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Fotossíntese. A fotossíntese é especifica para plantas e algumas bactérias que vão ser fotossintetizantes, diferentes das outras vias essa é uma via anabólica. A fotossíntese é uma via de síntese que utiliza como energia para direcionar o processo a luz solar. Então para que a fotossíntese ocorra é necessário que haja luz solar por que é a luz solar que vai oferecer energia para que o processo ocorra e também é necessário que haja CO2 e agua. Ao final do processo serão produzidos e liberados carboidratos e também oxigênio. A fotossíntese é a conversão da energia solar em energia química. A fotossíntese ocorre nos cloroplastos, assim os cloroplastos são os sítios da fotossíntese aqui na figura acima tem-se um cloroplasto que são organelas especificas de organismos fotossintetizantes e assim como a mitocôndria o cloroplasto é formado por duas membranas temos uma membrana externa e uma membrana interna que também vai sofrer invaginações e vai forma estruturas semelhantes a moedas que são os tilacóides que ocorrem empilhados e uma pilha de tilacóides é chamada de Granun, interligando esses tilacóides temos uma membrana chamada lamela estromal e entre os granun e as lamelas temos os estroma é um meio liquido, mas por que isso é importante? Por que assim como na respiração cada etapa da fotossíntese vai ocorrer em uma região diferente. A etapa fotoquímica da fotossíntese vai acontecer na membrana dos tilacóides enquanto a etapa bioquímica vai acontecer no estroma. A fotossíntese pode ser dividida em duas etapas a primeira etapa é chamada de reações de luz ou etapa fotoquímica, é nessa etapa que vai acontecer a absorção de luz. A etapa fotoquímica ocorre na membrana dos tilacóides e durante essa etapa vai ser utilizado agua e vai ser produzido Oxigênio, ATP e NADPH. A segunda etapa da fotossíntese é chamada de etapa bioquímica ou reações do carbono essa etapa já acontece no estroma para que aconteça essas reações do carbono essa etapa bioquímica a planta vai utilizar CO2 que é absorvido diretamente da atmosfera vai utilizar o ATP e o NADPH que foram produzidos na etapa fotoquímica e vai produzir uma molécula de carboidrato. Durante a etapa fotoquímica a energia luminosa vai ser armazenada na forma de ligação química para formar ATP e NADPH. Na segunda etapa a energia do ATP e do NADPH é utilizada para sintetizar carboidrato, então podemos dizer em última análise que carboidrato e sintetizado através da energia proveniente da luz. Pigmentos Então para que ocorra a fotossíntese é necessário que ocorra a absorção de luz, essa absorção de luz é feita por pigmentos os chamados pigmentos fotossintéticos que estão localizados nas membranas dos tilacóides e existem três classes de pigmentos fotossintéticos as clorofilas os carotenoides e as ficobilinas 18:25 (encontradas em algas que vivem em grandes profundidades). Clorofilas As clorofilas são os principais pigmentos envolvidos na fotossíntese, as plantas apresentam dois tipos de clorofila, a clorofila a e a clorofila b e bactérias fotossintetizantes apresentam a clorofila a. Todas essas clorofilas são muito semelhantes entre si todas elas apresentam essas duas regiões que estão na figura ao lado essa primeira região em verde que é chamada de anel porfirinico que é essa região formada por anéis carbônicos nitrogenados e contem essa calda de hidrocarbonetos que é chamada de fitol essa calda é o que vai ancorar clorofila nas membranas do tilacóides ela que vai ligar clorofila na membrana dos tilacóides. Já essa região do anel porfirinico age como cromofolo da clorofila, ou seja, é essa região que vai absorver a luz. A diferença entre clorofila a, clorofila b e bacterioclorofila a são só os substituintes ao redor do anel porfirinico. Na clorofila a no anel II temos um grupo metil enquanto que na clorofila b temos um CHO e na bacterioclorofila a temos uma maior diferença. Essas diferenças fazem com que a clorofila a e a clorofila b fazem com que elas absorvam a luz em comprimentos de onda um pouco diferentes. Os pigmentos eles não conseguem absorver todos os comprimentos de onda da luz. A luz branca ela é formada por diversas cores, os pigmentos absorvem alguma dessas faixas de energia luminosa a cor dos organismos fotossintetizantes vai ser determinada pelo pigmento que está presente ali e pela cor, comprimento de onda que esse pigmento está refletindo que ele não absorve. Então a clorofila é responsável pelo pigmento verde das plantas e por tanto a clorofila não absorve a luz verde ela reflete a luz verde. As folhas são os principais órgãos fotossintetizantes das plantas é possível alguns caules verdes fazerem fotossíntese mais em menor quantidade. Carotenoides. Os carotenoides refletem a luz na faixa do laranja, amarelo e são responsáveis por essa pigmentação em frutas e flores ou de raízes. Eles são chamados de pigmentos acessórios por que eles apenas vão canalizar a luz para a clorofila a clorofila é que vai efetivamente participar das reações da fotossíntese. Os carotenoides podem ser divididos em dois tipos os carotenos e as xantofilas. Características da luz. Para entender como funciona absorbância é preciso primeiro conhecer as características da luz. Uma das grandes descobertas do século XX é que a luz tem uma natureza dual, isso quer dizer que a luz se comporta ora como partícula ora como onda. A luz quando é emitida, ela está em forma de partícula porem ela não se propaga como partícula, ex. quando acendemos uma luz ela é emitida em formula de partícula mais ela vai se descolar em formato de ondas. E quando temos uma onda temos algumas regiões definidas. Aqui no exemplo temos duas ondas com conteúdo energéticos diferentes e pode se ver as regiões principais dessas ondas a porção mais alta da onda é chamada de crista da onda enquanto a parte mais baixa é chamada de vale e a distância de uma crista para próxima crista é o que chamamos de comprimento de onda. Observe que as duas ondas têm comprimentos de ondas