7_Fotossíntese, Luz e Vida

Prévia do material em texto

Fotossíntese, Luz e Vida
‹#›
Por que estudar fotossíntese?
“ É o processo mais importante que ocorre na Terra”
“ É a via de entrada de energia na nossa Biosfera” 
“ 250 bilhões de toneladas/ano de açúcar são produzidas pelos organismos fotossintetizantes”
“ Sem esse fluxo de energia solar, canalizado pelos cloroplastos, a vida seguiria a inexorável 2ª Lei da Termodinâmica e cessaria completamente”
“ A fotossíntese libera oxigênio (O2) para o ar que respiramos”
‹#›
“ ...por estas descobertas, podemos assegurar que nenhuma planta cresce em vão...mas limpa e purifica a nossa atmosfera”
		Joseph Priestley (Século XVIII)
‹#›
De onde provém o O2 liberado na fotossíntese ?
 Esta foi a pergunta que motivou pesquisadores como Jan Ingenhousz, C.B. van Niel e Robin Hill.
 Porém, a conclusão definitiva de que o O2 é derivado da água, ocorreu em 1941, quando se usou isótopos pesados de oxigênio (18O2).
CO2 + 2H218O
(CH2O) + H2O + 18O2
‹#›
 Portanto, em algas e plantas verdes, onde a água é o doador de elétrons, a equação balanceada da fotossíntese é:
3CO2 + 6H2O
C3H6O3 + 3O2 + 3H2O
LUZ
 A cerca de 200 anos atrás, portanto, descobriu-se que a luz era necessária à fotossíntese. De fato, uma das etapas da fotossíntese necessita de luz
‹#›
A Natureza da Luz
Isaac Newton, há 300 anos atrás, nos fez conhecer o “celebrado fenômeno de cores”
Espectro Eletromagnético(Maxwell)
‹#›
 A luz é onda e partícula:
- O modelo ondulatório nos mostra o efeito fotoelétrico da luz;
- O modelo de partículas, nos diz que a luz é constituída por partículas de energia denominadas fótons
 Cada comprimento de luz tem uma quantidade de energia
comprimento
energia
‹#›
O Papel dos Pigmentos
A substância que absorve luz é denominada Pigmento
A maioria absorve somente um determinado comprimento de onda e transmite ou reflete os outros (espectro de absorção).
‹#›
‹#›
Espectro de Ação – eficiência dos comprimentos de onda em processos que requerem luz
Absorção estimada (em %)
‹#›
Espectro de ação X Espectro de absorção
Nos diz sobre qual pigmento é responsável por aquele processo
‹#›
Quando moléculas de pigmentos absorvem luz, os elétrons são impulsionados a um nível de energia mais alto, chamado de estado excitado
Fluorescência, ressonância, transferência
‹#›
Os principais pigmentos fotossintetizantes 
Clorofilas – diversos tipos:
- Clorofila a: eucariontes fotossintetizantes e cianobactérias (essencial)
 Clorofila b: plantas, algas verdes e euglena (acessório)
 Clorofila c: substitui a clorofila b em algas pardas e diatomáceas
 Bacterioclorofila(bactérias púrpuras)
 Clorofila clorobium (bac. sulfurosas verdes)
‹#›
Clorofila a
‹#›
Carotenóides
 - Acessórios, com a importante função de antioxidante. Sem eles não haveria fotossíntese na presença de oxigênio;
 Solúveis em lipídios, de cor vermelha, laranja ou amarela, em todos os cloroplastos (tilacóides) e em cianobactérias
 Há dois tipos: carotenos e xantofila
Ficobilinas
- Acessórios, cianobactérias e cloroplastos de algas vermelhas, solúveis em água.
