7º AULA - INTRODUÇÃO À FOTOSSÍNTESE - 2012

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UEPG
Introdução
à fotossíntese
Exceto bactérias quimioautotróficas (fazem quimiossíntese) – toda vida no planeta depende direta ou indiretamente da fotossíntese dos organismos clorofilados;
Fotossíntese: único processo de importância biológica que aproveita a energia solar;
Recursos energéticos do planeta, como combustíveis fósseis – resultam da atividade fotossintética;
Fotossíntese
Fotossíntese: foto = luz; 
síntese = produção;
Fotossíntese: produção do alimento usando a energia da luz;
Fotossíntese: processo de transformação energética;
Na fotossíntese ocorre a transformação da energia luminosa em energia química – a qual fica armazenada nos compostos orgânicos (alimento) elaborados;
Fotossíntese
Importância
Nos compostos produzidos há energia armazenada --- será liberada pela respiração e utilizada para impulsionar processos celulares;
“Atividade fotossintética promove a conversão e o armazenamento de energia em moléculas orgânicas ricas energia, a partir de moléculas inorgânicas simples, como CO2 e a H2O”.
“Cada ano: 250 bilhões de toneladas de carboidratos (açúcar) são produzidos no mundo pelos organismos fotossintetizantes (plantas, algas e algumas bactérias);”
Fotossíntese
Importância
“Nos cloroplastos, presentes em todas as células fotossintetizantes eucarióticas, a energia radiante absorvida pelos pigmentos fotossintéticos é utilizada para converter compostos de baixo nível de energia (CO2 + H2O) em carboidratos e outras moléculas orgânicas. Observe que o oxigênio liberado para a atmosfera nada mais é do que um subproduto das reações fotossintéticas”
Fotossíntese
Importância
 luz
6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6H2O + 6O2 
Respiração celular
Organismos heterótrofos (animais, fungos e a maioria das bactérias) – dependentes dos compostos orgânicos elaborados pela fotossíntese; 
Através da degradação de moléculas ricas em energia – (fermentação ou respiração aeróbia) ocorre a liberação da energia (ATP);
Respiração celular
“Respiração celular é o processo biológico que os organismos em geral utilizam para transformar o alimento (produzido na fotossíntese) em energia ”.
C6H12O6 + O2 	 CO2 + H2O + energia (ATP)
 Outra razão do processo respiratório: produção, durante reações da glicólise e ciclo de Krebs, de precursores essenciais para biossíntese de compostos importantes, como aminoácidos e hormônios vegetais.
A respiração tem apenas a função básica de liberar energia (ATP)?
Fotossíntese X respiração
Nos organismos eucariontes: todas as reações da fotossíntese acontecem nos cloroplastos;
Reações da fotossíntese: reações de anabolismo – produzem compostos orgânicos;
Reações da respiração celular (nos eucariontes): no hialoplasma e mitocôndrias;
Reações da respiração celular: reações de catabolismo – compostos são quebrados em CO2 e H2O (moléculas mais simples);
Reações da fotossíntese: somente na presença de luz; ocorre no período “claro” do dia;
Reações da respiração celular: 24 horas;
Conclusão: período claro do dia – vegetais – realizam fotossíntese e respiração celular;
Durante à noite: apenas respiração celular;
Fotossíntese X respiração
Fotossíntese e respiração celular: 
reações bioquímicas inversas;
C6H12O6 + O2 	 CO2 + H2O + energia (ATP)
Fotossíntese
Respiração celular
Fotossíntese X respiração
 Luz
CO2 + H2O C6H12O6 + H2O + O2
Fotossíntese X respiração
Fotossíntese usa gás carbônico e água;
Respiração celular usa carboidratos (glicose) e oxigênio;
Fotossíntese produz: alimento (carboidratos – glicose - C6H12O6), água e oxigênio. 
Respiração celular: libera gás carbônico e água.
C6H12O6 + O2 	 CO2 + H2O + energia (ATP)
 Luz
CO2 + H2O C6H12O6 + H2O + O2
“Respiração e fotossíntese são processos biológicos de conversão de energia. A fotossíntese é uma reação de anabolismo (produz energia) e a respiração uma reação de catabolismo (libera energia)”.
Fotossíntese e respiração
Ponto de Compensação Fótico ou Fotótico (P. C .F. )
“No PCF vegetal não libera e não absorve gás algum. Há equilíbrio entre absorção fotossintética do CO2 e a liberação do CO2 na respiração celular”. 
“Determinada intensidade luminosa onde a velocidade da fotossíntese é igual a da respiração”;
“ No PCF – quantidade de gases utilizados e liberados na fotossíntese é igual a da respiração (mais fotorrespiração)”;
Fotossíntese
No ponto B a planta alcança o P. C. F. .
Ponto de Compensação Fótico ou Fotótico (P. C .F. )
Fotossíntese
Conclusão: vegetal para sobreviver deve receber luz numa quantidade superior ao seu ponto de compensação fótico. 
“Plantas mantidas no PCF – tudo que produz na fotossíntese – gasta na respiração celular – não há sobras – vai crescer e repor partes perdidas usando suas reservas;
Quando as reservas acabam – planta morre”;
Ponto de Compensação Fótico ou Fotótico (P. C .F. )
Fotossíntese
Vegetais divididos quanto ao P. C. F. em dois grupos: plantas de sol (heliófilas) e de sombra (umbrófilas);
Plantas de solo: requerem grande quantidade de luz para atingir o seu P. C. F.;
Plantas de sombra: requerem pequena quantidade de luz para atingir o seu P. C. F.;
Plantas de sombra tem valores mais baixos – devido suas taxas de respiração também são mais baixos – pequena taxa de fotossíntese suficiente para levar a zero as taxas líquidas de trocas de CO2;
Ponto de Compensação Fótico ou Fotótico (P. C .F. )
Fotossíntese
Observe que os valores do PCF das plantas de sombra são menores do que das plantas de sol;
Ponto de Compensação Fótico ou Fotótico (P. C .F. )
Fotossíntese
Ponto de Saturação Luminoso ou lumínico (P. S. L. )
Aumentando a intensidade luminosa, aumenta também a assimilação de CO2 pela fotossíntese – até um determinado momento.
Determinado momento o aumento da intensidade luminosa não acarreta aumento proporcional da intensidade de fotossíntese.
