Slide Oficial Bioquímica

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Fosforilação Oxidativa Fotofosforilação
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ
CAMPUS MINISTRO REIS VELOSO
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DO MAR
CURSO DE ENGENHARIA DE PESCA
ELIAS PEDRO
EMANUEL MAGALHÃES
EMANUELLA FERREIRA
FRANCISCO WIRLAN
KARISSON RODRIGUES
LUAN SILVA
Roteiro
1. FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA (LUAN)
1.1. Reações de transferência de elétrons (LUAN)
1.2. Síntese do ATP (EMANUEL)
1.3. Regulação da fosforilação oxidativa (ELIAS PEDRO)
1.4. Genes mitocondriais (ELIAS PEDRO)
1.5. Papel das mitocôndrias na apoptose e no estresse oxidativo (ELIAS PEDRO)
2. FOTOSSÍNTESE: CAPTAÇÃO DA ENERGIA LUMINOSA (KARISSON)
2.1. Características gerais da fotofosforilação (KARISSON)
2.2. Absorção da luz (KARISSON)
2.3. O evento fotoquímico central (FRANCISCO WIRLAN)
2.4. Síntese de ATP pela fotofosforilação (EMANUELLA)
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Fosforilação Oxidativa e Fotofosforilação
A fosforilação oxidativa é o estágio final do metabolismo produtor de energia nos organismos aeróbios;
A fotofosforilação é o meio pelo qual os organismos fotossintéticos capturam energia da luz solar e usam para produzir ATP;
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Fosforilação Oxidativa e Fotofosforilação
No eucariotos:
A fosforilação oxidativa ocorre nas mitocôndrias;
A fotofosforilação ocorre nos cloroplastos;
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Fosforilação Oxidativa e Fotofosforilação
A fosforilação oxidativa ocorre tanto na escuridão quanto na presença de luz;
A fotofosforilação só ocorre na presença de energia luminosa;
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Fosforilação Oxidativa e Fotofosforilação
Similaridade entre os dois mecanismos:
Os dois são processos que envolvem o fluxo de elétrons através de uma cadeia de transportadores ligados a uma membrana;
O fluxo transmembrana de prótons no sentido do seu gradiente de concentração através de canais protéicos específicos fornece a energia livre para a síntese de ATP;
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Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
Descoberta, em 1948, por Eugene Kennedy e Albert Lehninger;
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Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
Estrutura das mitocôndrias:
Possuem uma mebrana externa que é facilmente permeável a íons e moléculas pequenas;
E uma membrana interna que é impermeável à maioria das moléculas pequenas;
Como atravessar a membrana interna?
A membrana interna possue ainda a cadeia respiratória e a ATP sintase;
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Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
A matriz é cercada pela membrana interna;
Possui todas as vias de oxidação dos combústíveis, exceto a glicólise que ocorre no citosol;
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Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
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Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
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Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
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Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
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Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
Complexo I recebe o NADH + H+;
Complexo II recebe os elétrons do FADH2;
São tranportados para um transportador de elétrons (proteína ubiquinona, ou proteína Q);
A ubiquinona transporta os elétrons para o complexo III;
Do complexo III para o citocromo;
Do citocromo para o complexo IV;
Por fim esses elétrons são entregeus ao oxigênio para síntese de H2O;
14
14
Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
Componentes da cadeia respiratória:
Complexo I (NADH-Ubiquinona oxiredutase):
42 polipeptídios (1 FMN e 6-7 centro de Fe-S)
Complexo II (FADH2-Ubiquinona oxiredutase):
Enzima Succinato desidrogenase (1 FAD e 1 centro de Fe-S)
Citocromo b560 
1 proteína contendo centro de Fe-S
Coenzima Q (CoQ) ou Ubiquinona (UQ):
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Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
Complexo III (Ubiquinona-citocromo c oxirredutase):
2 citocromos b (1 citocromo bh ou b562 e 1 citocromo bL ou b566)
1 citocromo c
1 proteína contendo centro de Fe-S (proteína Rieske)
Citocromo C:
Complexo IV (Citocromo c oxidase):
1 citocromo a
1 citocromo a3 
2 átomos de Cu (CuA ou CuB)
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Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
Componentes da Cadeia Respiratória
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Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
Na cadeia respiratória, os elétrons fluem dos componentes (moléculas, proteínas...) com potencial de redução mais negativo para aqueles positivos;
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Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
Complexo I
Formado por cerca de 42 subunidades polipeptídicas;
Grupos postéicos:
Flavina mononucleotídio (FMN)
Capaz de receber 2 prótons e 2 elétrons
Reduzido a forma FMNH2 por NADH
