Mecanismo fotossintetico 1

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METABOLISMO FOTOSSINTÉTICO – PARTE 1 
INTRODUÇÃO FOTOSSÍNTESE 
 Fotossíntese  processo físico-químico  plantas, algas e algumas bactérias 
 Transformar energia radiante (raios UV) em energia química = usam energia luminosa para fabricar carboidratos 
a partir de dióxido de carbono mais água = liberação de oxigênio para a atmosfera 
 Todos os organismos fotossintéticos são fotoautotróficos (organismos que usam a luz como fonte de energia e o 
carbono inorgânico (CO2) como fonte de carbono) 
 Fornece alimento, biomassa, combustível fóssil e oxigênio (atividade respiratória de organismos 
multicelulares/unicelulares) 
 FIGURA 1: 
(A) usar energia da luz do sol para produzir glicose e outros produtos 
orgânicos  células heterotróficas usam como fonte de energia e carbono. 
(B) NADPH e ATP são usados nas reações de assimilação de carbono para 
reduzir CO2 
Reações  absorção de luz  conversão de luz  transferência de 
elétrons e um caminho enzimático com várias etapas que converte CO2 e 
água em carboidratos (FIGURA 1B). 
 
o Processo biológico de oxidação-redução (ou redox) 
 CO2  aceptor de elétrons e H2A  qualquer composto reduzido que pode servir como o doador de elétrons. 
 (CH2O)  carboidrato gerado pela redução de CO2, 
 H2A  produto formado por oxidação de H2A. 
 Na fotossíntese oxigênica (evolução de oxigênio)  água é oxidada e os elétrons liberados são energizados  
transferidos para CO2  origina O2 e carboidratos. 
 
FIGURA 2: Equação geral do processo fotossintético e equação da fotossíntese oxigênica. 
*Fotossíntese Oxigênica: oxigênio é produzido durante a reação da luz. 
*Fotossíntese anoxigênica: O oxigênio não é produzido durante a reação à luz. 
 
FIXANDO CONCEITOS  Observe que a fotossíntese está dividida em duas fases: reações luminosas e reações de 
fixação de carbono (conforme figura 1). De que maneira elas são interdependentes? 
EUCARIONTES FOTOSSINTÉTICOS: A FOTOSSÍNTESE EM PLANTAS SUPERIORES 
 Folhas são sítio da fotossíntese em plantas superiores e nelas o tecido fotossintético é o mesofilo 
 
 
 Fotossíntese  2 etapas  dentro de organelas especializadas, os cloroplastos. 
o 1°  Etapa Fotoquímica, local  membrana dos tilacóides dos cloroplastos 
 Cadeia de transporte de elétrons na qual a energia luminosa é convertida em ATP e NADPH 
 
o 2°  Etapa Bioquímica, local  estroma dos cloroplastos 
 ATP e NADPH2 usados para reduzir CO2 atmosférico a açúcares 
 Cumprindo assim o objetivo da fotossíntese  fornecer carbono orgânico para incrementar a biomassa do vegetal 
e energia para construir e manter essa biomassa 
FIGURA 4: Energia luminosa capturada pelos fotossistemas 
fornecendo energia para criar um potencial eletroquímico 
através da membrana. Essa energia, utilizada pela ATPsintase, 
produz ATP. 
Além de O2, os produtos da etapa fotoquímica são NADPH e 
ATP, que fornecem energia livre necessária para a redução de 
CO2 e a síntese de carboidratos, produto final da fotossíntese 
oxigênica. 
Produzem carboidratos através de água + dióxido de carbono + 
reações químicas  libera oxigênio 
 Água doadora de elétrons 
 Dióxido de carbono receptor de elétrons 
 Através de reações químicas  produto  carboidratos e oxigênio 
 Local  fotossíntese  cloroplasto 
 Estômato  entra CO2 
 Saída do O2  estômatos 
CLOROPLASTOS E CLOROFILAS 
 Cloroplastos  são plastídios com um sistema de dupla membrana  armazena as clorofilas (pigmentos verdes 
altamente especializados na absorção de luz para o processo fotossintético) 
 Outro sistema membranar  tilacóide 
 Empilhamento dos tilacoides  granum (plural é grana) 
 Compartimento fluídico que circunda o tilacóide  estroma, granas adjacentes são conectadas pelas lamelas 
estromais - membranas não empilhadas 
 
