Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Fosforilação Oxidativa e Fotossíntese são dois processos de captação de energia pelos organismos vivos – relacionados pelo ciclo de energia entre os organismos vivos e que apresentam semelhanças e diferenças. Fosforilação oxidativa (mitocôndrias) Usa energia produzida durante a oxidação dos carboidratos, lipídeos e aminoácidos para a síntese de ATP e redução do oxigênio em água. Formação de gradiente eletroquímico na membrana interna da mitocondria que leva à síntese de ATP (energia para células) pela ATP sintase Fotofosforilação = fotossíntese (cloroplastos) Usa energia luminosa para a síntese de compostos orgânicos reduzidos (carboidratos) produzindo energia química, usa água e libera oxigênio. Formação de gradiente eletroquímico na membrana dos tilacoides que leva à síntese de ATP (energia para síntese de carboidrato) pela ATP sintase carboidratos A fotossíntese (que ocorre nos cloroplastos) tem duas fases: 1 - a energia luminosa é transformada em energia química (NADPH e ATP) com o uso de água e liberação de oxigênio 2 - a energia química formada é utilizada para a síntese do carboidrato Alguns experimentos comprovam os produtos da fotossíntese e sua dependência da luz A chama de uma vela em um ambiente fechado com uma planta junto só de mantém na presença de luz Folhas protegidas da luz e que não realizam a fotossíntese, não possuem amido estocado. Descoloração com alcool Coloração com lugol (iodo) Luz é a fonte de energia da fotossíntese Ocorre formação de oxigênio e carboidrato O que mais é importante para a realização da fotossíntese além da luz (reagentes)? Do que é formada uma molécula de carboidrato? CO2 + H2O → (CH2O)n + O2 Equação total da fotossíntese CO2 + H2O O2 + (CH2O)n LUZ Que tipo de reação é essa ? A equação total da fotossíntese descreve uma reação de oxidação-redução onde a H2O doa elétrons (como hidrogênio) para a redução do CO2 até o carboidrato (CH2O)n. Afinidade por e- Oxigênio mais eletronegativo, maior E, último aceptor de elétrons e a água um péssimo doador de elétrons Potencial de redução Fotofosforilação - precisa CRIAR condições para que a água consiga ser um bom doador de elétrons para reduzir o CO2 formar carboidratos. COMO OCORRE ISSO?.... Através da captação de energia da luminosa pelo sistema fotossintético •Reações luminosas da Fotossíntese A fotossíntese abrange 2 processos, que ocorrem nos cloroplastos. 1) as reações luminosas, que ocorrem apenas quando as plantas estão bem iluminadas; formação de doador de e- originando ATP, NADPH e O2 2) as reações de fixação do carbono (reações bioquímicas) que ocorrem tanto na luz como no escuro; formação dos carboidratos (ATP, NADPH e CO2) Etapas da fotossíntese Estrutura dos dos cloroplastos Membrana externa lisa, permeável a íons e pequenas moléculas. Membrana interna é composta por várias dobras (vesículas) formando os tilacoides , grana e as lamelas, envolvidos por uma porção aquosa, estroma. Organela presente nas plantas e outros organismos fotossintetizadores. Possui clorofila, pigmento responsável pela sua cor verde. Delimitados por duas membranas lipoprotéicas: http://www.sobiologia.com.br/conteudos/bioquimica/bioquimica11.php Membranas tilacoides estão embebidos os complexos com pigmentos fotossintetizadores e transportadores de elétrons que promovem as reações luminosas (fotossistemas – PSI e PSII), transportadores de elétrons que unem os fotossistemas e a e ATP sintase. Estroma – fase aquosa com a maioria das enzimas das reações de assimilação de carbono O que se encontra no estroma e nas membranas tilacóides dos cloroplastos? http://studyingplantphysiology.blogspot.com.br/ Conceitos importantes para entender a fotossíntese Luz e Pigmentos 1 - Luz é uma radiação eletromagnética Possui características tanto de uma onda como de uma partícula Comprimento de onda (λ) é a distância entre