diferentes observe que o comprimento da onda de cima é bem maior do que a onda de baixo. O comprimento de onda nos dá uma ideia da energia dessa luz. Observando as duas ondas qual é a que possui mais energia? A segunda por que quanto menor o comprimento de onda maior é o conteúdo energético. Quando se pega a luz branca percebesse que ela é formada por vários comprimentos de ondas diferentes por isso quando se passa a luz branca por um prisma ela vai se decompor em várias cores. Cada uma dessas cores representam um comprimento de onda. Esses comprimentos de onda variam de 400 nm a 700 nm, observem que o comprimento de onda perto de 400 nm é bem menor do que o comprimento perto de 700nm então o conteúdo energético da luz azul é bem maior do que da luz vermelha. O olho humano só consegue captar esse intervalo de 400 nm a 700 nm, ele não consegue perceber nem comprimentos de onda menores que são as radiações ultravioletas nem maiores que 700nm que são as radiações infravermelho. As radiações ultravioletas têm comprimento de ondas bem menor por isso fazem mal a saúde por que são mais energéticas elas podem acabar danificando as moléculas dos organismos. As clorofilas e os carotenoides vão absorver comprimentos de onda específicos cada pigmento absorve um ou poucos comprimentos de ondas específicos mesmo a clorofila a e a clorofila b temos uma pequena variação de comprimento de ondas por que elas são moléculas diferentes. Esse gráfico aqui ele mostra o espectro de absorção, ele pode ser feito para qualquerpigmento e ele traz a absorbância desse pigmento em função do comprimento de onda. Espectrofotômetro é um aparelho e nesse aparelho consegue se selecionar um comprimento de onda, então podemos colocar uma solução de clorofila colocar no espectrofotômetro e programar o comprimento de onda que eu quero no caso 500nm a luz emitida pelo espectrofotômetro vai ser nesse comprimento de onda esse aparelho possui um detector de radiação de luz. Então ele vai emitir a luz no comprimento de onda que eu já selecionei, a radiação que foi emitida vai atravessar a minha amostra e vai chegar mais fácil do outro lado por que ela vai ser parcialmente absorvida pela a minha amostra é dessa forma que o espectro de absorção é construído. Então esse aparelho ele imite luz e ele mede a luz que ele mesmo emitiu. Simplificando supondo que imitimos luz na intensidade de 100 ela atravessa a amostra de clorofila e sobra 70 o que aconteceu com os outros 30? Foram absorvidos pela amostra isso é o que chamamos de absorbância me o tanto de luz que foi absorvida. Lembrando que ela não limita a quantidade de luz que está passando e sim o comprimento de onda que está passando. Observando o gráfico podemos ver que as clorofilas possuem dois pontos de absorção no azul escuro a clorofila a e o verde claro para a clorofila b isso quer dizer que as clorofilas vão absorver em quais regiões? Azul e Vermelho, na faixa de comprimento verde percebe-se que a clorofila quase não absorve luz se ela não absorve quer dizer que ela reflete por isso que vemos as folhas e outros órgão de verde. Já os carotenoides eles absorvem principalmente na faixa de 550nm e vão absorver muito pouco nessa faixa do amarelo. Se somente o azul e o vermelho são absorvidos todos os comprimentos de onda vão ser igualmente efetivos para promover a fotossíntese das plantas? Praticamente não vai ter fotossíntese por que os cloroplastos não absorvem as clorofilas não absorvem nessa faixa de luz. Isso foi comprovado pelo experimento de algas Spirogira, eles iluminaram essas células com diferentes comprimentos de ondas e eles colocaram bactérias aeróbicas para crescer aqui. Onde se obteve o grande crescimento de bactérias aeróbicas? No azul e no vermelho por que? Por que é onde a fotossíntese está acontecendo mais intensamente então é onde tem liberação de oxigênio, portanto como são bactérias anaeróbicas elas precisam de oxigênio para viver por isso a maior proliferação. Com isso daqui é possível construir um espectro de ação. O que é um espectro de ação? Ele mede a intensidade que determinado processo ocorre como por exemplo a fotossíntese em função dos vários comprimentos de onda. Nesse experimento eles viram a taxa fotossintética que acontecia em cada um dos comprimentos de onda e aí viram os dois picos de fotossíntese um na luz azul e outro na luz vermelha. O espectro de absorção mostra a quantidade de luz que foi absorvida em função do comprimento de onda. O espectro de ação mede a intensidade que determinado processo ocorre em função dos vários comprimentos de onda. Como que descobriram que era o pigmento clorofila que era responsável pela fotossíntese? Através do espectro de ação se sobrepormos o espectro absorção da clorofila com o espectro de ação da fotossíntese vê que são quase iguais. É o que a figura ao lado representa. Em vermelho temos o espectro de absorção da clorofila em azul temos espectro de ação da fotossíntese vejam que eles se sobrepõem.com esse tipo de analises ficou confirmado então duas coisas. Primeira as clorofilas são responsáveis por absorver a luz da fotossíntese. Segundo as clorofilas vão absorver a luz em dois comprimentos de ondas na faixa do azul e na faixa do vermelho. O local especifico onde as primeiras reações de fotossíntese ocorre são chamados de fotossistemas, os fotossistemas estão localizados nas membranas dos tilacóides essa região aqui de dentro dos tilacóides é chamada de lume. Um fotossistemas é formado por um centro de reação e por um complexo antena. Cada organismo fotossintetizante vai ter 2 fotossistemas. Fotossistemas I e Fotossistemas II. O centro de reação ele é formado por uma molécula de clorofila a e por várias proteínas associadas a clorofila a, já o complexo antena é formado por uma mistura de pigmentos, clorofila a, clorofila b e carotenoides. Ao lado temos o centro de reação do fotossistema II, é formado por um centro de reação e por um complexo antena. O centro de reação ele é formado por uma única molécula de clorofila a e