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Metabolismo Vegetal Prof. Ms. Silvia Mara Zanela Almeida METABOLISMO CELULAR • Compostos orgânicos e inorgânicos das células passam por transformações químicas e físicas contínuas e rápidas Reações catalisadas por enzimas Obtenção de energia química Sintetizar e degradar biomoléculas Anabolismo • Fase SINTETIZANTE OU CONSTRUTIVA do metabolismo – Armazenadores de energia • FOTOSSÍNTESE hv 6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2 Cloroplasto Catabolismo • Fase DEGRADATIVA do metabolismo – Maior parte da energia livre é conservada na forma de ATP, NADPH ou NADH • RESPIRAÇÃO C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + energia (686 Kcal) Energia no metabolismo celular • ATP (Adenosina Trifosfato) todas as células vivas TRANSPORTADOR DE ENERGIA entre sistemas catabólicos e anabólicos Adenosina Fosfato Fosfato Fosfato 5 KCal 8 KCal Energia trabalhos celulares ATPaseATP ADP + Pi Energia Síntese de material celular Motilidade ou contração Transporte ativo Transferência da informação genética HISTÓRICO DA FOTOSSÍNTESE • Século XVIII - nutrição das plantas → unicamente solo • Em 1727 Stephen Hales – “Pai da Fisiologia Vegetal” – Crescimento vegetal X ar atmosférico e luz • Em 1771 Joph Priestley - Oxigênio e ramo menta – “Melhoramento do ar” • Em 1779 o médico Holandês Jan Ingenhousz – partes verdes presença de luz - FS • Século XIX N. T. Saussure - primeiras medidas quantitativas FS → envolvimento do CO2 e da H2O HISTÓRICO DA FOTOSSÍNTESE • Julius Sachs em 1864 – crescimento de grãos de amido em cloroplastos iluminados • Em 1905, o fisiologista inglês F.F. Blackman – A fotossíntese não é apenas uma reação fotoquímica, mas, também, uma reação bioquímica • Século XIX - equação geral da fotossíntese hv 6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2 Cloroplasto Importância da fotossíntese • Supera qualquer processo industrial – Produz cerca de MIL VEZES MAIS TONELADAS DE COMPOSTOS ORGÂNICOS do que todos os bens de consumo produzidos pelo homem – A cada ano 1017 kcal DE ENERGIA LIVRE são gerados pelos vegetais – 10 X maior que energia de combustível fóssil – Representa 10.000 X O TOTAL DE ENERGIA das hidroelétricas no mundo – Lenhinger (1985) e Glaston (1974) Contribuição dos diversos ecossistemas na produção fotossintética Floss, 2006 (adaptado de Meyer et al., 1973) CLOROPLASTOS Dupla membrana controlar a entrada e saída de íons e moléculas Tilacóides clorofilas * Reações Fotoquímica Granum pilhas de tilacóides Estroma CO2 em carboidratos * Reações bioquímica Plastídeos • Clorofila e outros pigmentos – Os pigmentos são os constituintes mais importantes dos cloroplastos Clorofilas – Porfirina - 4 anéis pirrólicos, um átomo de magnésio central ligado aos 4 átomos de nitrogênio Álcool fitol esterificado - uma longa cauda isoprenóide Clorofila a - grupo metil Clorofila b - grupo aldeído Espectro eletromagnético Radiação Fotossinteticamante Ativa (R.F.A.) • Total de energia chega para plantas → 50% RFA (faixa 400 – 700 nm) • Ozônio - absorve ultravioleta (deletéria) • Vapor d’água e CO2 absorvem infra-vermelho • Espectro de absorção – clorofilas, caroteno e xantofila Absorção na região entre 400 a 500 nm Absorção nas regiões azul (400nm) e vermelho (600 nm) Clorofila + carotenóides ou pigmentos acessórios Energia absorvida pode ser transferida à clorofila para a fotossíntese Relação pigmento e luz absorvida ETAPAS DA FOTOSSÍNTESE Plantas superiores • Hill e Bendall em 1960 – Esquematizaram • FOTOSSISTEMAS (PSI e PSII) no processo de ABSORÇÃO E TRANSFERÊNCIA DA ENERGIA necessária para as reações fotoquímicas • Baseados nos potenciais de oxido redução – Movimento dos e- • Potencial redox menor (capacidade de receber elétrons) • Potencial redox maior (capacidade de doar elétrons) Sistemas fotossintéticos • Centro de reação → clorofila combinada com uma proteína específica → transferência de elétrons da água até o NADP+ • Total: 250 moléculas de clorofila “a ” e “b” e outros pigmentos → absorção um quantum de luz Utilização da energia luminosa na transferência de elétrons da água até o NADP+ (receptor de elétrons) ETAPA FOTOQUÍMICA FOTOSSÍNTESE Esquema em Z Transporte de elétrons - Proposto por Hill e Bendall • Dois fotossistemas estão ligados um ao outro, pelos