciente se forem fornecidos comprimentos de ondas diferentes do que, comprimentos de ondas iguais. Referências Bibliográficas · TAIZ, Lincoln et al. (2017). Fisiologia e desenvolvimento vegental. 6a edição. artmed editora ltda. · Taiz, L.; Zeiger, E. (2009).Fisiologia Vegetal. 4ª Edição. Porto Alegre, Artmed editora. · Godvinje, J., Coleman, W. J. (1990). How plants make oxygen. Sci. Am. Editor. · Hopkins, W. G. (2000). Introduction to Plant Physiology. 2ª Edição. New York, Jonh Wiley & Sons · Nitscke, W., Rutherford, A. W. (1991). Photosynthetic reaction centres: variations on a common structural theme. Trends Biochem. Sci. editor. · Prisco, J. T. (1989). Fotossíntese e Fotorespiração. Fortaleza, CE editora.
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