essa molécula recebe como nome o tamanho do comprimento de onda que ela absorve. Ela é chama de P680 por que ela absorve comprimento de onda na faixa de 680nm todas as outras moléculas aqui são proteínas que ocorrem associadas. Ao lado temos o centro de reação do fotossistema I, ele não é formado pelas mesmas classes de moléculas porem ele também é formado por uma clorofila a e por várias proteínas, porem as proteínas são diferentes. A clorofila a do centro de reação do fotossistema I absorve luz principalmente na faixa de 700nm então a clorofila do fotossistema I recebe o nome de P700. Se são duas clorofilas a porque elas absorvem comprimentos de ondas diferentes? As proteínas associadas a essas clorofilas são diferentes isso cria um ambiente diferente que faz com que elas absorvam comprimentos de ondas ligeiramente diferentes. O centro de reação é só uma parte dos fotossistemas ainda temos o complexo antena. O complexo antena é formado só por pigmentos, porem uma grande quantidade de pigmentos. Clorofilas a, clorofilas b e carotenoides. Para cada centro de reação temos entre 250 e 300 moléculas de pigmentos associadas que formam o complexo antena. Como esquematizado na figura ao lado a função do complexo antena é captar a luz solar e transferir essa luz solar para o centro de reação. Essa transferência de energia ela se dá por ressonância então não tem transferência de elétrons a molécula vibra e passa para as outras moléculas até chegar no centro de reação. Clorofilas a, clorofilas b e carotenoides absorvem comprimentos de ondas diferentes os carotenoides absorvem comprimentos de ondas mais energéticos do que clorofilas a, clorofilas b então dentro do complexo antena o primeiro pigmento a absorver a luz solar vai ser o carotenoide e ele passa essa energia vibrando para uma clorofila b quando ele passa essa energia para a clorofila b parte dessa energia será perdida. A clorofila b absorve uma radiação que é menos energética. A clorofila a absorve um comprimento de onda um pouquinho maior que a clorofilas b isso faz com que o processo só ocorra em uma direção. Etapa fotoquímica. A fotossíntese é dividida em duas etapas a etapa fotoquímica ou reações de luz acontece na membrana dos tilacóides durante essa reação ocorre a adsorção de energia luminosa a produção de ATP, NADPH e a liberação do oxigênio. A segunda etapa da fotossíntese é a etapa bioquímica ocorre no estroma dos cloroplastos também é conhecida como reações de carbono, o CO2 que está livre na atmosfera vai ser convertido em carboidrato. Para que essa transformação de CO2 em carboidrato possa acontecer as plantas vão consumir ATP e NADPH. O que acontece com a luz após a absorção? A luz foi absorvida pelo complexo antena e chegou na clorofila a do centro de reação o que acontece com essa energia que foi absorvida? A absorção de luz converte a clorofila para um estado que chamamos de excitação. A clorofila normal é representada por Chl e a clorofila excitada é representada por Chl*. Mais o que significa a clorofilaesta excitada? Para entender melhor é preciso imaginar lá do nível atômico. Vamos imaginar um núcleo e várias camadas eletrônicas sendo que o elétron está na última camada o mais próximo do núcleo. Quando a clorofila absorve um fóton de luz ela ganha energia e isso faz com que o elétron pule de um nível de menor energia para outro nível de maior energia. Quanto mais próximo do núcleo menor é o nível de energia em cada uma dessas camadas onde os elétrons podem ser encontrados como ele absorveu energia luminosa ele agora tem uma maior quantidade de energia e aí ele precisa pular para uma camada mais externa. Quando a clorofila está nesse estado e o elétron pulou para um orbital mais externo a gente diz que a clorofila esta excitada. A clorofila consegue absorver em dois comprimentos de onda. No comprimento de onda da luz azul que é um comprimento de onda menor e no comprimento de onda da luz vermelha que é um comprimento de onda maior e possui menor energia. A clorofila vai ficar excitada com qualquer uma das luzes que ela absorva é o que está sendo mostrado na figura ao lado. Aqui temos a quantidade de energia, no eixo y temos a quantidade de energia, ou seja, quanto mais alto mais energético. No eixo x temos o Estado base. Então aqui teríamos a clorofila no estado base e aqui a clorofila depois de excitada mostrando então a diferença de energia. Quando a clorofila absorve a luz azul ela absorve uma luz mais energética por que o comprimento de onda na faixa do azul é menor por isso tem mais energia. Isso faz com que a clorofila ela atinja o estado de excitação maior por que a radiação que foi absorvida ela é mais energética é como se esse elétron pulasse para orbitais mais exteriores. Nessa condição de estado de excitação a clorofila é altamente instável e vai perder rapidamente energia na forma de calor. Quando a clorofila que recebeu luz azul perde calor ela passa para um estado de excitação menor ela ainda vai estar excitada mais em um estado menor. Esse estado de excitada com menor energia ele também pode ser obtido quando a clorofila absorve a luz vermelha, a luz vermelha ela é menos energética, portanto quando a clorofila absorve a luz na faixa do vermelho ela pula para esse estado de menor excitação. A luz vermelha é menos energética e nesse estado de menor excitação a molécula de clorofila vai ser mais estável comparada a uma molécula de clorofila que recebeu a luz azul. Então quando a clorofila absorve luz azul a molécula fica excitada porem ela é instável o que vai fazer perder energia mais rápido ficando com uma excitação menor. Quando a clorofila absorve luz vermelha ela vai ficar excitada porem ela já vai ser mais estável porem essa estabilidade é muito pequena por que ela vai ficar estável por alguns poucos nanosegudos a tendência da molécula de clorofila é eliminar essa energia que ela absorveu de alguma forma e quando ela libera essa energia o elétron que estava aqui (quando ele perde energia) fica menor então ele retorna