 Duas fases da fotossíntese ocorrerem simultaneamente, mas em diferentes regiões do cloroplasto 
 Membranas dos tilacóides  contêm múltiplos complexos fotossintéticos, fotossistemas I e II (PSI e PSII)  
centros de reação da conversão de energia luminosa em energia de ligação química 
 Centros de reação são parte da cadeia de transporte de elétrons da fotossíntese que também contém um 
complexo de citocromos transmembrana (citocromo b6f), uma proteína de cobre solúvel em água (plastocianina) 
e uma quinona solúvel em lipídeos (plastoquinona). 
 Reações do ciclo de Calvin-Benson ocorrem no estroma (FIGURA 6). 
FIGURA 6: Localização do processo fotoquímico (tilacóides) 
e do processo bioquímico (estroma). 
 
 
 
 
 
 Componentes do aparelho fotossintético, responsáveis pelo processo fotoquímico, encontram-se distribuídos 
em locais diferentes nos tilacóides dos cloroplastos (FIGURA 7): 
1. O fotossistema I está localizado nas lamelas estromais (tilacoides não empilhados); 
2. O fotossistema II está localizado nas lamelas granais (tilacoides empilhados); 
3. A ATP sintase está embebida nas membranas dos tilacoides; 
 
FIGURA 7: Localização dos fotossistemas e demais componentes do aparelho fotossintético nas membranas dos tilacóides 
 Todos os organismos fotoautotróficos tem alguma forma do pigmento de absorção de luz clorofila. 
 Plantas, algas, e cianobactérias sintetizam clorofila 
 Bactérias anaeróbias fotossintéticas produzem uma variante molecular  bacterioclorofila 
 Moléculas de clorofila tem um anel tetrapirrólico (porfirina) apresentando um átomo de magnésio (Mg) no centro 
do seu anel 
 Uma longa cadeia lateral hidrofóbica de hidrocarbonetos (C20)  cauda fitol  ligado a estrutura do anel 
tetrapirrólico da clorofila  torna a molécula extremamente apolar (FIGURA 8A). 
 
 Distintas formas de clorofila têm diferentes cadeias laterais no anel ou diferentes graus de saturação nos 
sistemas de anéis (FIGURA 8B). 
 As clorofilas em plantas superiores  clorofila A e clorofila B. 
 Clorofila b é sintetizada  ação de uma enzima oxigenase  converte o grupo metil (da clorofila a) ao grupo 
formil. 
 Pequenas alterações químicas na estrutura alteram substancialmente as propriedades de absorção das diferentes 
espécies de clorofila. 
Clorofila é verde porque absorve luz nos comprimentos de onda visível de 430-nm (azul) e 680 nm (vermelho) mais eficaz do que 
absorve luz verde. A luz verde não absorvida é refletida, o que torna visível. 
 Todos os organismos fotossintéticos tem uma mistura de diferentes pigmentos fotossintéticos possuem 
funções específicas e todos são encontrados nos cloroplastos, porém estão arranjados em diferentes 
compartimentos que são fundamentais para a otimização do processo fotossintético, sendo: 
 Um complexo denominado  coletor de luz (CCL) ou complexo antena e o centro de reação: 
 Complexo antena  composto por clorofila a, clorofila b e carotenoides 
 Centro de reação  clorofila a 
 
 
 FIGURA 8: (A) Estrutura da molécula de clorofila. (B) Estrutura das moléculas de clorofila nos cloroplastos vegetais. A clorofila a e a 
clorofila b diferem somente por um dos grupos funcionais ligados ao anel porfirínico 
CLOROFILAS A e B  pigmento verde 
 No anel de porfirina  elétrons em ressonância (elétrons π)  absorção dos fótons luminosos. 
 Elétrons em ressonância  absorver fótons com distintos conteúdos energéticos (=absorver a luz em diferentes 
comprimentos de onda) 
 As moléculas de clorofila podem absorver de maneira mais eficiente os fótons contidos nos comprimentos de 
onda nas bandas do azul e do vermelho, e não absorvem quase nada na banda do verde. 
 