6 ou 7 centro Ferro – Enxofre
Capazes de transportar elétrons
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Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
Complexo I
Catalisa a transferência de um íon hidreto de NADH a FMN;
Os dois elétrons passam por uma série de centros Fe-S para a proteína N-2;
A transferência de elétrons de N-2 para a ubiquinona (Q) forma ubiquinol (QH2);
 O ubiquinol se difunde no plano da membrana;
Esta transferência de elétrons expulso da matriz quatro prótons por par de elétrons;
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Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
Coenzima Q ou ubiquinona
Quinona
Cadeia lateral
Unidades isoprênicas
Molécula hidrofóbica
Mobilidade na membrana
2 prótons e 2 elétrons
Forma semireduzida
Semiquinona (QH+)
Forma reduzida
Ubiquinol (QH2)
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Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
Coenzima Q ou ubiquinona
Principais fontes de transferência de elétrons:
Complexo I;
Complexo II;
Glicerol-3-fosfato desidrogenase;
ETF-CoQ óxido-redutase;
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Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
Ubiquinona
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Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
Complexo II
Única enzima que faz parte do ciclo de krebs e está ligada à membrana interna da mitocôndria;
Não gera prótons;
Energia de transferência de elétrons não é suficiente para gerar prótons;
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Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
Complexo II
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Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
Complexo II: transferência de elétrons
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Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
Complexo III
Componentes do Ciclo Q
Citocromo bL e bH
Centro Fe-S
Citocromo c1
CoQ
Traz elétrons dos complexos I e II ao III
Citocromo c
Proteína periférica que transporta elétrons do Complexo III para o IV
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Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
Complexo III
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Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
Ciclo Q
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Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
Citocromo C
Proteína solúvel do espaço intermembranar;
Após se reduzir com apenas um elétron do Complexo III, move-se para o Complexo IV;
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Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
Complexo IV
Componentes
Citocromo c
3 íons cobre divididos em dois grupos
CuA/CuA
CuB
Forma oxidada - Cu2+ cúprica
Forma reduzida - Cu+ cuprosa
Heme a e a3
Sítio catalítico da enzima
CuB e citocromo a3 (Fe3+- Fe2+)
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Reações de Transferência de Elétrons na Mitocôndria
Complexo IV
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Síntese do ATP
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Como as células sintetizam ATP?
Síntese do ATP
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Como o gradiente de concentração de prótons é transformado em ATP?
Modelo quimiosmótico é o mecanismo químico que acopla o fluxo de elétrons com a fosforilação;
A força próton-motriz dirige a síntese de ATP à medida que os prótons fluem passivamente de volta para a matriz através de um poro para prótons associado a ATPsintase;
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Síntese do ATP
Mitchell usou a palavra “quimiosmótico” para descrever reações enzimáticas que simultaneamente, envolvem uma reação química e um processo de transporte;
A teoria quimiosmótica explica prontamente a dependência da síntese de ATP na mitocôndria do transporte de elétrons;
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Síntese do ATP
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A ATPsintase tem dois domínios funcionais, FO e F1:
F1 foi o primeiro fator a ser identificado como essencial para a fosforilação oxidativa;
Pequenas vesículas formadas a partir da membrana mitocondrial interna promovem a síntese de ATP acoplada à transferência de elétrons;
O componente e F1 catalisa a hidrólise de ATP e por isso foi originalmentechamado de F1ATPase;
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Síntese do ATP
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Catalise rotacional:
A catalise rotacional é a chave para o mecanismo de mudança de ligação para a síntese do ATP;
Paul Boyer propôs um mecanismo de catalise rotacional em que os três sítios ativos de F1 giram catalisando a síntese de ATP;
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Síntese do ATP
As mudanças conformacionais fundamentais para esse mecanismo são dirigidas pela passagem dos prótons através da porção FO da ATPsintase;
A cada 120⁰ de rotação, ϒ entra em contato com uma subunidade β diferente;
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Regulação da fosforilação oxidativa
Produz a maior parte do ATP produzido nas células aeróbias;
A oxidação completa da molécula de glicose até CO² produz de 30 a 32 ATP;
