Fotoquímica I

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Reações da fase fotoquímica
Vinícius Lourenço G. Brito
viniciusduartina@gmail.com
Zootecnia
UFU - 16/10/18
Introdução
Introdução
organismos 
clorofilados
Introdução
organismos 
clorofilados
6 CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2
Introdução
Lamelas granais 
(tilacóides
empilhados e lugar 
do PSII)
Tilacóide
Lamelas estromais
(local do PSI)
Espaço intermembrana
Envelope 
externo
Envelope 
interno
Estroma 
Tilacóide
Lumen do 
tilacóide
Granum (tilacóides
empilhados)
Lamela 
estromal
Introdução
tilacóides
estroma
reações de fotólise
produtos: ATP e NADPH
reações de fixação de 
carbono
Introdução
Conceitos gerais
Sumário
O esquema Z
Motor de ATP
Conceitos gerais
Experimento de Joseph Priestley, 1772
Experimento de Jan Ingenhousz, 1779
Conceitos gerais
Conceitos gerais
experimento de T. W. 
Engelmann, 1881
Desvendou o 
espectro de ação da 
clorofila presente 
em Spirogyra
luz
Prisma
Comprimento de onda (nm)
Bactérias aerotáticas
Cloroplasto 
espiral
Célula de 
Spirogyra
Conceitos gerais
flash de luz
O2 produzido 
por flash
Experimento de Emerson & Arnold, 1932
algas verdes
Conceitos gerais
saturação 
luminosa
1 O2 produzido 
por 2500 
clorofilas
O
2
 p
ro
d
u
zi
d
o
 p
o
r 
fl
a
sh
Energia do flash (número de fótons)
Baixa intensidade Alta intensidade
Inclinação inicial = produtividade quântica
1O2/9-10 quanta absorvido
Produtividade máxima = 1O2/2500 moléculas de clorofila
Conceitos gerais
Experimento de Robert Hill, 1937
Tilacóides de 
cloroplastos
Meio 
tamponado
equilíbrio
tilacóides isolados 
reduzem uma 
variedade de 
compostos como sais 
de ferro 
Conceitos gerais
luz vermelha
taxa de 
fotossíntese
Experimento de Emerson, década de 1950
algas verdes
Conceitos gerais
efeito de 
intensificação
existe mais de 
1 fotossistema
Ta
xa
 f
o
to
ss
in
té
ti
ca
 
re
la
ti
va
Luz vermelho-
extremo acesa
Luz vermelha 
acesa
Ambas as luzes 
acesas
desligada desligada desligada
Tempo 
Conceitos gerais
Conceitos gerais
Lamelas granais 
(tilacóides
empilhados e lugar 
do PSII)
Tilacóide
Lamelas estromais
(local do PSI)
Espaço intermembrana
Envelope 
externo
Envelope 
interno
Estroma 
Tilacóide
Lumen do 
tilacóide
Granum (tilacóides
empilhados)
Lamela 
estromal
O esquema Z
O esquema Z
Trímero
LHCII
PSII Citocromo
b6f
PSI ATP sintase
ESTROMAESTROMA Membrana do 
tilacóide
LUMEN
Conceitos gerais
Transferência de energia Transferência de elétron
Luz
Moléculas de pigmentos
Complexo antena
Centro de 
reação
Aceptor
Doador
200 a 300 moléculas 
de clorofila/centro 
de reação
95% a 99% dos 
fótons absorvidos 
tem sua energia 
transferida
Conceitos gerais
clorofilas
carotenóides
clorofila a
clorofila b bacteriofila a
β-caroteno
porfirina
Conceitos gerais
clorofilas
carotenóides
clorofila a
clorofila b bacteriofila a
β-caroteno
Conceitos gerais
luz partícula - onda
Conceitos gerais
luz partícula - onda
Componente do 
campo elétrico
Componente do 
campo magnético
Direção da 
propagação
Conceitos gerais
Comprimento de onda 
(nm)
Frequência (Hz)
Tipo de radiação
Raios 
gamma Raios X UV
Infra-
vermelho Microondas
Ondas de 
radio
Espectro visível
Alta energia Baixa energia
Conceitos gerais
Ir
ra
d
iâ
n
ci
a
(W
 m
-2
 n
m
-1
)
Coprimento de onda (nm)
Emissão solar
Energia na superfície da terra
Absorção da 
clorofila
Espectro 
visível
Conceitos gerais
Estado de maior excitação
Perda por calor
Estado de menor excitação
Fluorescência 
(perda de energia 
pela emissão de 
luz)
A
b
so
rç
ão
 d
e
 lu
z 
ve
rm
e
lh
a
A
b
so
rç
ão
 d
e
 lu
z 
az
u
l