A partir desse ponto, a fotossíntese alcançou a saturação luminosa - o valor da intensidade luminosa que a partir da qual a fotossíntese permanece estável é denominado de P. S. L.
Fotossíntese
Observe que à medida que aumenta a intensidade luminosa, aumenta a intensidade da fotossíntese até certo limite, daí em diante mesmo que se aumente a intensidade luminosa à intensidade da fotossíntese é a mesma.
O ponto onde atingiu a saturação, ou seja, não adianta mais aumentar à intensidade luminosa que a intensidade da fotossíntese é a mesma. Esse ponto é denominado de Ponto de Saturação Lumínico ou luminoso (PSL).
Ponto de Saturação Luminoso ou lumínico (P. S. L. )
Fotossíntese
Produtividade na fotossíntese
  Conclusão importante: “se uma floresta tropical for derrubada e convertida em campos, a quantidade de vida que pode ser suportada pela vegetação é reduzida em pelo menos 3,7 vezes, considerando-se apenas a produtividade em termos de fotossíntese”.
Ordem de produtividade representado por gramas de matéria orgânica produzida/ano/por mm2):
a) Floresta tropical úmida = 2.200;
b) Estuário (encontro de rios e oceanos) = 1.500; c) Floresta temperada = 1200;
d) Floresta de coníferas: 800; e) Campos: 600;
f) Plataforma continental = 360;
g) Tundra = 140; h) Campo aberto = 125;
i) Deserto = 90;
Fotossíntese
Organismos fotossintetizantes
 90% da fotossíntese realizada na Terra: algas e bactérias;
Todos os organismos clorofilados realizam fotossíntese: algumas bactérias (cianobactérias, proclorófitas), algas e os vegetais;
Fotossíntese
Durante a fotossíntese também há produção de ATP. 
Fotossíntese
Se a fotossíntese produz ATP, por que as plantas precisam respirar? 
ATP produzido na fotossíntese apenas em células vegetais fotossintetizantes e portanto apenas na presença da luz;
Durante o período sem luz (á noite) nas células não fotossintetizantes (célula da raiz) o ATP é suprido pela respiração;
“Quem perde se oxida e quem ganha elétrons
 se reduz”.	
Fotossíntesee respiração celular: reações de redução e oxidação;
Redução: transferência de um elétron (e-) ou de um elétron junto com um próton (H+) de uma molécula doadora;
Não esqueça: “molécula que perde elétrons foi oxidada e a que recebe esse elétron reduzida”;
Fotossíntese: um processo de 
oxidação-redução	
Fotossíntese
Fotossíntese: um processo de 
oxidação-redução	
Fotossíntese
Reações iniciais da fotossíntese (primeira fase) há participação dos fotossistemas I e II;
Cada fotossistema possui um centro de reação (CR) formado por clorofilas do tipo a. 
Os centros de reação são denominados de P-680 e P-700.
Ao receber luz – as moléculas de clorofila especiais do Centro de Reação entra em um processo de “excitação” e perdem elétrons.
Moléculas de clorofila especiais do CR ao perderem elétrons – tornam-se oxidadas.
As moléculas receptoras (receptor primário) desses elétrons tornam-se reduzidas. 
Fotossíntese: um processo de 
oxidação-redução	
Fotossíntese
Moléculas de clorofila a do CR oxidadas são imediatamente reduzidas, ou seja, recebem elétrons, tendo sua neutralidade restaurada – permitindo que o processo se repita de forma cíclica;
Na maioria dos organismos fotossintéticos (cianobactérias, algas e plantas) a molécula doadora de elétrons para a clorofila do CR é a água;
Fotossíntese: um processo de 
oxidação-redução	
Fotossíntese
Bactérias fotossintetizantes sulforosas verdes e púrpuras – usam vários compostos doadoras de elétrons (exemplo o H2S) para neutralizar as moléculas de clorofila do CR.
Veja o esquema comparativo abaixo sobre esses processos:
Fotossíntese: um processo de 
oxidação-redução	
Fotossíntese
Fotossíntese: um processo de 
oxidação-redução	
Fotossíntese
Reação primária da fotossíntese: reação de oxirredução entre moléculas especiais de clorofila “a” ( CLa) ou bacterioclorofila “a” (BCLa) e moléculas receptoras de elétrons (R) que, na sequência, transferem os elétrons excitados para outros carregadores. 
Nos organismos fotossintetizantes geradores de oxigênio (cianobactérias, algas e plantas), a molécula doadora de elétrons para a restauração da neutralidade das clorofilas especiais do centro de reação é a água.
Nas bactérias fotossintetizantes (bactérias púrpuras e verdes), não produtores de oxigênio - os doadores de elétrons podem ser diferentes moléculas orgânicas ou inorgânicas como o H2S. 
Diferença entre os organismos fotossintéticos na recomposição das moléculas de clorofila dos centos de reação.
Diferença: origem dos elétrons para recompor as moléculas de clorofila do centro de reação (CR);
Água: as cianobactérias, proclorófitas, algas e vegetais. 
Sendo que a fotossíntese desses organismos produz oxigênio.
 Há também a fotossíntese onde elétrons não provêm da água e nesse tipo de fotossíntese não há produção de oxigênio;
Fotossíntese
 Bactérias púrpuras sulfúreas têm como doador de elétrons: H2, H2S, tiossulfato (S2O32- ) e compostos orgânicos (malato, succinato, butirato).
 Bactérias púrpuras não sulfúreas têm como doador de elétrons: H2, e H2S (algumas) e compostos orgânicos (malato, succinato, butirato).
Fotossíntese
Diferença entre os organismos fotossintéticos na recomposição das moléculas de clorofila dos centos de reação.
 Bactérias verdes sulfúreas têm como doador de elétrons: H2, Sº, H2S, tiossulfato (S2O32- ) e compostos orgânicos (malato, succinato, butirato).
 Bactérias verdes não sulfúreas têm como doador de elétrons: H2, H2S e compostos orgânicos (malato, succinato, butirato).
 Heliobactérias tem como doador de elétrons: compostos orgânicos (malato, succinato, butirato).
Fotossíntese
Diferença entre os organismos fotossintéticos na recomposição das moléculas de clorofila dos centos de reação.
Reações básicas dos doadores de elétrons para as clorofilas dos centros de reações.
Organismos que usam a água como fonte redutora geram o O2 que é liberado para a atmosfera.
 Luz
 2H2O ------------------: O2 + 4H+ + 4e-
 
