Estudo Dirigido/Exercícios Resolvidos Bioquímica - Fotossíntese (Fase Fotoquímica) (ESALQ/USP)

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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO 
ESCOLA SUPERIOR DE AGRICULTURA LUIZ DE QUEIROZ 
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS – LCB 
LCB0208 - BIOQUÍMICA 
EXERCÍCIOS RESOLVIDOS – FOTOSSÍNTESE 
(FASE FOTOQUÍMICA) 
 
 
1- A fotossíntese é um processo biológico de oxirredução que converte a energia 
solar em energia química. Neste processo são sintetizados compostos orgânicos 
a partir de CO2. Utilizando a equação geral da fotossíntese oxigênica, 
identifique qual a molécula que sofre redução e o agente que provoca este 
processo. 
R.: O CO2 é a molécula que sofre a redução, portanto o agente oxidante (recebe 
elétrons) é a agua. 
 
2- A fotossíntese é subdividida em duas fases, a fotoquímica que ocorre nos 
tilacóides dos cloroplastos, na qual ocorre a formação de intermediários 
energéticos e a fixação e redução do CO2. Em relação à fase fotoquímica, quais 
são estes intermediários energéticos e em qual local são sintetizadas? Qual a 
importância delas para a fotossíntese? 
R.: O ATP e o NADPH são os intermediários energéticos gerados, também 
chamados de produtos da fase fotoquímica. Ambos os intermediários são 
gerados pela cadeia transportadora de elétrons (CTE) nos tilacóides e são usados 
na fixação e redução do CO2. Além disso, o ATP e NADPH podem ser usados na 
redução de nitrato (NO3 - ) e sulfato (SO4 2- ). 
 
3- Na fotossíntese, a cadeia transportadora de elétrons gera um gradiente 
eletroquímico de prótons. Semelhante à respiração aeróbica, o agente redutor 
da cadeia é o NADH e o agente oxidante o O2. Essa afirmativa é verdadeira ou 
falsa? Explique a sua resposta. 
R.: Essa afirmativa é falsa em dois aspectos. O transporte de elétrons na 
fotossíntese não se dá a partir de agente redutor pré-existente, como é o caso do 
NADH na respiração aeróbica, mas sim a partir de um pigmento excitado pela 
ação de luz, gerando um estado com alto poder redutor (ou seja, um elétron de 
alta energia). Além disso, a CTE na fotossíntese não termina com o agente 
oxidante O2, mas sim com um pigmento que, após ser excitado pela ação da luz, 
transfere um elétron para o NADPH+, formando um outro composto de alto 
poder redutor (NADPH). 
 
4- Dentro de um contexto energético celular, qual é a importância do gradiente 
eletroquímico de H+ gerado na cadeia transportadora de elétrons? 
R.: O gradiente eletroquímico de H+ é uma forma de energia. Proteínas especiais, 
presentes na membrana e chamadas de ATP sintases, usam este gradiente para 
a formar ATP a partir do ADP + Pi. O ATP é a moeda energética para manutenção 
dos processos celulares. 
 
5- A transferência de elétrons depende de diferenças de potencial de redução. 
Baseado nessa afirmativa comente o que você entende por potencial de 
redução? 
R.: Potencial de redução é um valor relativo expresso em volts e que mede a 
tendência de uma espécie química receber elétrons de um eletrodo de 
referência. Valores mais altos (positivos) indicam maior facilidade de uma espécie 
receber elétrons, ou seja, maior dificuldade em doar elétrons. Valores mais baixos 
(negativos) significa que uma espécie química apresenta baixa tendência para 
receber elétrons, ou seja, maior tendência a doar elétrons. A transferência de 
elétrons entre compostos é energicamente favorável, ou seja, exibe um ΔG 
negativo, quando o potencial de redução do composto que irá receber o elétron 
apresentar um maior potencial de redução em relação ao composto doador. 
 
6- Baseado na estrutura química da clorofila (a e b) identifique as principais 
estruturas e suas funções. 
R.: 
 
 
 
7- O que acontece quando a clorofila absorve luz e o que acontece com esse 
elétron após ele ser excitado? 
R.: Quando um fóton de luz azul é absorvido pela clorofila, o elétron é excitado 
para um nível de excitação mais elevado e mais instável do que quando é excitado 
por um fóton vermelho. No estado instável, o elétron decai para um nível de 
excitação mais baixo e menos instável e nesse processo dissipa a sua energia na 
forma de calor. Quando o elétron está no estado de menor excitação a sua 
energia é dissipada de forma nãoradiativa (ressonância ou transferência do 
elétron para outra molécula) ou radiativa (emissão de calor ou reemissão de luz, 
que é a fluorescência). 
 
8- O que você entende por sistema antena de absorção de luz? 
R.: Esse sistema é composto por moléculas de pigmentos no qual a energia de 
cada elétron excitado pela luz é transferida por ressonância para outros 
pigmentos e é canalizada para excitar e arrancar um elétron da molécula de 
clorofila do centro de reação (reação fotoquímica). A transferência de energia 
que ocorre nas antenas ocorre na ordem de nanosegundos, enquanto as reações 
fotoquímicas ocorrem na ordem de picosegundos. Portanto, o centro de reação 
é capaz de receber energia por transferência pelos pigmentos que estão ao seu 
redor. As antenas ocorrem em todos os organismos fotossintéticos conhecidos. 
 
9- Por que a eficiência quântica no processo de transferência de energia nos 
sistemas antenas são eficientes? 
R.: Entende-se por eficiência quântica como sendo a % de fótons absorvidos que 
dão origem a processos fotoquímicos (não perdidos por fluorescência). Em 
sistemas antena cerca de 95 a 99% dos fótons absorvidos pelos pigmentos da 
antena têm sua energia transferida para o centro de reação, gerando um evento 
fotoquímico. Portanto, a eficiência quântica deste processo é quase 100%. 
 
10- A oxidação da água pelo Fotossistema II (PSII) contribui para o gradiente 
eletroquímico. Explique essa afirmativa baseada na oxidação da água. 
R.: O PSII possui dois centros de reação e associado a um deste existe um cluster 
de Mn, o qual é responsável pela oxidação da água. Quatro hidrogênios são 
produzidos pela oxidação da água e liberados dentro do lumen do tilacoide, 
contribuindo com o gradiente eletroquímico de prótons. 
 
11- O que você entende por fotofosforilação cíclica no fotossistema I? Há a 
formação de ATP a partir do gradiente eletroquímico de H+ neste processo? 
R.: Na fotofosforilação cíclica, a proteína móvel ferredoxina, ao invés de ser usada 
para a produção de NADPH, interage com um complexo chamado de 
Ferredoxinaplastoquinona oxido-redutase passando os elétrons para esse 
complexo. Em seguida, os elétrons são transferidos para a plastoquinona, 
seguindo o percurso da cadeia transportadora de elétrons (citocromo b6f, 
plastocianina e PSI). Nesse processo também há a formação de gradiente 
eletroquímico de H+ , o que garante a síntese de ATP.