cristas de onda sucessivas Frequencia (η) é o número de cristas de onda num determinado tempo Uma onda é caracterizado por um comprimento de onda e uma frequencia Luz também é uma partícula chamada fóton Cada fóton contém uma quantidade de energia que é chamada quantum O quantum de um fóton depende da frequencia da luz/comprimento de onda comprimento onda frequencia energia Luz solar é como uma chuva de fótons de frequencias diferentes. Pequena parte da energia solar é usada na fotossíntese (1%). Nossos olhos são sensíveis a só uma gama pequena de frequencia — a região de luz visível do espectro eletromagnético São moléculas que possuem uma estrutura especial onde alguns átomos podem absorver a energia dos fótons 2 - Pigmentos Como acontece a absorção de luz por um átomo? Elétron em sua órbita normal, estável Feixe de luz incidente transfere energia Elétron muda de camada energética - instável Elétron volta para sua órbita normal, estável Elétron libera energia •Calor •Fluorescência •Fotoquímica •Transferência (exciton) Na natureza existem diferentes tipos de pigmentos capazes de absorver energia luminosa em diferentes comprimentos de onda A clorofila é o mais importante pigmento para absorção de luz para a fotossíntese nos vegetais Vegetais superiores tem dois tipos a e b (2:1) Cadeia lateral fitol e um conjunto de 5 anéis com 5 átomos contendo os átomos de N coordenados com um Mg Sequencias alternadas de simples e duplas ligações nos anéis são responsáveis pela absorção de luz e transferência de elétrons Apresentam cor verde (absorve vermelho e azul) Clorofila a (650nm) e b (450nm) e os outros tipos de luz? Pigmentos acessórios – são outros pigmentos que absorvem diferentes tipos de luz nos vegetais – ampliam o espectro de absorção de luz Ficoeritrobilina – vermelho Xantofila ou luteina- amarelo -caroteno - alaranjado Relação pigmento e luz absorvida Como ocorre a absorção e transferência de energia nos organismos fotossintetizadores??? A luz produz o fluxo de elétrons nos cloroplastos Em 1937, Robert Hill extratos aquoso de folhas contendo cloroplastos + receptores de hidrogênio não biológicos (químico) produção de O2 + redução do receptor de H luz Cloroplastos em solução aquosa Aceptor químico de eletrons escuro Presença de luz o aceptor de eletrons é reduzido e muda de cor Reação de Hill Cloroplastos + 2H2O + 2A 2AH2 + O2+ Cloroplastos A (forma oxidada) azul / AH2 (forma reduzida) incolor No escuro não havia a produção de O2 e o corante continuava azul. luz Princípio da conversão de luz em energia química mostra fluxo de e- da água para um aceptor de e- Como ocorre essa reação no cloroplasto? Quais moléculas/estruturas das membranas dos tilacóides estão envolvidas? Fotossistemas conjuntos de proteínas, pigmentos e transportadores de elétrons que formam uma estrutura nas membranas dos tilacóides que absorvem luz e iniciar um processo de transferência de elétrons Moléculas Antena ou Captadores de Luz (CCL) – pigmentos Transdutor ou Centro de Reação Fotoquímica – clorofila, doador e receptor de elétons O que é e como é a estrutura de um fotossistema? Centro de reação CCL Luz CCL (pigmentos) absorvem a energia luminosa, transferindo-a entre moléculas até o centro de reação No centro transdutor uma reação fotoquímica converte a energia de um fóton em uma separação de cargas iniciando um fluxo de elétrons. Como ocorre o processo de absorção de luz e transferência de energia? A luz excita uma molécula antena (clorofilaou pigmento acessório) elevando um elétron a um nível de energia maior Luz Moléculas antena Centro de reação A molécula antena excitada transfere energia a uma molécula de clorofila vizinha, excitando-a (transferência de éxciton) e volta ao estado fundamental Esse passo pode ser repetido várias vezes e entre repetidas moléculas antenas até que um centro de reação seja alcançado Quando um centro de reação é