componentes da cadeia de transporte de elétrons que se posicionam em série ATP Fosforilação fotossintética acíclica ou fotofosforilação acíclica Fosforilação fotossintética acíclica ou fotofosforilação acíclica • Fosforilação acíclica ou aberta elétrons não mais retornam ao sistema – Elétrons fluem da água até o NADP+ • Para cada par de elétrons que flui de uma molécula de água até ao NADP+, dois quanta de luz são absorvidos, em cada fotossistema • Para formar uma molécula de O2 que requer o fluxo de quatro elétrons, são necessários o envolvimento no processo – duas H2O – oito quanta (quatro em cada fotossistema) – a redução de dois NADP+ a NADPH Via fosforilação acíclica produz 2 ATP Este número de ATP é insuficiente para atender as necessidades energéticas na fase bioquímica da fotossíntese Moléculas adicionais de ATP podem ser formadas pela fosforilação cíclica ATP e NADPH + H Para cada 6 CO2, assimilados para formar uma molécula de hexose (frutose ou glicose), são necessários 18 ATP + 12 NADPH Fosforilação fotossintética cíclica ou fotofosforilação cíclica • Liberada energia para formar mais um ATP – sem envolvimento da água – sem formação do NADPH – sem a liberação de O2 Compostos afetam transporte de e- • Aceptores de elétrons – Recebem elétrons a partir do PSI em posição anterior a ferredoxina (Metil viologenio, benzil viologenio, antracnona 2 sulfonato). – Recebem elétrons na região entre o citocromo “f ” e plastocianina (Ferrocianeto e diclorofenolindofenol (DCPIP)). • Doadores de elétrons – Doam elétrons entre a água e o citocromo “b” (Hidroquinona, hidroxilamina, difenilcarbazida). – Doam elétrons entre o citocromo “f ” e plastocianina - (A forma reduzida de DCPIP: N, N, N, N – tetrametil - fenilinodiamina (TMPD)). • Inibidores do fluxo de elétrons – Inibe a ferredoxina – NADP oxidoredutase (2 fosfoadenosina difosfato ribose). • Herbicidas – Alguns herbicidas atuam como inibidores específicos no transporte de elétrons – Vários derivados da uréia, notadamente o Monuron ou CMU (3-p-clorofenil-1,1 dimetilureia), o Diuron ou DCMU 3 - (3,4 – diclorofenil) –1,1 dimetilureia e algumas triazinas como atrazine e simazine • Bloqueiam o transporte de elétrons entre a plastoquinona e citocromo “b” – Paraquat atua recebendo elétrons do PSI na posição da ferredoxina, reduzindo com isto a taxa de produção do NADPH e reduzindo o oxigênio (O2) a superóxido (O2 -) • Como resultado há uma ruptura da membrana do cloroplasto causada pelo radical livre Sítios de ação dos herbicidas 01. Escrevendo-se que durante a etapa fotoquímica da fotossíntese houve: I. fotólise da água II. redução do NADP a NADPH III. fotofosforilação do ATP que passa a ADP IV. desprendimento de oxigênio Foi cometido erro: a) na I e na II b) na III apenas c) na II e na III d) na II, na III e na IV e) na II apenas 02. (CESGRANRIO) O esquema representa um cloroplasto. A propósito desse esquema são feitas três afirmações: I. É nas lamelas que se processa a fase luminosa da fotossíntese. II. É no estroma que se processa a síntese final da glicose. III. A seta 1 indica gás carbônico e a seta 2, oxigênio. Assinale: a) se somente I for verdadeira b) se somente I e II forem verdadeiras c) se somente II e III forem verdadeiras d) se somente I e III forem verdadeiras e) se I, II e III forem verdadeiras 03. A fotossíntese libera para a atmosfera: a) o oxigênio oriundo da água; b) o oxigênio proveniente do gáscarbônico; c) o gás carbônico proveniente da respiração; d) o vapor d’água absorvido pela luz; e) o gás carbônico e o oxigênio provenientes da respiração. 04. (UFGO) Na fotossíntese, ocorrem vários fenômenos importantes, com exceção de: a) absorção de luz pelas clorofilas e conversão de energia luminosa em energia química; b) redução de CO2 pelos hidrogênios provenientes da água; c) libertação de O2 proveniente da lise do dióxido de carbono; d) síntese de ATP, utilizando-se luz; e) fotofosforilação e redução. 05. (FUND. CARLOS CHAGAS) Considere as seguintes etapas da fotossíntese: I. redução do NADP II. fotólise da água III. síntese de glicose IV. participação do CO2 na fase puramente química. A ordem em que ocorrem essas etapas é: a) I – II – III – IV b) II – I – IV – III c) II – IV – I – III d) II – I – III – IV e) IV – III – II – I
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