Lista respondida Cloroplastos e Fotossíntese

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Lista 2 - CLOROPLASTO E FOTOSSÍNTESE
1- Compare cloroplastos e mitocôndrias tanto do ponto de vista estrutural quanto
funcional.
Os cloroplastos e as mitocôndrias são organelas bastante parecidas mas ao mesmo tempo
exercem funções bem diferentes. Tanto os cloroplastos como as mitocôndrias são estruturas
extremamente compartimentalizadas, envoltas por várias membranas, o que facilita a geração
de potenciais químicos e a sua utilização para gerar ATP pela ATP sintase. Essencialmente,
esses processos acontecem por motivações diferentes. No cloroplasto, ocorre a excitação da
clorofila e consequente quebra da molécula de água, gerando O2 e posteriormente ATP e
também NADPH que serão compostos importantes para o Ciclo de Calvin. Na mitocôndria, o
NADPH obtido do Ciclo de Kelvin é utilizado na cadeia de transporte de elétrons a fim de
produzir ATP.
2- Quais são os produtos da “fase clara” da fotossíntese? Qual a função de cada um na
fase de fixação do carbono (fase “escura”)? Considerando as duas fases em conjunto,
quais são os substratos e os produtos da fotossíntese? Qual foi a importância de cada
um dos produtos da fotossíntese para a diversificação e manutenção da diversidade de
seres vivos na Terra?
Os produtos são o ATP e o NADPH. O ATP é necessário para fornecer energia para os
compostos do Ciclo de Calvin e o NADPH doa elétrons para as reações. Na fase clara, pode-se
dizer que a água é substrato e o oxigênio é produto. Na fase escura, o substrato é a
ribulose-1,5-bifosfato e o produto é o gliceraldeído-3-fosfato. O oxigênio teve seu papel na
formação da camada de ozônio e possibilitou a tomada do ambiente terrestre pelos seres vivos.
O gliceraldeído-3-fosfato é convertido em sacarose para transporte ou em amido para
armazenamento, sendo a principal fonte de carbono para possibilitar a respiração celular das
plantas.
3- Qual o papel do transporte de elétrons na fotossíntese? Qual é o doador de elétrons
inicial e qual o aceptor final na fotossíntese? Descreva o caminho percorrido por um
elétron durante o processo.
O papel do transporte de elétrons é poder gerar um gradiente de prótons para produzir ATP. O
doador de elétrons é a água e o aceptor final é a ferredoxina.
O elétron retirado da clorofila no PSII é doado para a plastoquinona que se reduz. Ela entrega
esse elétron para o citocromo que bombeia H+ para o lúmen do tilacoide. Esse elétron já com
menor energia é passado para um plastocianina que o entrega para o PSI que acoplado com a
ferrodoxina utiliza essa energia pra produzir NADPH. O gradiente de prótons é utilizado pela
ATP sintase pra gerar ATP.
4- Quais são os principais pigmentos envolvidos na fotossíntese organizados na
membrana do tilacóide?
Os carotenóides e a clorofila B compõem o LHC dos fotossistemas e a clorofila A compõe o
centro de reação.
5- Qual a relação entre um espectro de absorção de um pigmento e seu espectro de
ação?
Um espectro de absorção indica quais os comprimentos de onda absorvidos por determinado
pigmento, já o espectro de ação demonstra a eficiência dos pigmentos para um processo (a
fotossíntese por exemplo). Se esses espectros se sobrepõem quer dizer que aquele pigmento
é responsável para o processo que se está analisando.
6- Descreva o processo de síntese de ATP na membrana do tilacóide. Descreva as
moléculas envolvidas e o papel da luz no processo. É possível , sob condições
experimentais, a síntese de ATP ocorrer em membranas de tilacóide mantidas no
escuro? Explique sua resposta.
A síntese de ATP é catalisada pela ATP sintase porque ela utiliza do gradiente de concentração
de H+, bombeando o H+ do meio mais concentrado para o menos concentrado e assim
obtendo energia para a formação de ATP a partir de ADP + Pi. As principais moléculas que
paticipam desse processo são a molécula de água, que pela fotólise libera hidrogênios e
oxigênio no lúmen do tilacóide e o citocromo c, que recebe os elétrons da plastoquinona e
libera mais hidrogênios ao lúmen. O papel da luz é essencial pois o processo inicial de
excitação da clorofila, que perderá um elétron e então precisará roubá-lo da água. Não é
possível porque sem a luz não acontece a cadeia de transporte de elétrons.
7-De que maneiras plantas de metabolismo C4 tem vantagem sobre plantas C3?
As plantas C4 fixam CO2 por uma reação do fosfoenolpiruvato, formando oxaloacetato (que tem
4 carbonos), reação metabolizada pela PEP carboxilase nas células do mesófilo das plantas. O
oxaloacetato produz malato que é finalmente transportado as células da bainha onde o CO2 é
liberado para uso no Ciclo de Calvin pela ação da Rubisco. Por elas não utilizarem a Rubisco
na primeira etapa, elas não tem problemas em fazer fotorrespiração em dias quentes (utilização
de O2 ao invés de CO2), sendo mais bem adaptadas às regiões altas temperaturas. Devido ao
uso mais eficiente do CO2, elas podem abrir menos os estômatos e acabam perdendo menos
água.
8- Quais são as “reações de tilacóide” e quais são as “reações de estroma” da
fotossíntese. Descreva o papel da divisão de membranas dos cloroplastos possibilitando
estas reações.
As reações de tilacóide são as da “etapa luminosa”, onde a luz promove a perda de elétrons
dos fotossistemas, promovendo a fotólise da água, além do bombeamento de H+ para o lúmen
do tilacóide, que será usado para conversão de de ADP em ATP pela ATPase. A passagem dos
elétrons também proporciona a conversão de NADP+ em NADPH no fotossistema I.
As reações de estroma são aquelas também chamadas de “etapa escura” e que envolvem o
Ciclo de Calvin, onde o CO2 será fixado, por meio da utilização do ATP e NADPH vindos da
etapa clara, para a produção de gliceraldeído-3-fosfato. A compartimentalização tem papel
essencial nesse processo pois o pouco espaço no lúmen do tilacóide propicia alta
concentração de H+ e o gradiente necessário para a produção de ATP. A diferença de
concentração de H+ entre o lúmen e o estroma é de 1000x, o que significa que a produção de
ATP é muito mais eficiente do que nas mitocôndrias, onde essa diferença é de 10x. As enzimas
necessárias para o Ciclo de Calvin, ademais, se encontram no estroma, então o Ciclo não
ocorre em outro lugar.
9- Quais características particulares de mitocôndrias e cloroplastos dão suporte à
hipótese de sua origem endosimbionte?
DNA próprio que é circular, replicação independente, as várias membranas que os envolvem,
semelhança com procariotos etc.
10- Como plantas CAM evitam a perda de água em ambientes extremos?
As plantas CAM utilizam tanto a via C4 com o Ciclo de Calvin, mas existe uma separação
temporal ao invés de uma separação espacial. As plantas CAM (metabolismo ácido das
crassuláceas), abrem seus estômatos durante a noite, acumulando ácido málico pela fixação
de CO2 a partir da PEP carboxilase. Durante o dia, com os estômatos fechados, elas
descarboxilam ácido málico, e a Rubisco utiliza o CO2 no Ciclo de Calvin. Isso evita que elas
percam muita água abrindo seus estômatos durante o dia para adquirir CO2, o que dá muita
vantagem e possibilita que elas habitem de alta intensidade luminosa e com estresse hídrico.