994111 Aula 7 Fotossíntese Reações luminosas

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Fisiologia Vegetal 
Profa. Keline Albuquerque 
Fotossíntese 
Reações Luminosas 
Água e sais minerais são absorvidos pelo solo 
Transporte via xilema 
Estômatos captam CO2 
 6CO2 + 6H2O  C6H12O6 + 6O2 
O termo fotossíntese significa, 
literalmente, síntese mediada pela luz 
Equação simplificada e 
balanceada 
Reação global da fotossíntese 
Conotação mais abrangente 
Processo no qual os vegetais captam a energia solar e 
a convertem em energia química estável 
Energia luminosa impulsiona a síntese de carboidratos 
Processo complexo que envolve numerosas 
reações de conversão de energia 
• Molécula doadora  Perde elétrons  
Oxidada (carregada +) 
• Molécula receptora  Ganha elétrons  
Reduzida (carregada-) 
Fotossíntese: um processo de oxidação – redução 
Fotossíntese: 
Processo dividido em duas etapas 
Etapa 
Fotoquímica 
Etapa 
Bioquímica 
Transformação da energia 
solar em energia química 
(ATP e NADPH) 
Reações enzimáticas de 
fixação de CO2 e síntese 
carboidratos 
Os componentes estruturais da fotossíntese formam 
uma hierarquia com diferentes níveis de organização 
Envolve desde 
estruturas e processos 
moleculares (enzimas), 
até a planta individual 
integrada a comunidade 
vegetal ( radiação) 
Molecular 
Organelas 
Células fotossintéticas 
Tecidos (parênquimas) 
Folha 
Dossel da planta 
Comunidade Vegetal 
1. Absorção de água e nutrientes do solo 
2. Interceptação de luz e trocas gasosas com a 
atmosfera (CO2); 
3. Exportação e circulação das moléculas orgânicas; 
4. Conservação da água nos tecidos através da 
impermeabilização de suas superfícies externas. 
Estrutura da máquina fotossintética 
Folhas 
Corte de uma folha 
Mesofilo 
Tecido 
mais ativo 
Propriedade ópticas das folhas: 
• Células epidérmicas – Focalizam a luz 
• Células paliçádicas – Canalizam a luz 
• Espaços intercelulares parênquima lacunoso– dispersam a 
luz e aumenta a probabilidade de absorção de luz canalizada 
ESTÔMATOS 
• Saída de água – 
Transpiração 
• Entrada de CO2 - 
Fotossíntese 
Dilema vegetal: perda de água x fixação de carbono 
O CO2 difunde-se na proporção de 1,6 vezes 
mais lentamente que a água 
Cloroplastos 
Centro Fotossintético 
• Se autoduplicam 
• Contém genoma próprio 
• Codificam proteínas específicas 
• Contém clorofilas 
• 10 a 100 cloroplastos/ célula 
Estroma 
• Enzimas, substratos, cofatores 
• Etapa bioquímica 
Tilacoides 
• Presença da 
clorofila 
• Reações 
luminosas 
Localização das fases da fotossíntese 
Energia solar contempla duas 
necessidades das plantas: 
ENERGIA e INFORMAÇÃO 
• Informações críticas sobre o meio 
• Perceber a qualidade e 
quantidade de luz 
Necessidade 
energética é suprida 
pela fotossíntese 
 Luz: a energia que impulsiona a fotossíntese 
A conversão da luz em energia química 
• Assume propriedades ondulatórias ao se 
propagar no espaço 
• Comportamento de partículas discretas, ao 
ser emitida ou absorvida por um corpo 
A luz tem um comportamento 
duplo: Onda ou Partícula 
Natureza física da luz 
• O sol emite diferentes tipos de radiações para o espaço 
• A luz é uma parte do espectro da radiação solar 
• Cada tipo de radiação é caracterizado por um comprimento 
de onda associado a um determinado valor de energia 
A luz como fenômeno ondulatório 
Menor comprimento 
de onda 
Maior comprimento 
 de onda 
Importância para os 
processo biológicos 
Luz visível 
Quanto 
menor o 
comprimento 
de onda 
maior sua 
energia 
Principais radiações de interesse biológico 
e conteúdo de energia de seus fótons 
Cor Comp. onda (nm) Energia (kJmol-) 
Ultravioleta 254 471 
Violeta 410 292 
Azul 460 260 
Verde 520 230 
Amarelo 570 210 
Laranja 620 193 
Vermelho 680 176 
Infravermelho 1400 85 
 Ondas muito curtas - energia do fóton é tão elevada que ao 
atingir células arrancam elétrons da estrutura 
 Ondas longas – fótons baixo nível energético (temperatura) 
 Ondas visíveis – excitação dos elétrons entre os orbitais das 
moléculas que o absorvem, promovendo reações químicas 
A luz como partícula 
• Ao interagir com a matéria, a luz se 
comporta como se sua energia fosse 
armazenada em partículas - FÓTONS 
• Compreender o efeito da radiação 
sobre os organismos 
A ação fotoquímica e fotobiológica da luz 
depende de dois princípios básicos 
Estado base Estado excitado 
2. O fóton deve ter energia 
suficiente para altera o estado 
eletrônico da molécula que 
desencadeará reações 
1. A luz só tem atividade 
fotoquímica se for absorvida 
Resposta biológica 
Pigmentos 
Fotossintetizantes 
Clorofilas e Carotenoides 
PIGMENTOS FOTOSSINTÉTICOS 
Clorofilas e Carotenoides 
• Encontram-se organizadas nas membranas dos cloroplastos 
– tilacoides 
• Otimizar absorção de luz e a transferência da energia de 
excitação eletrônica para centros de reação da fotossíntese 
 Clorofila A e B – Plantas, algas verdes 
 Clorofila C e D – Alguns protistas e cianobactérias 
 Carotenoides – pigmentos acessórios captação e protetores 
Clorofila absorve mais eficientemente os 
comprimentos de onda nas banda do azul e do 
vermelho, não absorvendo quase nada na banda 
verde (lei da equivalência) 
Espectro de absorção dos fotorreceptores 
(Clorofilas) 
O que acontece quando os 
pigmentos absorvem luz? 