Estado-base (estado de menor energia)
Fluorescência
Absorção
Azul 
Vermelho 
En
e
rg
ia
C
o
m
p
m
rim
e
n
to
d
e
 o
n
d
a (n
m
)
Conceitos gerais
a partir do menor 
estado de excitação a 
clorofila pode
reemitir um fóton
(fluorescência)
Conceitos gerais
a partir do menor 
estado de excitação a 
clorofila pode
emitir calor
Conceitos gerais
a partir do menor 
estado de excitação a 
clorofila pode
transferir energia 
para outra molécula
Conceitos gerais
a partir do menor 
estado de excitação a 
clorofila pode
participar de um 
processo 
fotoquímico
Conceitos gerais
O esquema Z
Sumário
Motor de ATP
P
o
te
n
ci
al
 R
e
d
o
x
Fotossistema II (PSII)
Fotossistema I (PSI)
O
xi
d
an
te
R
e
d
u
to
r
Oxidante 
fraco
Redutor 
forte
Oxidante 
forte
Redutor 
fraco
Cadeia 
transportadora 
de elétrons
Luz 
vermelha
Luz 
vermelho-
distante
O esquema Z
Transferência de energia Transferência de elétron
Luz
Moléculas de pigmentos
Complexo antena
Centro de 
reação
Aceptor
Doador
200 a 300 moléculas 
de clorofila/centro 
de reação
95% a 99% dos 
fótons absorvidos 
tem sua energia 
transferida
O esquema Z
O esquema Z
E 
m
(v
o
lt
s)
Fotossistema II (PSII) Fotossistema I (PSI)
Complexo 
produtor de 
oxigênio
Complexo 
citocromo b6f
luz
luz
O esquema Z
A água é oxidada pelo PSII
2H2O O2 + 4H
+ + 4e-
O complexo de liberação de oxigênio é único sistema 
bioquímico capaz de fazer tal reação!!!
O esquema Z
E 
m
(v
o
lt
s)
Fotossistema II (PSII) Fotossistema I (PSI)
Complexo 
produtor de 
oxigênio
Complexo 
citocromo b6f
luz
luz
feofitina e
platoquinonas
recebem elétrons do PSII
Transferem elétrons para o 
citocromo b6f
O esquema Z
feofitina
O esquema Z
PSII plastoquinona
(Qa)
plastoquinona
(Qb)
e- e- e-
O esquema Z
plastoquinona
2e- hidro-
plastoquinona
(QH2)
2H+
molécula 
pequena e 
apolar
O esquema Z
Plastoquinona
Quinona
(Q)
Plastosemiquinona
(Q-)
Plastohidroquinona
(QH2)
O esquema Z
E 
m
(v
o
lt
s)
Fotossistema II (PSII) Fotossistema I (PSI)
Complexo 
produtor de 
oxigênio
Complexo 
citocromo b6f
luz
luz
O esquema Z
Primeira QH2 oxidada
STROMA
LUMEN
Membrana 
do tilacóide
Complexo citocromo b6f
plastocianina
O esquema Z
Segunda QH2 oxidada
ESTROMA
LUMEN
Membrana 
do tilacóide
Complexo citocromo b6f
plastocianina
O esquema Z
plastocianina
(PC)
PSI
molécula 
pequena e 
apolar
e-
Transferência de energia Transferência de elétron
Luz
Moléculas de pigmentos
Complexo antena
Centro de 
reação
Aceptor
Doador
200 a 300 moléculas 
de clorofila/centro 
de reação
95% a 99% dos 
fótons absorvidos 
tem sua energia 
transferida
O esquema Z
O esquema Z
ESTROMA
LUMEN
O esquema Z
ferredoxina
(Fd)
e-
Ferredoxina
NADP redutase
(FNR)
e-
NADP+ + 4H+
NADPH
O esquema Z
fluxo cíclico de 
elétrons
quando a porção 
redutora do PSI 
transfere o elétron para 
o citocromo e este de 
volta para o PSI
E 
m
(v
o
lt
s)
Fotossistema II (PSII) Fotossistema I (PSI)
Complexo 
produtor de 
oxigênio
Complexo 
citocromo b6f
luz
luz
O esquema Z
Conceitos gerais
O esquema Z
Sumário
Motor de ATP
O esquema Z
Trímero
LHCII
PSII Citocromob6f
PSI ATP sintase
ESTROMAESTROMA Membrana do 
tilacóide
LUMEN
Motor de ATP
STROMA (baixo H+)
ESTROMA (alto H+)
Oxidação 
da água
Plastoquinona
Plastocianina
Citocromo
b6f 
luz luz
ATP 
sintase baixo
alto
Gradiente de 
potencial 
eletroquímico
Motor de ATP
fotofosforilação
síntese de ATP a partir 
de parte da energia 
captada pela clorofila, 
disponível na forma de 
potencial eletroquiímico
Membrana 
do tilacóide
ESTROMA
LUMEN
Motor de ATP
fotofosforilação
ATP - sintase
Membrana 
do tilacóide
ESTROMA
LUMEN
Motor de ATP
etapa 
fotoquímica
NADPH
ATP