‹#›
As Reações da Fotossíntese
As muitas reações são divididas em dois principais processos:
Reações de Transdução de Energia
e
Reações de Fixação de carbono
‹#›
‹#›
‹#›
Reações Luminosas
Os pigmentos estão nos tilacóides, agrupados em unidades chamadas fotossistemas
‹#›
Fotossistemas
Complexo antena 
Centro de reação
(250 a 400 moléculas)
Complexo antena – “canalizam” a energia para o centro de reação (pigmentos antena)
Centro de reação – convertem a energia luminosa em energia química (um par de clorofilas especiais)
‹#›
‹#›
Existem dois tipos de fotossistemas
fotossistema I e fotossistema II 
cadeia de transporte
 de elétrons
fotossistema I – o par de clorofila é “P700”
fotossistema II – o par de clorofila é “P680”
‹#›
Fotólise – 2H2O 
4 elétrons + 4 prótons +O2
P680
P700
‹#›
PSII
‹#›
‹#›
PSI
‹#›
‹#›
Fotofosforilação Acíclica
‹#›
Fotofosforilação 
Cíclica
‹#›
Reações de Fixação de Carbono
 O carbono encontra-se disponível sob a forma de CO2 atmosférico (plantas) ou CO2 dissolvido na água (algas e cianobactérias) 
 A redução do carbono ocorre no estroma dos cloroplastos, em reações conhecidas como o Ciclo de Calvin.
‹#›
O Ciclo de Calvin
Conhecido também como “a via de 3 carbonos”
 O primeiro produto detectável do ciclo contém 3 átomos de carbono;
O composto inicial e final é um açúcar de 5C, a ribulose 1,5-bifosfato (RuBP);
 O processo se inicia, quando o CO2 entra no ciclo e é “fixado” (ligado covalentemente) à RuBP.
‹#›
/Oxigenase
‹#›
‹#›
‹#›
Um resumo do
Ciclo de calvin
‹#›
‹#›
Gliceraldeído 
3-fosfato
Transportado para o citoplasma
Convertido rapidamente em glicose 1-fosfato e frutose 6-fosfato
Glicose 1-fosfato 
convertida em UDP-glicose
UDP-glicose + frutose 6-fosfato = sacarose 6-fosfato 					(precursor imediato da Sacarose)
 O gliceraldeído 3-fosfato que permanece nos cloroplastos é transformado em Amido
‹#›
Quando a Rubisco utiliza O2 em vez de CO2 ocorre a Fotorespiração
‹#›
‹#›
A via fotossintética de “4 carbonos”
 Em algumas plantas, pode haver outra via de fixação de carbono, onde o primeiro produto é uma molécula de 4C, o oxaloacetato
 Plantas C4 (ciclo de Calvin e ciclo C4)
 Plantas C3 (apenas ciclo de Calvin) 
‹#›
‹#›
‹#›
Ácido C4 – ácido málico ou ácido aspártico
Ácido C3 – piruvato e alanina
‹#›
‹#›
A fotossíntese geralmente é mais eficiente nas C4 do que nas C3
Para cada molécula de CO2 fixada:
C3 - 3 ATPs
C4 – 5 ATPs
Por que esse modo mais caro?
‹#›
Vantagens de C4:
 A fotorespiração é limitada devido o CO2 fixado pela via C4 (mesofilo) ser “bombeado” para dentro das células do feixe, mantendo alta razão CO2:O2 no sítio ativo da rubisco
 Qualquer CO2 possivelmente liberado pela fotorespiração nas células da bainha, ao escapar, é refixado no mesofilo
 A PEP carboxilase não é inibida pelo O2 (melhor utilização do CO2 disponível)
Resultado: A taxa de fotossíntese líquida da C4 pode ser 2 a 3x maior que a da C3
C4 – altas temperaturas (evoluíram nos trópicos)
‹#›
O Metabolismo Ácido das Crassuláceas (CAM)
 Assim como em C4, utilizam as vias C3 e C4, porém há uma separação temporal ao invés de espacial;
 Fixam o CO2 pela via C4 no escuro (PEP carboxilase no citossol);
 O malato formado é armazenado no vacúolo (ác. málico);
 Se toda a tomada de CO2 ocorre a noite, a eficiência no uso da água é muito maior.
C3 – 400 a 500 g de água/g de CO2 fixado
C4 – 250 a 300 g
CAM – 50 a 100 g
‹#›
‹#›