Em condições anaeróbias(fermentação láctica) a glicólise produz apenas 2 ATP por glicose;
42
42
Glicose
C – C – C – C – C - C
Glicolise
C – C - C
C – C - C
Piruvato
Piruvato
Hexocinase
2 ATP
ADP
4 ATP
2 ATP
2 ATP
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Necessidades da célula por energia
Todas as células precisam de energia para desempenhar suas funções;
A velocidade da respiração(oxidação dos combustíveis celulares) na mitocôndria é regulada de forma rígida,sensível e precisa;
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Controle pelo receptor;
A concentração intracelular de ADP é uma medida do estado energético da célula;
O aumento da velocidade de algum processo que requer energia, aumenta a velocidade de transformação do ATP em ADP;
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Hidrólise do ATP durante a Isquemia
Isquemia: suspensão da irrigação sanguínea em uma parte do organismo, ocasionada por obstrução arterial ou por vasoconstrição;
A célula passa a receber pouco ou nenhum oxigênio;
Cessando a transferência de elétrons para o O² e o mesmo ocorre com o bombeamento de prótons;
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A força próton-motiva entra em colapso;
Nessas condições a ATPsintase pode operar no sentido inverso;
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Proteína inibidora
IF1: Liga-se simultaneamente a duas moléculas da ATPsintase inibindo sua atividade de ATPase;
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Mitocôndrias desacopladas no tecido adiposo marrom produzem calor
Ocorre na maioria dos mamíferos recém-nascidos , incluindo o homem;
A oxidação dos combustíveis serve para gerar calor em vez de ATP;
As mitocôndrias desse tecido apresentam uma proteína Termogenina ou Proteína desacopladora;
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FO
F1
Proteína desacopladora 
(termogenina)
I
II
III
IV
MATRIZ
ESPAÇO INTERMEMBRANAS
H+
2H+
2H+
H+
H+
2H+
H+
2H+
H+
ADP
ATP
2H+
CALOR
NAD
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
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Vias de produção de ATP reguladas de maneira coordenada
As principais vias catabolicas possuem mecanismos reguladores que as fazem funcionar de maneira conjunta e regulada para produzuir ATP;
 
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Consumo de ATP
Velocidade da transferência de elétrons
Velocidade da fosforilação oxidativa
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Tais processos podem provocar:
Aumento na velocidade da glicolise
Velocidade de formação do piruvato
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As concentrações de ATP e ADP estabelecem a velocidade de transferência de elétrons através da cadeia respiratória, por uma série de controles interligados na respiração, glicólise e ciclo do ácido cítrico(Ciclo de Krebs);
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Genes mitocondriais: Origem
As mitocôndrias possuem seu próprio genoma, uma molécula circular de DNA de fita dupla;
Cada uma das milhares de mitocôndrias de uma célula típica tem mais ou menos 5 cópias desse genoma;
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Genes mitocondriais: Origem
O cromossomo mitocondrial humano possui 37 genes;
Incluindo 13 que codificam subunidades das proteínas da cadeia respiratória;
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Mapa do DNA mitocondrial humano
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Genes mitocondriais: Origem
Os genes restantes codificam moléculas de RNA ribossômico e de transferência, essenciais para a maquinaria que sintetiza proteínas da mitocôndria;
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Genes mitocondriais: Origem
Mutações nos genes mitocondriais provocam doenças:
Mais conhecidas como Encefalomiopatias mitocondriais;
São herdadas da mãe;
Neuropatia óptica hereditária de Leber(LHON);
Afeta o sistema nervoso central, incluindo os nervos ópticos;
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Genes mitocondriais: Origem
Uma única base alterada no gene mitocondrial ND4, provoca a troca de um resíduo de arginina por um de histidina na cadeia polipeptídica do complexo I;
Resulta em um mitocôndria deficiente na transferência de elétrons do NADH para a Ubiquinona;
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Genes mitocondriais: Origem
Mesmo produzindo algum ATP através de transferência de elétrons pela coenzima Q;
Não fornecem ATP suficiente para suprir o metabolismo ativo dos neurônios;
Resulta na lesão do nervo óptico causando cegueira;
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Genes mitocondriais: Origem
Neuropatia óptica hereditária de Leber também é causada por uma mudança de base no gene mitocondrial para o citocromo b, do complexo III, causando uma diminuição geral da função mitocondrial;
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Genes mitocondriais: Origem
Epilepsia mioclônica com fibras vermelhas (MERRF ):
Causada por uma mutação no gene mitocondrial que codifica um RNA de transferência específico para lisina(lisil-tRNA);
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Genes mitocondriais: Origem
Caracteriza-se por espasmo muscular incontrolável, resultante da produção defeituosa das proteínas sintetizadas com tRNA mitocondrial;