Bactérias que usam o H2S como fonte redutora geram o enxofre elementar como produto da fotossíntese. 
 luz
 H2S -------------: ½ S + 2H+ + 2e-
 bacterioclorofila
Quimiossíntese
 “Processo realizado apenas por alguns tipos de bactérias – capaz de construir compostos orgânicos a partir de CO2 e H2O sem usar a energia luminosa”;
 Usam energia oriunda de reações da oxidação de compostos químicos para produzir seus compostos orgânicos (alimento);
 Quimiossíntese ocorre em mínima escala em relação a fotossíntese;
 Importância da quimiossíntese: produção de compostos nitrogenados oriundos da decomposição da matéria orgânica;
 Um exemplo de bactérias quimiossintetizantes são as nitrificantes, que atuam no ciclo do nitrogênio: Nitrossomona e Nitrobacter. 
Quimiossíntese
 Importância da quimiossíntese: produção de compostos nitrogenados oriundos da decomposição da matéria orgânica;
   Nitrossomona
Amônia + O2 --------------------: nitrito + Energia
 
 
 
 CO2 + H2O ------------: Alimento 
 
   Nitrobacter
Nitrito + O2 ---------------: nitrato + Energia
 
 
 CO2 + H2O ------------: Alimento 
Quimiossíntese
Quimiossíntese X Fotossíntese
 Dois processos ocorrem em organismos autótrofos;
 Fotossíntese: algas, bactérias, cianobactérias e vegetais;
 Quimiossíntese: apenas algumas bactérias;
 Fonte de energia na fotossíntese: luz solar;
 Fonte de energia da quimiossíntese: energia extraída de reações químicas, que podem ou não ocorrer na presença de luz;
 Fotossíntese geralmente libera oxigênio;
 Quimiossíntese: não libera gases;
 Fotossíntese requer pigmentos para captura de luz;
Quimiossíntese não usa pigmentos;
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