para a camada mais interna e a clorofila volta ao seu estado padrão. A energia que vai ser liberada por passar por quatro caminhos diferentes. Decaida não radioativa – que é a dissipação da energia que havia sido absorvida na forma de calor. Esse é o mesmo processo que ocorre quando a clorofila recebeu luz azul. Vai liberar calor até atingir um estado de menor excitação. Quando o calor é liberado o elétron volta para o orbital de origem. Fluorescência – ela consiste na emissão de energia também, a clorofila recebe energia e fica excitada e essa energia vai ser liberada para que ela retorne ao estado padrão porem na fluorescência a energia é liberada na forma de um fóton de luz. Então a clorofila recebeu um fóton de luz ficou excitada ela pode emitir esse fóton de luz e voltar ao estado padrão. Ressonância indutiva – é quando a energia absorvida de uma molécula é passada para a molécula vizinha apenas pela vibração. Isso vai acontecer no complexo antena que vai absorve a energia e vai passa-la de pigmento para pigmento até chegar no centro de reação Fotoquímica – nessa etapa a clorofila perde o elétron ele passa para outra molécula dessa forma a clorofila fica oxidada e é esse evento da oxidação da clorofila que dá início a etapa fotoquímica. Então a energia recebida pela a clorofila ela pode ter como destino esses quatros caminhos citados a cima. Esses eventos eles vão competir entre si. A clorofila absorveu luz e ficou excitada se ela emitiu calor ela já perdeu a energia dela e já voltou para o estado normal, ela não vai emitir calor mais fluorescência por que esses eventos competem entre si ela vai utilizar apenas meio. Desses quatros eventos a fotoquímica é a que acontece com maior frequência por ser mais rápida que todas as outras etapas. Então se tiver molécula para receber elétrons dentro da célula é o evento fotoquímico que vai acontecer devido ser a reação mais rápida da célula. O que pode acontecer é não ter uma outra molécula na célula para receber aquele elétron ou a molécula já está reduzida e aí as outras etapas acontecem. A clorofila P680 absorveu energia (luz vermelha) e ficou excitada. Na imagem nós temos o complexo antena e a clorofila do centro de reação do fotossistema II. Quando ela absorve energia fica excitação. P680 pode liberar energia de qualquer forma que já foi citada logo acima, porem a forma predominante é a doação de elétrons. Esse elétron então vai ser doado para uma molécula e vai para a cadeia transportadora de elétrons cloroplastidicos então o elétron da fotossíntese vai ser passado de molécula para molécula até chegar em P700 até chegar no fotossistema I, o fotossistema I quando absorve luz também fica excitado podendo doar seu elétron para o NADP+ virando NADPH. Durante esse processo essa energia do transporte de prótons ela é utilizada para passar prótons de um lado para o outro da membrana gerando um gradiente de prótons, esse excesso de prótons de um lado vai ser utilizado pela enzima ATP síntase para a produção de ATP. Muito parecido com o CTE da respiração. A diferença é que lá na mitocôndria está quebrando NADH para forma ATP, aqui ela está produzindo NADPH além do ATP. Cadeia transportadora de elétrons cloroplastidica. O fotossistema II, Citocromo b6f e o fotossistema I são grandes complexos proteicos que estão inseridos na membrana dos tilacóides e que vão participar desse processo de transporte de elétrons. O fotossistema II, Citocromo b6f e o fotossistema I estão localizados em pontos diferentes na membrana dos tilacóides e por causa disso são necessários carregadores moveis para transferir o elétron do fotossistema II para o fotossistema I. Existem dois carregadores moveis que são a plastocianina e a plastoquinona associado a esse transporte de elétrons há também o transporte de prótons e esse transporte de prótons vai gerar energia e esse gradiente de prótons é utilizado pela ATP síntase para formação de ATP. Todos esses complexos proteicos estão separados na membrana dos tilacóides. Em verde musgo temos o fotossistema II em azul Citocromo b6f em verde claro fotossistema I em lilás a ATP síntase e eles estão localizados em regiões diferentes da membrana dos tilacóides sendo que o fotossistema II só está localizado nas regiões empilhadas da membrana não se vê o fotossistema II nas outras regiões ele está apenas onde um tilacóide está empilhado no outro. O fotossistema I é o contrário ele nunca se localiza na região empilhada das membranas ele fica nas regiões que estãovoltadas para o estroma do cloroplasto. A ATP síntase assim como o fotossistema I vai estar localizada nessa região não empilhada e o Citocromo b6f pode ser encontrado nas duas regiões. Dessa forma como o fotossistema I e II estão em regiões diferentes na membrana é necessário os carregadores moveis de elétrons para fazer o transporte de um complexo até o outro. Eles ficam separados por causa de suas funções. O fotossistema I ele transfere elétrons para o NADP+, o NADP+ está localizado nos estromas dos cloroplastos então esse fotossistema obrigatoriamente tem que está voltado para o estroma que é onde vai ter NADP+. A mesma coisa acontece com a ATP síntase, ela produz ATP e ela libera esse ATP para ser utilizado na próxima reação que ocorre no estroma então a ATP síntase tem que estar voltada para a região que não é empilhada. O fotossistema II está relacionado a uma molécula coletora de luz que chama NHC2 e faz parte do complexo antena, essa molécula é altamente hidrofóbica para que a regulação dela ocorra apropriadamente ele precisa estar em um ambiente hidrofóbico por isso o fotossistema II está localizado na zona de empilhamento. Esses carregadores têm função de transporta elétrons e prótons sendo o transporte de prontos vetorial pois está em apenas um sentido. Essa é a cadeia transportadora de elétrons cloroplastidicos. Nessa imagem podemos ver todos os complexos que participam da CTE. O fotossistema II vai absorver energia luminosa quando a clorofila a do centro de reação recebe a energia