Aula 4 - Fotossintese-reações luminosas

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Fotossíntese: 
Reações Luminosas 
Prof. Valdir Zucareli 
Universidade Estadual De Maringá - UEM 
Departamento de Ciências Agronômicas – DCA 
Campus de Umuarama – PR 
DFitomassa = Massa de carbono acumulado 
H2O CO2 
 
Água 
Minerais 
Fotossíntese: reações luminosas 
Fotossíntese: reações luminosas 
• Fotossíntese: “síntese utilizando luz”; 
• Principal mecanismo de entrada de energia no planeta. 
– Exceções: Bactérias quimiossintetizantes. 
 
• Fotossíntese: energia solar para oxidar a água 
(liberação de oxigênio e redução do dióxido de carbono); 
 
• Série de reações que culmina na redução do CO2, inclui 
reações nos tilacóides e as de fixação do carbono; 
 
• Os produtos finais das reações da fotossíntese nos 
tilacóides são compostos de alta energia (ATP e 
NADPH); 
• Como acontece? 
Fotossíntese: reações luminosas 
• A radiação luminosa é transportada como pacotes de 
energia denominados quanta ou fótons; 
 
• A energia (E) de um fóton é inversamente proporcional 
ao comprimento de onda: 
 
• E = hc/λ = hv 
– h = constante de Planck (h = 6,6262x10-34 J s fóton-1); 
– c = velocidade de propagação da luz no vácuo (3,0 x 108 m s-1); 
– λ = comprimento de onda (em metros); 
– v = c/λ. 
 
• Quanto menor λ, maior a quantidade de energia. 
c = l . n 
 freqüência em Hz 
comprimento de onda em nm (10-9m) 
l= 4,35.10-7m 
l= 6,6.10-7m 
Fotossíntese: reações luminosas 
Aquilo que vemos como luz é, na verdade, uma parte 
muito pequena de um vasto espectro contínuo de 
radiação, o espectro eletromagnético 
Fotossíntese: reações luminosas 
• Toda luz que chega à superfície da folha é 
absorvida? 
• Luz 
– Absorvida; 
– Refletida; 
– Transmitida. 
 
 
 
– Qual é o espectro absorvido? 
 
Fotossíntese: reações luminosas 
Espectro de 
absorção mostra a 
quantidade de 
energia absorvida 
por uma molécula 
ou substância. 
Efeito Emerson 
 Bolhas de oxigênio; 
 Elodea; 
 luz branca = 100; 
 emissor vermelho longo (λ = 710 nm) = 10; 
 emissor vermelho curto (λ = 660 nm) = 42,2; 
 λ = 710 + 660 nm ao mesmo tempo = 72,2; 
 radiação policromática mais eficiente que 
monocromática; 
 10 + 42,2 = 52,2 < 72,2 
 quanto > variedade de croma (λ), > eficiência 
fotossintética. 
Fotossíntese: reações luminosas 
Fotossíntese: reações luminosas 
• Fases da fotossíntese: 
– I – absorção da luz. 
– II – transformação da energia da luz em energia 
química. 
– III – utilização da energia química para a síntese 
orgânica. 
 
• Onde ocorre? 
– Cloroplastos. 
– Onde estão os cloroplastos? 
Proteínas integrais 
de membrana 
Estroma 
 Granum 
(plural= grana) 
Tilacóide 
do estroma 
 
Organização do aparelho 
fotossintético 
 Lamelas estromais 
 
 
 Lamelas do grana 
 
Dupla Membrana 
 Tilacóides 
(onde estão contidas as 
clorofilas) 
Estroma 
Fotossíntese: reações luminosas 
• Cloroplastos: 
– 1- sistema lipoprotéico: (tilacóides e lamelas) Fase I e 
II da fotossíntese. 
 
– 2 – Estroma: síntese orgânica, Fase III da 
fotossíntese. 
 