As fibras musculares possuem mitocôndrias anormais, algumas contendo estruturas paracristalinas;
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Mitocôndria paracristalina
Mitocôndria de aspecto normal
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Evolução das mitocôndrias através de bactérias endossimbióticas
A existência de DNA ,ribossomos e tRNA próprios da mitocôndria alimenta a hipótese de sua origem endossimbiótica;
Uma época em que os seres vivos eram unicelulares, se mantinham com uma célula, não passavam para estágios posteriores;
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Genes mitocondriais: Origem
Todas as mitocôndrias de todos os seres vivos são bactérias;
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Papel das mitocôndrias na apoptose e estresse oxidativo
Apoptose: tipo de morte celular programada, processo necessário para a manutenção do desenvolvimento dos seres vivos, pois está relacionada com a manutenção da homeostase e com a regulação fisiológica do tamanho dos tecidos e também, quando há estímulos patológicos;
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A mitocôndria é induzida a liberar o citocromo c para o citosol, onde o mesmo se liga a uma proteína adaptadora Apaf-1, que após ativada se liga a moléculas procaspases-9 gerando um agregado;
Assim as caspases-9 são clivadas e ativadas, e seguem ativando as outras gerando uma cascata e a morte celular;
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Estresse oxodativo é uma condição biológica em que ocorre desequilíbrio entre a produção de espécies reativas de O²e a sua desintoxicação através de sistemas biológicos que as removam ou reparem os danos por elas causados;
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Todos os organismos vivos possuem um ambiente intracelular de natureza redutora, existindo um equilíbrio entre as formas oxidada e reduzida de moléculas como o NADH, equilíbrio esse mantido por enzimas à custa de energia metabólica;
Perturbações neste equilíbrio redox podem provocar a produção de peroxidos e radicais livres que danificam todos os componentes celulares, incluindo proteínas, lipídios e o ADN;
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Fotossíntese: Captação da Energia Luminosa
O que é a fotofosforilação?
Organismos fotossintéticos e heterotróficos vivem em estado de equilíbrio na atmosfera;
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Características gerais da fotofosforilação
Fotofosforilação requer energia na forma de luz;
Nas plantas, a fotossíntese abrange dois processos:
Reações luminosas;
Reações de assimilação ou fixação de carbono;
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Características gerais da fotofosforilação
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Nas plantas, a fotossíntese ocorre nos cloroplastos;
Absorção da Luz
A clorofila absorve energia luminosa para a fotossíntese;
Os fotopigmentos são divididos em primários e secundários:
Clorofilas a, b e a bacterioclorofila são os coletores primários da energia lumisona;
Ficobilinas (ficoeritrobilina e ficocianobilina) são os pigmentos antena na cianobactéria e nas algas vermelhas;
β-caroteno e a luteína são os secundários em plantas; 
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Absorção da Luz
Os pigmentos acessórios ampliam o intervalo de absorção da luz;
Caratenóidesabsorvem luz não absorvida pelas clorofilas;
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Fotofosforilação
É um processo de síntese de ATP + Fosfato;
É realizado na membrana tilacóide, nos cloroplastos das células vegetais;
É um processo luminoso da fotossíntese no qual se usa a energia liberada no transporte de elétrons;
A energia necessária é proporcionada pela luz que é captada por fotossistemas e pigmentos fotossintéticos;
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Fotossistema
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O evento fotoquímico central: O fluxo de elétrons impulsionado pela luz.
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Fotofosforilação Acíclica
Luz
Quinona
Plastocianina
PS1
P700
PS2
P680
Ferrodoxina
Citocromo
Luz
H+
H+
H+
H+
NADP+ + H+
 =
 NADPH
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Fotofosforilação Cíclica
Plastocianina
Ferrodoxina
Citocromo
PS1
P700
Luz
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+ H+
Sintetase
Pi + ADP
 =
 ATP
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Síntese de ATP pela fotofosforilação
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Síntese de ATP pela fotofosforilação
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Um gradiente de prótons acopla o fluxo de elétrons e a fotofosforilação;
Várias propriedades da transferência fotossintética de elétrons e da fotofosforilação nos cloroplastos indicam que um gradiente de prótons.
Os cloroplastos evoluíram de cianobactérias endossimbióticas;
Síntese de ATP pela fotofosforilação
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Na bactéria halofilica uma única proteína absorve luz e bombeia prótons para dirigir a síntese de ATP;
Bactéria halofilica;
O potencial eletroquímco resultante impulsiona os prótons de volta para a célula através de completo de ATP ligado a menbrana;
Obrigado pela atenção!!!
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