luminosa ela fica excitada e perde seus elétrons para a plastoquinona. A plastoquinona leva seus elétrons até o Citocromo b6f. Citocromo b6f passa os elétrons para a plastocianina que vai leva-los ao fotossistema I, o fotossistema I transfere para a ferrodoxina que vai transferir esses elétrons para o NADP+ formando NADPH. Durante todo esse processo prótons vão passar do estroma do cloroplasto para o lúmen do tilacóide. Em verde temos o centro de reação do fotossistema II que possui uma molécula de clorofila a chamada de P680. Quando P680 absorve luz ela fica excitada. A clorofila excitada pode perder o seu elétron. A primeira molécula que recebe o seu elétron é a feofitina. Feofitina é uma proteína uma clorofila sem o átomo de magnésio que fica presa no centro de reação do fotossistema II. A feofitina quando recebe o elétron fica reduzida e ela vai transferir esse elétron para a plastoquinona a. A plastoquinona a recebe os elétrons direto da feofitina e transfere para o plastoquinona b. A plastoquinona b ligada ao fotossistema II está oxidada para que ela fique completamente reduzida ela precisa receber dois elétrons e dois prótons. Então a feofitina vai doar o primeiro elétron para a plastoquinona que vai virar semiplastoquinona (com apenas 1 elétron), semi por que ela está parcialmente reduzida, pois ela precisa de 2 elétrons para estar totalmente reduzida. Quando ela recebe o segundo elétron ela vai retirar dois prótons do estroma ficando totalmente reduzida sendo chamada de plastoquinona.. O plastoquinol tem uma afinidade muito baixa com a proteína b1 então ela vai se soltar de b1 então quando ela recebe os dois elétrons e os dois prótons ela se desprende do centro de reação. O plastoquinol é hidrofóbico então ele se movimenta dentro da membrana do tilacóides, esse plastoquinol (representado por PQH2) que contém os elétrons da clorofila vai se mover até chegar em Citocromo b6f onde ela vai transferir os elétrons da clorofila. O Citocromo b6f é um complexo grande e ele apresenta em três sítios de ligações diferentes ele tem um sitio de ligação para plastoquinol, um sitio de ligação para plastocianina e um sitio de reação para quinona oxidada. Por meio do Citocromo b6f os elétrons que estão lá no plastoquinol vão passar para plastocianina que vai continuar na cadeia de transporte de elétrons porem essa transferência não é direta. O plastoquinol recebeu dois elétrons porem ele não transfere todos os dois de uma vez por que as plastocianinas recebem apenas 1 elétron por vez. Essa transferência não é direta ela vai ocorrer através de um ciclo que é chamado de ciclo Q. O objetivo desse ciclo é tirar prótons do estroma e jogar no lúmen dos tilacóides. Se os elétrons passassem diretamente de plastoquinol para plastocianina uma menor quantidade de prótons seria transportada através da membrana, se menos prótons é transportado foi forma menos ATP. Como que acontece esse ciclo Q? O Citocromo b6f possui três sítios de ligações um sitio de ligação para plastoquinol que é produzido no fotossistema II, um onde se liga uma quinona oxidada representada por um Q e um sitio de ligação para plastocianina. Esse ciclo possui duas etapas. Na primeira etapa o plastoquinol que foi produzido lá no fotossistema II vai se ligar no sitio de ligação da plastoquinol e aí ele vai transferir os dois elétrons para o Citocromo b6f. um desses elétrons vai para a plastocianina mais o outro elétron vai ser transportada para a quinona que está dentro do Citocromo, é a quinona oxidada que recebe esse elétron. Quando a quinona oxidada recebe o elétron ela é convertida á plastosemiquinona essa é a primeira etapa do ciclo. Quando a quinona libera os elétrons ela libera prótons também. Na segunda rodada do ciclo uma outra molécula de plastoquinol foi produzida lá no fotossistema II vai se locomover até o Citocromo b6f e vai se ligar no sitio de ligação do plastoquinol do Citocromo b6f novamente esse plastoquinol vai doar os dois elétrons para o Citocromo b6f um desses elétrons vai para a plastocianina mais o outro vai para a quinona porém não se tem mais uma quinona e sim uma plastosemiquinona que já havia recebido um elétron na rodada anterior quando ela recebe o segundo elétron ela retira dois prótons do estroma e uma nova molécula de plastoquinol é formada. Essa nova molécula de plastoquinol vai entrar no ciclo e os prótons que ela retirou do estroma também vai ser liberada no lúmen. Graças a esse ciclo Q a quantidade de prótons passado do estroma para o lúmen é maior que se simplesmente os elétrons do plastoquinol fossem transferidos para a plastocianina. Agora o elétron da clorofila está na plastocianina que também é um transportador móvel de elétrons. A plastocianina quando ela está oxidada ainda não recebeu elétrons ela fica presa no Citocromo b6f. A plastocianina recebe apenas um elétron por vez. Quando ela recebe um elétron ela se separa do Citocromo b6f e vai carregar esse elétron até o fotossistema I. A plastocianina é solúvel em agua. Ao lado temos a estrutura de plastocianina que é uma proteína cúprica por que ela possui esse átomo de cobre no centro ativo dela e é esse átomo de cobre que vai receber elétrons e perder elétrons. Ela se locomove no lúmen do tilacóide. O fotossistema I assim como o fotossistema II possui um complexo antena e um centro de reação, ou seja, ele também absorve luz a clorofila também fica excitada. Quando a clorofila a do centro de reação do fotossistema I a P700 absorve energia ela fica excitada e perde elétrons, então o primeiro aceptor de elétrons é chamada de A0, A0 transfere para A1 a partir daí temos uma serie de proteínas ligadas ao fotossistema I que vão transferir o elétron de um para o outro são proteínas ferro enxofre, possuem um centro formado por átomos de ferro e de enxofre até chegar em uma proteína muito importante a ferredoxina que vai doar o elétron para o NADP+ formando NADPH. O elétron da P700 foi parar na ferredoxina ficando oxidada porem ela não pode ficar sem esses elétrons pois ela