• Pigmentos fotossintéticos: 
– Estão localizados nos tilacóides e nas lamelas. 
• Clorofilianos (Cl a, b, c, d, e); 
• Carotenóides (Caroteno, xantofilas, xantinas). 
Anel de 
porfirina com 
Mg 
 
Cauda de 
hidrocarbonetos 
hidrofóbicos 
que se ancoram 
nas membranas 
(lipossolúveis) 
Pigmentos assessórios: 
Luz absorvida pelos 
carotenóides é transferida 
para clorofilas 
Cla e Clb: 
Substituição do 
grupo metila 
(CH3) pelo grupo 
aldeído (HC=O) 
Quando as moléculas absorvem ou emitem luz, elas alteram 
seu estado eletrônico: 
Chl + hn Chl* 
Distribuição de elétrons 
 na molécula excitada é diferente da molécula no estado base. 
No estado excitado a molécula é extremamente instável e libera parte de 
sua energia 
Absorção e emissão de luz pela clorofila (nível energético) 
E
n
e
rg
ia
 
A
b
s
. 
L
u
z
 a
z
u
l 
Estado de mais alta 
excitação (10-9 s) 
(A) Estado de 
mais baixa 
excitação 
v
e
rm
e
lh
o
 
4. Fotoquímico: energia do estado excitado provoca ocorrência de reações químicas 
REDOX 
3. Chl* transfere energia para outra molécula 
(A) No estado de mais baixa excitação a Chl* tem 4 alternativas: 
1.Chl* pode reemitir um fóton, 
retornando ao seu estado base 
Fluorescência 
(1) 
2. Chl* retorna ao estado 
 base. Energia é 
convertida em calor, sem 
emissão de fóton 
(2) 
O Azul é mais energético, 
porém, menos eficiente. 
Unidade fotossintética - Antena 
680nm 
650nm 
670nm 
Calor 
Calor 
640nm 
Calor 
Receptor de e- Doador de e- 
Proteínas integrais 
de membrana 
As clorofilas estão organizadas no sistema de 
membranas (tilacóides) do cloroplasto. 
Fotossíntese: reações luminosas 
Membrana interna 
Membrana externa 
Citosol 
LUZ Tilacóide 
 Ciclo de 
Calvin 
Amido 
Triose-P 
ATP 
NADPH 
Triose-P 
Sacarose 
CO2 
Fotossíntese: reações luminosas 
• Unidade Básica Fotossintética 
• Estrutura: 
» Moléculas antenas (Cla e carotenóides); 
» Centro de reação (Cla e Clb); 
» Aprisionador (Cla); 
 
• Eficiência: 
– Cada antena absorve 1 quantum; 
– Cada centro de reação 20 quanta; 
– Cada aprisionador 200 quanta. 
Unidade Básica Fotossintética (UBF) 
luz luz luz luz 
antenas: captação da luz 
(carotenóides, cl a ou cl b) 
Centro de reação (cl a; cl b) 
aprisionador (cl a) 
Fotossíntese: reações luminosas 
• Fotossistemas: 
– Existem dois conhecidos (FSI e FSII); 
– A fotossíntese começa pelo FSII; 
– FSI: 
• Tem mais clorofila a; 
• Aprisionador P700; 
• Absorve e transforma energia do vermelho longo; 
– FSII: 
• Tem mais clorofila b; 
• Aprisionador P680; 
• Absorve e transforma energia de comprimento 
curto (vermelho e azul): mais energéticos 
 
Fotossíntese: reações luminosas 
 
 
 FSII FSI 
 
 
 
 
 Complexo Citocromo 
 
2e- 
2e- 
Estroma (baixo H+) 
Lume (alto H+) 
2 H2O O2 + 4 H
+ + 4 e- 
 
Oxidação 
da água 
•Água é uma molécula muito estável; 
•O complexo fotossintético é o único sistema bioquímico conhecido que realiza 
tal reação; 
•Prótons produzidos durante a oxidação da água são liberados no lume do 
tilacóide; 
•Fonte de quase todo O2 da atmosfera. 
Potencial de redox: permite indicar a tendência da substância em doar ou 
receber elétrons, ou seja a direção do transporte de elétrons. O elétron 
segue espontaneamente de um ponto mais negativo para um menos 
negativo. 
 
CO2 + 2H2O CH2O + O2 
 
redução 
oxidação 
Luz, planta 
2H2O 4e
- + 4H+ + O2 
 
CO2 + 4e
- + 4H+ CH2O 
(Durante a oxidação da água à O2 o NADP é reduzido e há produção de ATP) 
• O Transporte de elétrons pode ocorrer: 
– Não cíclico: quando forma o NADPH; 
 