alcançado uma molécula de clorofila a do centro é excitada tendo um elétron passado para um orbital de energia superior clorofila a Esse elétron passa para um receptor de elétrons que é parte da cadeia de transferência de elétrons Um orbital do centro de reação da clorofila fica vazio Receptor de elétrons Doador de elétrons O elétron perdido pelo centro de reação da clorofila é substituído por um elétron de um doador de elétrons vizinho que se torna positivamente carregado Doador de elétrons Ocorre a formação de um dipolo separação de cargas no centro de reação Inicia-se uma reação de oxido-redução A absorção de um fóton provoca a separação de cargas dentro do centro de reação (fotossistemas) Inicia uma sequência de reações de oxirredução que vai resultar: oxidação da água a O2 síntese de NADPH e ATP Esses dois eventos ocorrem por ação de dois fotossistemas que existem nas plantas superiores, quais são eles e quais suas características? Membranas tilacóides das plantas superiores possuem dois tipos de fotossistemas que operam em série Fotossistema I (PSI) Moléculas antenas e Centro de Reação P700 Produz um redutor forte capaz de reduzir o NADP+ Produz um oxidante fraco Fotossistema II (PSII) Moléculas antenas e Centro de Reação P680 Produz um redutor mais fraco Produz um oxidante forte capaz de oxidar a água Os dois fotossistemas estão ligados por uma cadeia transportadora de elétrons com potenciais de redução diversos ↑ Afinidade por e- ↑ Potencial de redução Os fotossistemas estão rearranjados na membranas dos tilacóides juntamente com diversos transportadores de eletrons: •Plastoquinona citocromo b6f, e a plastocianina (fotossistema II ao I) •Ferredoxina e ferredoxina oxidorredutase (fotossistema I ao NADP+) Isso pode ser representado por um esquema chamado de esquema Z junto com os potenciais de redução deles Esquema Z – conjunto dos dois fotossistemas ligados por transportadores de e- (feofitina, quinonas, cit b6f e plastocianina) Dois sistemas, impulsionados pela luz, atuam em sequencia retirando elétrons da água e transferindo para o NADP+ Com a luz o P680 produz um forte doador de elétrons P680* que rapidamente transfere um elétron para a feofitina e fica P680+ que captura um elétron da água para voltar a seu estado fundamental Transportadores de elétrons Cisão da água H2O 2H + + 2 e- + ½ O2 2 H2O 4H + + 4 e- + O2 Quantos fotons? Equação geral pela qual os elétrons fluem da água para o NADP+compreende: 2H2O + 2NADP + + 8 fótons O2 + 2 NADPH + 2H + 2 fótons (um para cada fotossistema ) são necessários para que um elétron passe da água para o NADP+ (mas o NADP transporta 2 e-) Para formar um O2 é necessário 2 H2O com a transferência de 4 elétrons 8 fótons são necessários para se formar 1 O2 e 2 NADPH Os elétrons não podem ser retirados parcialmente das moléculas de água e o P680 capta 1 e- de cada vez Existe um sistema especial produtor de oxigênio : proteína (resíduo de tirosina) e um átomo de Mn Átomo de Mn vai doando 1 elétron de cada vez para o centro P680 (0 a +4) alterando seu estado de oxidação. Quando 4 e- são transferidos outros 4 e- são retirados de 2 moléculas de água e doados para o complexo produtor de oxigênio (complexo Mn) regenerando esse átomo. Formação de O2 Liberação de prótons para lúmen Durante a transferencia de elétrons (cisão da água e plastiquinona) prótons (H+) são bombeados para o lúmem do tilacóide, cria-se uma diferença de potencial eletroquímica entre o lúmem e o estroma - + Retorno dos prótons do lumem para o estroma pela ATP sintase, implica na sintese ATP Através desse processo (transferencia de eletrons e formação de gradiente eletroquimico no tilacoide) ocorre a sintese de NADPH e de ATP Reações luminosas e de assimilação de Carbono são duas fases da fotossíntese ATP e NADPH formados na fase luminosa vão ser fonte de energia para a síntese de carboidratos a partir de CO2
Compartilhar