precisa receber luze continuar o processo e é aí que entra a plastocianina, ela vai doar seu elétron para a P700 que vai poder absorver fótons e continuar sua função. A ferredoxina ela não transfere os elétrons direto para o NADP+ essa transferência é catalisada por uma enzima que é chamada de ferredoxina NADP+ redutase. Então é com ajuda dessa enzima que os elétrons passam da ferredoxina para o NADP+ formando assim NADPH que vai armazenar a energia luminosa. E o P680 ele vai continuar oxidado sem o eletron? O P680 doou o eletron para a feofitina ficando oxidado. De onde vem o eletron que vai fazer P680 voltar ao seu estado normal? Vem da água pelo complexo de evolução do oxigenio. O complexo de evolução do oxigenio está localizado no fotossistema II mais voltado para o lúmen. Vamos ter um arranjo de quatro ions de manganes. O que acontece aqui é a quebra da molecula de agua para que ela doe os elétrons para a P680. O problema aqui é que a agua não é uma molecula facil de ser quebrada, por que ela é uma molecula altamente estavel que dificilmente é quebrada, o único sistema biologico capaz de quebrar a agua é o complexo de evolução do oxigenio ele consegue quebrar a molecula de água os eletrons da agua vão ser transferidos para P680 e vai ser liberado proton no lúmen e vai ser liberado oxigenio. Esse complexo é a fonte de praticamente todo o oxigenio que nós temos disponivel na terra. Como ele funciona, ele esta localizado no fotossistema II mas voltado para o lúmen dos tilacoides e ele tem um arranjo de quatro íons de maganes. P680 ele não vai retirar elétrons diretamente da água não a molecula de clorofila consegue tirar os elétrons é desses íons de manganes. Entao quando P680 absorve uma energia luminosa ela fica excitada, ficando excitada ele vai perder elétrons voltando para o seu estado normal, assim a clorofila fica oxidada essa clorofila oxidada vai retirar seu elétron de um desses atomos de manganes do complexo de evolução do oxigenio isso faz com que o complexo fique com uma carga positiva +1 , esse processo vai acontecer para cada um dos íons de manganes ou seja vai acontecer 4 vezes tendo no final quatro cargas positivas +4. Esse conjunto acaba tendo uma capacidade oxidante muito alta tendo uma carga +4 e o poder desses elétrons é tão grande que eles conseguem retirar esses elétrons da água. Então ele quebra duas moléculas de agua liberando 4 elétrons e faz com que o complexo de oxigenio retorne ao estado basico. Agua que foi quebrada alem de liberar elétrons vai liberar oxigenio e protons para o lúmen contribuindo com aquela diferença de prótons entre o estroma e o lúmen. Esse transporte de elétrons da CTE é chamado de transporte aciclico de elétrons por que ele começa no fotossistema II e termina no NADP+ formando NADPH. A sintese de ATP que está associada com a absorção de luz é chamada de fotofosforilação essa formação de ATP é exatamente igual a que se viu na mitocondria. Então a sintese de ATP vai acontecer na ATP sintase que é formada por duas regiões. O CF0 fica inserida dentro da membrana do tilacóide e a CF1 fica voltada para o estroma. A ATP síntase possui um canal e esse canal permite a passagem de prótons quando os prótons passam a ATP síntase gira. Em CF1 temos vários sítios de ligação quando o sítio está desocupado ele vai permitir a ligação de ADP e Pi podem vir e se ligar a esse sítio. Quando 1 prótons passa essa porção vai girar, quando ela gira ela muda de conformação o sitio que estava aberto vai se torna um sitio fechado ou apertado e nessa conformação vai aproxima o ADP e Pi quando ela gira mais uma vez ou seja quando o outro próton passa mais uma vez ela vai girar e vai se apertar mais ainda quando ele gira o ADP e Pi vão ficar tão próximos um do outro que eles vão se ligar sem nenhuma energia adicional. Quando a molécula gira de novo o sitio que estava apertado vai se abrir e libera o ATP no estroma. Para cada molécula de ATP produzida vamos precisa de 3 prótons de H+ para girar a ATP síntase e 1 H+ vai ser utilizado para fazer a troca de ATP para fora e pegar ADP e Pi para dentro. As estrutruras de NADH e NADPH são muito semelhantes a diferença é que as moleculas de NADPH possuem um grupamento fosfato extra. Quais as semelhanças entre a CTE mitocondrial e a CTE cloroplastidica? Os dois fazem transferência de elétrons associadas com transportes de prótons e esses prótons são utilizados pela ATP síntase pra sintetizar ATP no entanto nas mitocôndrias a respiração é um processo catabólico um processo de quebra então a CTE ela vai se iniciar com a oxidação do NADH já nos cloroplastos não pois na fotossíntese é uma rota anabólica uma rota de síntese de substancias o transporte de elétrons vai começar com a absorção de luz solar e além de produzir ATP vai ser produzido NADPH. Fluxo cíclico de elétrons Vai ocorrer apenas no fotossistema I esse processo cíclico ele começa o PSI transferindo elétrons para a ferredoxina, a ferredoxina vai doar seus elétrons para uma quinona, quando essa quinona recebe os dois elétrons ela fica totalmente reduzida formado um plastoquinol, plastoquinol vai entrar no ciclo q no Citocromo b6f e vai transferir seus elétrons para plastocianina a plastocianina vai para o PSI e doa o elétron de volta para o PSI. Por isso que é cíclica começa com PSI doando elétrons para a ferredoxina e termina com as plastocianinas doando elétrons para PSI. Nesse processo não tem formação de NADPH por que a ferrodoxina é a molécula que deveria doar elétrons para o NADP+ porem aqui ela doa para uma quinona mas tem transporte de prótons e síntese de ATP. Esse transporte geralmente é importante em condições de estresse, por que em condições de estresse pode ser que não tenha disponível o NADP+ disponível para receber o elétron da ferrodoxina. Várias enzimas que participam da etapa bioquímica como a Rubisco são muito sensíveis a estresse então quando se tem algum tipo de estresse como o estresse hídrico essa etapa bioquímica é comprometida e ai temos uma baixa produção de NADP+ então não se tem mais NADP+ para receber o elétron e ai nessa condição o transporte cíclico é importante por que se o elétron não tiver lugar para ir ele pode gerar danos na célula ele pode por exemplo ir para um oxigênio formando espécies reativas de oxigênio prejudicando toda a célula. 