aula fotosintese

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Fotossíntese
Profa Maria de Lourdes Borba Magalhães
Ao final desta aula você será capaz de:
Entender o fluxo de energia que mantém a vida na Terra. Entender que energia pode ser transformada de uma forma para outra e que existe em duas formas de utilização: energia livre disponível para fazer trabalho ou gerar calor
Entender o papel da energia solar na produção de matéria orgânica, fornecendo a maioria da energia necessária à vida.
Entender porque a fotosíntese é tão importante para a vida na terra
Entender algumas curiosidades, como porque as plantas são verdes ou porque as árvores ficam amareladas no outono??
Entender que a fotosíntese é um processo duplo composto de uma fase dependente de Luz, e uma parte independente de luz (Ciclo de Clavin)
Entender como e onde as reações de luz e a fixação de CO2 ocorrem nas plantas
Objetivos de aprendizado da aula de hoje
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Vida requer:
Energia livre
Autotrófos
Ex: plantas
Heterotrófos
Humano
ATP
Quimio
sintese
Fotos
síntese
O ciclo da VIDA
Fotossíntese: Energia da luz solar é capturada na forma de açúcares
6 CO2 + 6 H2O + energia solar → C6H12O6 + 6 O2 
Mas oque é fotossíntese??
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Foto
Síntese
E como ela ocorre???
O ciclo de Calvin produz açúcares a partir de dióxido de carbono. 
ATP gerado pela luz solar fornece enrgia para construção de moléculas de açucar
O NADPH produzido pelas reações luminosas fornecem eletrons para a redução de CO2 a glicose. 
Light
Chloroplast
Reações 
À luz
Ciclo de 
Calvin
NADP
ADP
+ P
As reações luminosas convertem energia solar em energia química
Produzem ATP e NADPH
Um resumo da fotossíntese
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Onde a fotossíntese ocorre??
Eucariotos cloroplastos
As cianobactérias possuem um sistema de membranas internas onde ocorre a fotossíntese
Nas bactérias fotossintetizantes, a fotossíntese ocorre na membrana celular
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Eucariotos:
Fotosistema I e II absorvem energia solar
Primeiro, energia solar é capturada
Como a energia solar é capturada?
Por pigmentos nos Fotosistemas I e II
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Os cloroplastos possuem diversos pigmentos. Porque?
Clorofila a 
Clorofila b 
Carotenóides
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Nos tilacóides existem diversos pigmentos que diferem em espectro de absorção.
Clorofila a, pigmento dominante, absorve mais nos comp. vermelho e azul, e menos no verde.
Outros pigmentos com diferentes estruturas tem diferentes espectros de absorção
Diferentes pigmentos aborvem luz diferentemente
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Quando uma molécula absorve um fóton, um eletron desta molécula é ativado para orbitais de maior energia. 
O elétron move para um estado excitado. 
Os fótons que a molécula consegue absorver são aqueles que correspondem exatamente à diferença de energia entre o estado basal e o excitado. 
Pelo fato que esta energia varia entre os átomos e moléculas, um composto particular absorve somente fótons em comp de ondas específicos.
Então, cada pigmento possui um espectro de absorção único. 
Fótons são absorvidos por moléculas de pigmentos nas membranas tilacóides. 
A energia do fóton é convertida ao potencial de enrgia de um elétron excitado.
Na clorofila a e b um elétron do magnésio no anel de perfirina é excitado. 
Coletivamente, estes pigmentos determinam o espectro geral de ação da fotossíntese
Espectro de ação mede as mudanças na atividade fotossintética quando o comprimento de onda é variado.
O espectro de ação da fotossíntese foi demonstrado em 1883 através de um experimento feito por Thomas Engelmann.
Neste experimento, segmentos diferentes de algas filamentosas foram expostos a diferentes comprimentos de onda. 
Áreas recebendo comprimentos de ondas favoráveis à fotossíntese deveriam produzir excesso de O2.
Engelmann usou bactéria aeróbia em torno da alga como medida de produção de O2.
O espectro de ação não corresponde exatamente a absorção de nenhum pigmento isolado, incluindo a clorofila a. 
Somente a clorofila a participa diretamente das reações dependentes de luz mas pigmentos fotosintéticos acessórios absorvem luz e transferem a clorofila a. 
Eucariotos:
Fotosistema I e II absorvem energia solar
O fotosistema II
A natureza é realmente perfeita....
Fotofosforilação não cíclica
6CO2 + 6H2O + energia solar  C6H12O6 + 6O2
Como foi descoberta a origem do oxigênio molecular?
O experimento de Van Neil 
CO2 + 2H2O  CH2O + H2O + O2
Neil marcou CO2 or H2O com 18O.
Ele descobriu que 18O só podia ser detectado se a água fosse a fonte de 18O.
 
Aplicando conceitos: 
Como a Ciência evolui
A produção de ATP por quimiosmose
Compartimento tilacoide(high H+)
Membrana
tialcoide
Estroma
(baixo H+)
Light
Antenna
molecules
Light
Cadeia transportadora de eletrons
Fotosistema II
Fotosistema I
ATP sintase
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The proton gradient, or pH gradient, across the thylakoid membrane is substantial.
When illuminated, the pH in the thylakoid space drops to about 5 and the pH in the stroma increases to about 8, a thousandfold different in H+ concentration.
The light-reaction “machinery” produces ATP and NADPH on the stroma side of the thylakoid.
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Chloroplasts and mitochondria generate ATP by the same mechanism: chemiosmosis.
An electron transport chain pumps protons across a membrane as electrons are passed along a series of more electronegative carriers.
This builds the proton-motive force in the form of an H+ gradient across the membrane.
ATP synthase molecules harness the proton-motive force to generate ATP as H+ diffuses back across the membrane.
Mitochondria transfer chemical energy from food molecules to ATP and chloroplasts transform light energy into the chemical energy of ATP.
Fotofosforilação cíclica
	O ciclo de calvin consome mais ATP do que NADPH Fluxo cíclico permite que o cloroplasto gere suficiente ATP pra satisfazer a demanda do ciclo de Calvin
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Segundo, carboidratos são sintetizados
ATP
 
NADPH
O ciclo de Calvin usa ATP e NADPH da energia solar para produzir carbohidratos
Ciclo de Calvin reduz CO2 da atmosfera 
Fixação de CO2 
Redução de CO2
Regeneração de RuBP – a cada tres voltas no ciclo, cinco moleculas de G3P reciclam uma RubB
Imperfeição catalítica
Via C3 evoluiu quando fornecimento de oxigênio era escasso
Rubisco emergiu cedo na evolução quando CO2 era farto e O2 excasso. Portanto não houve pressão seletiva para operar em condições altas de oxigênio.
Fotosíntese C4 aumenta a concentração de CO2 para a RuBP carboxilase
Altas temperaturas favorecem a atividade oxigenase e não carboxilase
Evita-se a utilização de O2 pela RuBP carboxilase por aumentar-se a quantidade de CO2 disponível para a enzima. 
Metabolismo de ácidos das crassuláceas
A fotossíntese e o Aquecimento Global
Florestas tropicais contribuem e muito para reabsorção de CO2.
CO2 na atmosfera captura o calor do sol e causa o aquecimento global
Para reflexão...
Scholes et al. Lessons from nature about solar light harvesting. NATURE CHEMISTRY | VOL 3 | OCTOBER 2011