 Espectro da clorofila 
 Absorve e fluorescência (transmite luz)  se não ela pegaria fogo, ficaria muito quente 
 Absorve luz azul  clorofila B 
 Absorve luz vermelha  clorofila A 
 Não absorve radiação UV verde  reflete ver  motivo da clorofila ser verde 
 Medir o quanto uma substância química absorve a luz, medindo a intensidade quando um feixe de luz passa 
através da solução da amostra. 
CAROTENÓIDES pigmento 
 Pigmentos encontrados em todos os organismos fotossintéticos 
 Moléculas lineares com múltiplas duplas ligações conjugadas (Figura 9) 
 Espectro de absorção dos carotenoides varia na banda de 400 a 500 nm  dá coloração alaranjada 
 Local  membranas dos tilacóides  dentro do complexo antena 
 Luz  absorvida pelos carotenoides  realiza ressonância indutiva  transferência de luz para a clorofila  
motivo de ser denominados pigmentos acessórios. 
 
FIGURA 9: Estrutura química de alguns carotenóides. 
 Comprimentos de ondas mais curtas (azul), à esquerda 
 Comprimentos de ondas mais longas (vermelho), à direita 
 Traçado uma curva mostrando, para cada comprimento de onda, a taxa em que se processa a fotossíntese, tem-
se um espectro de ação. 
 
 Espectro de ação mostra a eficiência relativa dos comprimentos de ondas variando de 380 a 750 (nm) 
 Fazendo passar cada comprimento de onda de luz através de uma solução de clorofila, pode-se produzir também 
um espectro de absorção  quais desses comprimentos de onda são mais eficientemente absorvidos pela clorofila 
 Comparando o espectro de absorção das clorofilas com o espectro de ação da fotossíntese  clorofila é o principal 
pigmento na recepção de luz para a fotossíntese. 
 Presença de clorofilas e pigmentos acessórios  possibilita os seres fotossintéticos aumentarem seu espectro de 
absorção de energia luminosa (FIGURA 10). 
 FIGURA 10: Espectro de absorção de alguns pigmentos fotossintéticos 
NATUREZA FÍSICA DA LUZ 
 Energia radiante quando se propaga no espaço possui características ondulatórias mudando repetidamente e 
regularmente suas propriedades elétricas e magnéticas (FIGURA 11). 
 
Figura 11: Luz é uma onda eletromagnética transversa que consiste em campos oscilantes, elétrico e magnético 
 Diferentes tipos de radiação podem ser caracterizados pelas seguintes especificações 
1. Comprimento de onda: distância entre dois picos sucessivos de uma mesma onda. Letra grega lambda (λ), a faixa 
de comprimentos de onda de interesse biológico é normalmente expressa em nanômetro (1 nm = 10–9 m). 
 
2. Frequência: número de vezes que a mesma fase ou ciclo passa por um ponto no espaço por segundo. 
Representada pela letra grega ni (ν), a frequência tem uma relação inversa com o comprimento de onda, e pode 
ser representada pela fórmula: ν = c/λ, onde c é a velocidade da luz (3 × 108 m s–1 ), constante para todas as ondas 
eletromagnéticas que se propagam no vácuo. 
 
 Ao ser emitida por uma fonte ou interagir com a matéria, a radiação eletromagnética tem características de 
partícula (fótons) a qual contém uma determinada quantidade de energia (quantum; plural quanta). 
 A energia que estará contida no quantum (Eq) é dependente do comprimento ou da frequência da onda  
propriedades inversamente proporcionais. 
 Curto comprimento de onda (alta frequência) tem um alto conteúdo de energia 
 Alto comprimento de onda (baixa frequência) tem um baixo conteúdo de energia 
 
FIGURA 12: Espectro da radiação eletromagnética e a energia de fótons na faixa do visível. Um einstein é 6,022 x 1023 fótons. 
ESTUDO DIRIGIDO 
1 – Sabe-se que a fotossíntese ocorre em duas fases. Quais são elas, onde ocorrem e o que produzem? 
2 – Quais os pigmentos responsáveis pela absorção de luz na fotossíntese de plantas superiores e como são as suas 
estruturas? 
3 – A fonte de O2 produzido na fotossíntese vem da água ou do CO2? Justifique 
4 – Por que a fotossíntese é considerada o processo de maior importância para a vida na Terra? 
5 – Quais comprimentos de onda possuem maior e menor energia respectivamente?