1. Em que local acontece a etapa fotoquímica da fotossíntese? No cloroplasto mais especificamente na membrana dos tilacóides. 2. Qual o nome dos dois complexos proteicos envolvidos na etapa fotoquímica? Fotossistema I e Fotossistema II. 3. Cada fotossistema é formado pelo o que? Centro de reação e complexo antena. 4. O que temos no centro de reação e o que temos no complexo antena. Clorofila a ligadas a proteínas e o complexo antena é formado por pigmentos 5. O que é o evento fotoquímico? É quando a clorofila perde o elétron é a oxidação da clorofila e ele se sobressai pois ele ocorre mais rapidamente. A clorofila perde o elétron para outra molécula e temos vários carregadores que vão levar esses elétrons para a CTE. Etapa Bioquímica. Conhecida como reações do carbono e fase bioquímica nessa etapa vão ser necessários NADPH e o ATP que foram produzidos na etapa fotoquímica. Várias enzimas dessa etapa são ativadas com luz o que faz o termo fase escura errada. Existem algumas variações em relação ao processo fotossintético por isso as plantas podem ser classificadas em C3; C4 e CAM. Vamos focar nasplantas C3. O ciclo C3 também chamado de Calvin por que o primeiro carboidrato formado é um composto de três carbonos nesse ciclo temos uma única enzima que está envolvida a carbonização que é a Rubisco que é uma das proteínas mais abundantes na terra é uma enzima essencial para que ocorra a etapa bioquímica a fixação de carbono. A principal reação da etapa bioquímica é a fixação do carbono o carbono no CO2 vai ser fixado em alguma molécula. Durante essa etapa as plantas vão absorve CO2 que estava livre na atmosfera e vão fixa-lo em uma molécula para forma carboidrato que vai poder entrar na respiração. Essa fixação ocorre durante o Ciclo de Calvin. O ciclo de Calvin pode ser dividido em três etapas. Representadas na figura acima. As etapas são Carboxilação, Redução e Regeneração. Então a primeira etapa do ciclo de Calvin é a Carboxilação nessa etapa temos a adição de carbono a fixação de carbono. A segunda etapa é chamada de redução nessa etapa a molécula que foi formada na fixação de carbono vai ganhar elétrons para forma o carboidrato e a última fase a de regeneração tem como objetivo regenerar o substrato que começou o ciclo. O ciclo começa com a Ribulose 1,5-Bifosfato que vai sofrer varias alterações durante o ciclo. A regeneração tem como função regenerar Ribulose 1,5-bifosfato é produzir de novo a primeira molécula do ciclo. Ciclo de Calvin O ciclo de Calvin se inicia com a fase de Carboxilação onde vamos ter uma única reação que é a fixação de CO2 na molécula de Ribulose 1,5-Bifosfato essa reação vai ser realizada pela Rubisco. A planta vai absorver CO2 que vai entrar dentro da planta por meio dos estômatos ate chegar nos cloroplastos no estroma do cloroplasto temos a Rubisco então o CO2 vai se ligar na Rubisco que ela vai inserir esse CO2 na molécula de Ribulose 1,5-Bifosfato (possui 5 carbonos) quando uma molécula de CO2 é inserida na Ribulose 1,5-Bifosfato vai ser formado um composto de seis carbonos que é muito instável quebrando rapidamente em duas moléculas de três carbonos o 3-fofoglicerato e aqui termina a fase de Carboxilação. Vamos considerar que temos três Ribulose 1,5-Bifosfato por que são necessárias 3 moléculas de Ribulose 1,5-Bifosfato para que o balanceamento final seja adequado. 3 moléculas de Ribulose 1,5-Bifosfato -> 6 moléculas de 3-fofoglicerato. A molécula que vai continuar no ciclo é a 3-fofoglicerato entrando na fase de redução ela vai receber elétrons para ser transformada em carboidratos. A primeira ação que a 3-fofoglicerato é uma sinase enzima que realiza fosforilação. Para as 6 moléculas de 3-fofoglicerato vão ser utilizadas 6 moléculas de ATP, cada ATP vai doar um grupamento fosfato para cada uma das 6 moléculas de 3-fofoglicerato formado 6 moléculas de 1,3- difosfoglicerato. As 6 moléculas de 1,3-difosfoglicerato vão sofrer a ação de uma desidrogenase é a enzima que vai realizar a redução da molécula vai ser preciso 6 NADPH para doar 1 elétron para cada molécula de 1,3- difosfoglicerato nessa reação há a liberação de grupamento fosfato formado 6 moléculas de gliceraldeido-3-fosfato que é um carboidrato. Dessas 6 moléculas de gliceraldeido-3-fosfato 5 moléculas vão continuar no ciclo e 1 molécula representa o ganho de carbono. Observe que cada molécula de gliceraldeido-3-fosfato possui 3 carbonos e eles representam os 2 CO2 que foram fixados. Com isso termina a segunda fase do ciclo que é a fase de redução. Ao longo da fase de regeneração as cinco moléculas de gliceraldeido-3-fosfato serão utilizadas porem não são utilizadas ao mesmo tempo cada uma vai ser utilizada em um ponto diferente, algumas moléculas de gliceraldeido-3-fosfato não vão ser utilizadas como gliceraldeido-3-fosfato elas primeiro vão ser convertidas a diidroxicetona-fosfato (da respiração). Então na primeira etapa da fase de regeneração temos uma enzima isomerase agindo em 1 molécula gliceraldeido-3-fosfato formando o isômero diidroxicetona-fosfato que vai ser condensada e se unir com 1 molécula de gliceraldeido-3-fosfato. Foram utilizadas então 2 moléculas de gliceraldeido-3-fosfato formando um composto de 6 carbonos que é a Frutose 1,6- bifosfato quem catalisa essa reação é uma aldolase. Condensação aldólica é a reação de unir um aldeído com uma cetona e sempre vai ser catalisada por uma aldolase. A Frutose 1,6-bifosfato continua no ciclo, ela vai perder um grupamento fosfato formando Frutose 6-fosfato essa reação libera uma grande quantidade de energia, quando esse grupamento fosfato é rompido energia é liberada e isso torna essa reação irreversível. A Frutose 6-fosfato vai sofrer a ação de uma enzima que é chamada