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* Fotossíntese Márcia Vanusa Recife, 2011. * A fotossíntese envolve dois processos ligados: - Oxidação de H2O em O2 mediada pela luz e produção de ATP e NADPH– fase Foto - Redução do CO2 em moléculas orgânicas, onde o ATP e NADPH são utilizados – fase Síntese * * Toda energia livre utiliza pelos sistemas biológicos surge da energia solar, que é capturada pelo processo de fotossíntese. Assimilação de mais de 1010 tonelada de carbono em glicídeos (anualmente). A fotossíntese é a fonte essencial de todos compostos de carbono e todo oxigênio que torna o metabolismo aeróbico possível. Se a fotossíntese cessasse, todas as formas superiores de vida se extinguiriam em cerca de 20 anos!!!! Importância da Fotossíntese * CH2O: Glicídeo, principalmente sacarose e amido. Mecanismo complexo!!! Elétrons gerados: utilizados para produzir NADPH e ATP NADPH: nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato (forma reduzida). ATP: adenosina trifosfato. “reações de luz” NADPH e ATP: Reduzem o CO2 e transformam em 3- fosfoglicerato Ciclo de Calvin ou “reações no escuro” Equação geral da Fotossíntese * * Evolução dos cloroplastos Cloroplastos: contêm seu próprio DNA; Não são autônomos; cloroplastos: Resultante de eventos de endo-simbiônticos; Ancestral de uma cianobactéria; genoma do cloroplasto: circular, seus genes estão arrumados em operons. * A energia luminosa capturadas pelas clorofilas nos cloroplastos é utilizada para gerar elétrons de alta energia. * Os eventos principais da fotossíntese ocorrem nas membranas tilacóides: Proteínas de colheitas de luz Centros de reação Cadeias transportadoras de elétrons ATP sintase Estroma: Enzimas que utilizam o NADPH e ATP que transformam CO2 em glicídeos. * Relação entre comprimento de onda e Energia da Luz Luz: onda ou partícula (fóton: quantum de luz). Energia de um fóton (E): depende de seu comprimento de onda de acordo com a lei de Planck : E= hc h= constante de Planck (6,626 x 10-34 J. s) c= velocidade da luz (2,998 x 108 m. s-1) = comprimento de onda (cerca de 400 a 700 nm para a luz visível) * Absorção de luz pela clorofila induz a transferência de elétrons. Captura de energia luminosa: Chave da fotossíntese. Primeiro evento: Absorção de luz por uma molécula fotorreceptora. Molécula fotoreceptora: Clorofila a, um tetrapirrol Tetrapirróis com um ionte de magnésio central. * Plantas: clorofilas a e b. Plantas superiores: duas vezes mais clorofila a que b. Pigmentos secundários: carotenóides que podem ser amarelos, vermelhos ou purpúreos. -caroteno: Composto isoprenóide vermelho-alaranjado. Luteína: carotenóide amarelo * Pigmentos acessórios canalizam a energia para os centros ativos - Carotenóides e clorofila b: Aumentam a eficiência da captura da luz por absorverem luz em diferentes comprimentos de onda. * Pigmentos: Absorvem a luz das membranas tilacóides em conjuntos funcionais chamados de fotossistemas. Centro de reação fotoquímico: clorofilas especializadas para transformar a energia luminosa em energia química. Moléculas coletoras de luz ou moléculas antenas: Absorvem a energia luminosa e a transmitem rápida e eficientemente para o centro de reação. * O que acontece quando a luz é absorvida por uma molécula de clorofila??? A luz é absorvidas por antenas que formam complexo de captação de energia; Transferidos para os centros de reação fotossintética; Se um aceptor estiver presente, a energia é transferida para a molécula aceptora. * * Fotossíntese em vegetais verdes é realizada por são dois tipos de complexos sensíveis a luz: Fotossistema I (FS I) e Fotossistema II (FS II). Elétrons derivados da água: duas moléculas de água são oxidadas gerando uma molécula de O2; Redução de NADP+ a NADPH. Gera um gradiente de prótons que impulsiona a formação de ATP. * * * Reação geral do fotossistema II: 2Q + 2 H2O O2 + 2QH2 - A redução de quinonas conduz a um gradiente de prótons, que impulsiona a síntese de ATP. * * * * * Comparação entre fotofosforilação e fosforilação oxidativa * Muitos herbicidas inibem as reações à luz da fotossíntese Inibidores do fotossistema II: bloqueiam a plastoquinol (QH2) * Evidências sugerem que os cloroplastos são descendentes de bactérias fotossintetizantes; Fotossíntese surgiu nos primórdios da história da vida terrestre; * Fotofosforilação Márcia Vanusa Recife, 2011 * * Histórico... Daniel Arnon, et al. (1954): Descobriram que o ATP é gerado a partir de ADP e Pi durante a transferência fotossintético de elétrons em cloroplastos. Albert Frenkel (1954): Produção de ATP é dependente da luz. Fotofosforilação: Processo pelo qual parte da energia luminosa capturada pelos sistemas fotossintéticos é transformada na energia para fosforilação do ADP. * Atividade combinada de dois fotossistema das plantas move elétrons da água para o NADP+ : NADPH. Simultaneamente, prótons são bombardeados através da membrana do tilacóide para a síntese de ATP. * Características gerais da fotofosforilação NADH: Doador de hidrogênio na fosforilação oxidativa (- 0,32V); H2O: Doador de elétrons na fotofosforilação (+0,82V); Na fotofosforilação requer energia na forma de luz para criar um bom receptor de elétrons; Os elétrons, na fotofosforilação, fluem através de uma série de transportadores ligados à membrana; Prótons são bombardeados através da membrana para criar um potencial eletroquímico; Potencial eletroquímico fornece a força necessária para a síntese de ATP a partir de ADP e Pi pelo complexo da ATP sintase associado a membrana. * Circuitos dos prótons e dos elétrons nos tilacóides Medidas experimentais: 3 ATP por O2 produzido. * Equação global para a fotofosforilação (não-cíclica): 2H2O + 8 fótons + 2NADP+ + 3ADP + 3Pi O2 + 3ATP + 2NADPH Fluxo não-cíclico de elétrons: ciclo unidirecional da H2O para o NADP+. Fluxo cíclico de elétrons Envolve apenas o fotossistema I; Fluxo cíclico de elétrons: Via alternativa do fluxo de elétrons induzido pela luz nas plantas, onde há variação da razão entre NAPDH e ATP. Não há formação de NADPH; Fotofosforilação cíclica. Equação geral: ADP + Pi luz ATP + H2O Reações de assimilação de carbono: ATP e NADPH, na proporção de 3:2. * Fluxo cíclico de elétrons Produz apenas ATP e permite variações na proporção entre ATP e NADPH * Diversos organismos fotossintéticos usam doadores de hidrogênio diferentes da H2O. Equação geral da fotossíntese 2H2D + CO2 luz (CH2O) + H2O + 2D Onde, H2D: doador de elétrons (hidrogênio), pode ser água, sulfeto de hidrogênio, lactato ou algum outro composto orgânico e D: Forma oxidada do doador. Por exemplo, a bactéria verde-sulfurosa utiliza H2S: 2H2S + CO2 luz (CH2O) + H2O + 2S
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