– Cíclico: Quando não há NADP+ disponível. 
Fotossíntese: reações luminosas 
NADP+ 
TYR 
P680 
2PHEO 
2QA 
2QB 
C
I
T 
A
N
T 
A
N
T 
2H2O 
Fotólise O2
 4H+ 
4e-D2 D1 
4Mn2+- 
4Mn+- 
4e- 
2e- 2e- 
2e- 2e- 
2e- 2e- 
2e- 2e- 
PSII Complexo citocromo 
PQ- - 
PQ- - 
H+ 
H+ H+ 
H+ 
PQH2 
PQH2 
Cit b6 
Cit F 
2Fe – 2S 
Estroma 
Lúmen 
P700 
A
N
T 
A
N
T 
4H+ 
PSI Complexo citocromo 
PQH2 
PQH2 
Cit b6 
2H+ 
2Fe – 2S 
Cit F 
PQ 
PQ 
2e- 
2e- 
2NADP+ 
2H+ 
2e- 
2e- 
PCox PCred PCox 
2e- 
2e- 
A
0 
A
1 
4Fe – 4S 
Fd 
2e- 
2e- 
2e- 
2e- 
2NADPH 
Estroma 
Lúmen 
• O Transporte de elétrons pode ocorrer: 
– Não cíclico; 
 
– Cíclico: Quando não há NADP+ disponível; 
 
– Quando não há NADP+ disponível a ferrodoxina (Fd) 
reduz citb6  plastoquinona, que libera Q + 2 H+ + 2 e- 
 
– Os elétrons retornam até que haja um NADP+ 
disponível; 
 
– Como acontece? 
Fotossíntese: reações luminosas 
NADP+ ? 
P700 
A
N
T 
A
N
T 
4H+ 
PSI Complexo citocromo 
H+ 
H+ 
H+ 
PQH2 
PQH2 
Cit b6 
2H+ 
2Fe – 2S 
Cit F 
PQ 
PQ 
2e- 
2e- 
2H+ 
2e- 
2e- 
PCox PCred PCox 
2e- 
2e- 
A
0 
A
1 
4Fe – 4S 
Fd 
2e- 
2e- 
2e- 
2e- 
Estroma 
Lúmen 
2e- 
PQ PQ
- 
- 
PQH2 PQ 
2H+ 2e-- 
2e-- 
2e-- 
2e-- 
2e-- 
2e-- 
2e-- 
2e-- 
Fotossíntese: reações luminosas 
• Funções do transporte de elétrons: 
– Fotólise da água (fotoxidação da água). 
 
– Síntese de NADPH+H+ no estroma para posterior 
utilização na síntese de moléculas orgânicas (Fase III). 
 
– Aumentar a concentração de íons H+ no lúmen. 
 
Fotossíntese: reações luminosas 
• Balanço do transporte não cíclico: 
• 2 moléculas de água: 
– 2 NADPH+H+ 
– 8 H+ 
 
 
• Balanço do transporte cíclico: 
• 2 moléculas de água 
– 2e- = uma volta  2 H+ no lúmen 
– Aumenta ainda mais a concentração de H+ no lúmen 
 
Fotossíntese: reações luminosas 
• Síntese de ATP: 
• Conseqüência do transporte de elétrons 
 
lu
m
e
 
CF1 
--------------------------- 
e
s
tr
o
m
a
 
m
e
m
b
ra
n
a
 d
o
 
ti
la
c
ó
id
e
 
H+ 
H+ 
ATP ADP + Pi 
CF0 
++++++++++++++++ 
[H+] 
[H+] pH 
pH [E livre H+] 
[E livre H+] 
ATP 
sintase 
H+ H+ 
H+ H+ 
SÍNTESE DE ATP 
Fotossíntese: reações luminosas 
• Acumulo de Hidrogênio no lúmen abre canal 
(ATPsintase) 
• H+ acumulado sai através do canal gerando um fluxo 
protônico 
• ATPase usa essa energia para ligar ADP + Pi 
• Cada 3 H+ que retornam do lúmen para o estroma dão 
origem a 1 ATP 
• O NADPH+H+ e o ATP formado será utilizado na síntese 
orgânica (Fase III da fotossíntese) 
Cadeia Transportadora de Elétrons 
Lume (alto H+) 
Fotossíntese: reações luminosas 
• Conclusões: 
– O complexo fotossintético é o único sistema 
bioquímico capaz de quebrar a molécula de água. 
– Do transporte de elétrons resulta NADPH+H+ e H+. 
– H+ é utilizado na síntese de ATP. 
– NADPH+H+ e o ATP serão utilizados na síntese 
orgânica (Fase III). 
Obrigado! 
Voltem Sempre! 
Deus Abençoe! 
Agradecimento: Prof. Dr. João Domingos Rodrigues; 
 Prof. Dr. Douglas Seijun Kohatsu.