As moléculas alteram seu estado eletrônico 
quando absorvem o emitem luz 
Absorção de luz: 
Clorofila + fóton  Clorofila* 
Menor energia Maior energia 
• Absorção de luz azul excita a clorofila a um estado 
energético mais elevado do que a absorção de luz 
vermelha 
• Clorofila é extremamente instável no estado de 
maior excitação 
ABSORÇÃO LUZ AZUL ABSORÇÃO LUZ VERMELHA 
Clorofila extremamente 
instável 
Libera rapidamente 
parte da energia em 
forma de calor 
Estado de menor 
excitação e estável 
(alguns nsegundos) 
Estado de menor excitação e estável 
Reemitir um fóton e retornar a seu 
estado base - fluorescência 
Retornar ao estado base pela 
conversão da energia em calor 
Transferência de energia para 
outra molécula 
Fotoquímica – energia do estado 
excitado provoca reações químicas 
Processo Fotossintético 
Reações Luminosas 
Absorção de luz e transferência de energia 
A fase I da fotossíntese acontece em 
• Complexos antenas de captação de luz 
• Centros fotoquímicos de reação 
Pigmentos e proteínas 
A antena canaliza a energia para o centro de reação 
Transferência de energia Transferência de elétrons 
Centro de reação 
• Composto por proteína e 
clorofilas (200 a 300) 
• Converte energia luminosa 
em química 
• Reação redox 
Complexo Antena + Centro de Reação  Fotossistema 
Os organismos produtores de oxigênio 
possuem dois fotossistemas que 
operam em série promovendo o 
transporte de elétrons para a redução 
do NADP e formação do ATP 
FOTOSSISTEMAS 
Complexo Antena + Centro de Reação 
Absorção de luz pela planta – Complexos fotoquímicos 
 Fotossistema I – absorve preferencialmente luz 
vermelho-distante (700 nm) 
 Fotossistema II – absorve preferencialmente luz 
vermelha (680 nm) 
Os fotossistemas operam em série para realizar as 
reações de armazenamento de energia da fotossíntese 
A fotossíntese é realizada por dois fotosistemas que operam em série 
Transferência de elétrons nos fotossistemas 
Esquema Z da fotossíntese 
Presença de proteínas 
parafuncionar 
Base para compreensão dos organismos 
fotossintético produtores de O2 
• Dois fotossistemas física e quimicamente distintos, cada um 
com seus próprios pigmentos antenas e centro de reação 
• Estão ligados por uma cadeia transportadora de elétrons 
Os fotossistemas estão separados 
espacialmente na membrana do tilacoides 
Mecanismo de transporte de elétrons 
• Elétrons oriundos da clorofila viajam através de carregadores 
• Carregadores envolvidos fluxo de elétrons: da água até NADP+ 
Etapa 1 - Inicio 
do processo: 
Luz é absorvida 
excitando a 
clorofila no centro 
de reação que 
libera um elétron, 
tornando-se 
oxidada 
Etapa 2: 
Fotossistema oxidado é reajustado 
energeticamente – fotólise da água 
Fotólise: oxidação da água dependente da luz 
• Água- molécula estável 
• Após a liberação dos elétrons pela clorofila a mesma 
fica oxidada e para que a mesma volte ao estado de 
equilíbrio há a necessidade de novos elétrons que 
serão fornecidos pela água 
• A água será oxidada pela clorofila com a liberação 
dos elétrons tornando o processo cíclico 
2 H2O  O2 + 4 H
+ + 4e- 
Estágios sucessivos da oxidação da água 
durante o processo de fotossíntese 
Mecanismo de transporte de elétrons 
Transporte acíclico dos elétrons – NADPH e ATP 
Etapa 3: 
Transferência do elétron para 
moléculas aceptora (plastoquinonas) 
Etapa 4: 
Transferência do elétron para 
fotossistema I reduzindo a clorofila 
Mecanismo de transporte de elétrons 
Transporte acíclico dos elétrons – NADPH e ATP 
Etapa 5: 
Transferência do elétron 
para moléculas aceptoras 
ferro-sulforosas 
Etapa 6: 
Ferrodoxina-NADP redutase reduz o 
NADP+ em NADPH com junção de íon H+ 
Alguns herbicidas bloqueiam o fluxo fotossintético de elétrons 
• Síntese de ATP nos cloroplastos promovida pela luz 
• Utilizando os prótons oriundos dos processo de oxirredução 
do esquema Z 
• Íons H+ geram uma força motriz que transforma ADP em ATP 
Acoplado ao fluxo de elétrons dos cloroplastos, 
o ATP é formado através do processo de 
fotofosforilação 
Fotofosforilação 
Formação dos prótons: 
• Fotólise da água 
• Complexo citocromo B6f 
• O gradiente de prótons acopla a ATP sintase ao processo de 
armazenamento de energia durante o fluxo fotossintético de 
elétrons 
Transformação da energia solar em energia química: 
• NADPH e ATP 
• Produção de O2 
Reações luminosas 
FOTOSSÍNTESE 
REAÇÕES LUMINOSAS