de transcetolase essa enzima vai transferir o grupo ceto da Frutose 6-fosfato para a 3 molécula de gliceraldeido-3-fosfato. Quando o gliceraldeido-3-fosfato recebe esse grupo ceto forma uma molecula chamada de Xilulose 5-fosfato que é um composto de 5 carbonos 2 do grupamento ceto e três do gliceraldeido-3-fosfato. Quando a trancetolase quebra a Frutose 6-fosfato sobra um composto de quatro carbonos que é chamado de Eritrose 4-fosfato. Ela vai sofrer a ação de uma aldolase vai pegar a outra molécula de diidroxicetona fosfato e vai condensa-la com Eritrose 4-fosfato formando Sedo-heptulose 1,7-bifosfato que é um composto que contem 7 carbonos. Sedo-heptulose 1,7-bifosfato vai perder um fosfato sendo convertida a Sedo-heptulose-7-fosfato nessa reação há liberação de energia o que torna essa reação irreversível. Sedo-heptulose-7-fosfato agora vai sofrer a ação de uma transcetolace, ou seja, a Sedo-heptulose-7-fosfato vai ser quebrada e seu grupamento ceto vai se ligar a 5 molécula de gliceraldeido 3-fosfato formando a Xilulose 5- fosfato. Lembrando que essa já é a segunda molécula de Xilulose 5- fosfato. Quando a Transcetolase transferiu o grupamento ceto sobraram 5 carbonos que formam a molécula de Ribose-5-fosfato. Ribose-5-fosfato vai ser convertida a Ribulose 5-fosfato que é um isômero. As duas moléculas de Xilulose 5-fosfato também vão ser convertida a 2 moléculas de Ribulose 5-fosfato deixando um total de 3 moléculas de Ribulose 5-fosfato. As 3 moléculas de Ribulose 5-fosfato cada uma vai receber um grupamento fosfato pela ação de uma sinase gastando 3 ATPs sendo convertidas em 3 moléculas de Ribulose 1, 5-bifosfato que é a molécula que começou o ciclo. Balanço energético da etapa fotoquímica. Cada NADP+ recebe 2 elétrons para forma NADPH . Como se teve 4 elétrons são formados 2 NADPH. Os 12 prótons vão forma 3 moléculas de ATP. No final com a oxidação de 2 moléculas de agua vamos ter 2 NADPH e 3 ATP. Balanço energético da etapa bioquímica. Para cada 3 ribuloses 1,5-bifosfato vai ser gastos 9 ATPs, 6 NADPHs e 3 moléculas de CO2. E o ganho líquido da planta é de uma triose (carboidrato com três carbonos). O que vai acontecer com os carboidratos que foram formados depende das condições energéticas da planta naquele momento ela pode por exemplo ser exportada para a raiz, caule ou para folhas jovens que ainda não realizam fotossíntese na taxa adequada para que esse açúcar sirva como fonte de energia, além disso ele ainda pode ser quebrado para fins biosinteticos para sintetizar parede, carboidratos estruturais. E o carboidrato que estiver sobrando ele vai ser armazenado como amido. Durante a noite o processo fotossintético para mas a planta ainda precisa de energia para se manter e é ai que elas utilizam do carboidrato armazenadona forma de amido. Esse carboidrato vai para o citosol vai ser quebrado e entrar na respiração. Em resumo os três destinos que o carboidrato gerado pode ter: Entrar na respiração; Fins biosinteticos; Armazenado em forma de amido. Reguladores do ciclo de Calvin O ciclo de Calvin é regulado ele vai ser interrompido durante a noite, grande parte das enzimas que atuam no ciclo só estão ativas durante o dia durante a noite essas enzimas são inibidas fazendo o ciclo de Calvin parar. Por que é importante que o ciclo de Calvin seja interrompido a noite? Ele é um ciclo que gasta muita energia e a noite não ocorre a etapa fotoquímica que vai produzir a energia que será consumida no ciclo. Então para otimizar o processo para que ele ocorra quando se tem disponibilidade de energia o ciclo de Calvin é interrompido no escuro vamos citar apenas as duas mais importantes. Sistema Ferredoxina tioredoxina – A ferredoxina é a última cadeia do transporte de elétrons cloroplastidicos antes do NADPH. Na presença de luz a etapa fotoquímica está recebendo elétrons, ou seja, enquanto a etapa fotoquímica está acontecendo ela vai ser reduzida. A ferrodoxina reduzida doa elétrons pro NADP+, além disso quando ela esta sendo produzida em excesso ela vai doar os seus elétrons para uma outra molécula chamada tioredoxina quando essa recebe elétrons ela vai ser convertida a forma reduzida e na forma reduzida ela doa elétrons para várias enzimas no ciclo de Calvin quando as enzimas recebem esses elétrons elas ficam ativas. Ou seja, o Ciclo de Calvin precisa de luz pois as enzimas só vão estar ativas se a ferredoxina estiver reduzida. Então o que é o sistema Ferredoxina tioredoxina? É um sistema que envolve duas moléculas a Ferredoxina e tioredoxina e está envolvido na ativação das enzimas do ciclo de calvin. Quando a iluminação é interrompida o oxigeno retira os elétrons dessas enzimas e elas ficam inativas novamente. Aumento do pH – várias enzimas do ciclo de Calvin ficam ativas quando o pH aumenta. Duarante a etapa fotoquímica temos o transporte de elétrons para NADP+ formando NADPH porem temos também o transporte de prótons do estroma para o lúmen dos tilacóides fazendo o pH do estroma subir em alto pH as enzimas do ciclo ficam ativas, mais uma vez as enzimas só estão ativas se tiver luz. Lembrem que cada enzima tem um pH ideal para realizar suas atividades no ciclo de Calvin o pH ideal é mais básico. Ativação da Rubisco – A Rubisco é a primeira enzima do ciclo e é responsável pela Carboxilação. A Rubisco para ficar ativa precisa se ligar a uma molécula de CO2 e a uma molécula de magnésio esse CO2 não é o que vai ser fixado é o que chamamos de CO2 ativador ele vai se ligar em um sitio da Rubisco e enquanto ele estiver ali ela está ativa. Durante a noite esse sitio de ligação do CO2 ele está bloqueado por uma molécula é necessário que uma outra enzima a ativase da Rubisco retire a molécula que está ligada na Rubisco, a ativase da Rubisco é uma das enzimas reguladas pelo sistema Ferredoxina tioredoxina, ou seja, a ativase da Rubisco só está ativada na presença de luz Esse ciclo é chamado de C3 por que o primeiro composto a ser formado é uma molécula de 3 carbonos.
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