Slide - Etapa Bioquímica - Sequestro de Co2 - 2022-2

BROETTO 2022 Universidade Estadual Paulista Julio de Mesquita Universidade Estadual Paulista Julio de Mesquita Filho Filho FOTOSSÍNTESE FOTOSSÍNTESE ETAPA BIOQUÍMICA – SEQUESTRO DE CO ETAPA BIOQUÍMICA – SEQUESTRO DE CO22 BROETTO 2022 FOTOSSÍNTESE SEQÜESTRO DE CO2 A fixação de carbono (etapa bioquímica) da FS representa uma série de reações, as quais culminam com a formação fotossintetizante de Hexoses. Estas reações ocorrem no estroma do cloroplasto e dependem energeticamente da fase clara da fotossíntese. CO2 + NADPH + ATP Hexoses + NADP+ + ADP Melvin Calvin (Dec. 40, USA) foi o pioneiro nas pesquisas da fixação de carbono: Luz [Algas verdes + 14CO2] extrato cromatografia 1o. Produto formado = 3-fosfoglicerato 14CO2 BROETTO 2022 RUBISCO : RIBULOSE BIFOSFATO CARBOXILASE/OXIGENASE RUBISCO catalisa a adição de CO2 em uma molécula de 5 carbonos (RuDP = Ribulose difosfato), com quebra simultânea do açúcar formado em duas moléculas de 3-fosfoglicerato (3-PGA); Enzima exclusiva de tecidos vegetais; PM=550.000 (15 % da proteína total dos cloroplastos) localizada na superfície externa das membranas tilacóides; é a enzima-chave na produção de biomassa a partir do CO2 em plantas. BROETTO 2022 Estrutura tridimensional da RUBISCO: 8 sub-unidades grandes e 8 pequenas BROETTO 2022 AÇÃO DA RUBISCO COMO CARBOXILANTE BROETTO 2022 A glicose (e outras hexoses) será sintetizada pelo seqüestro do CO2 ambiental e após sua fixação pela RUBISCO, os produtos formados (2 x 3-PGA) serão substratos iniciais do Ciclo de Calvin, com regeneração final da RuDP. O Ciclo de Calvin é dependente de ATP e poder redutor (NADPH) produzidos na fase clara da fotossíntese. O CICLO DE CALVIN BROETTO 2022 Fase I da assimilação do carbono (Fixação): Fixação do CO2 em uma molécula de RuDP pela RUBISCO, com produção de 2 x 3-PGA. Fase II da assimilação do carbono (Redução) : Conversão do 3-PGA em Gliceraldeído 3 – fosfato com demanda de ATP e NADPH e síntese de hexoses. Fase III da assimilação do carbono (Regeneração): Regeneração da RuDP, com gasto de ATP. FASES DO CICLO DE CALVIN BROETTO 2022 As três fases do Ciclo de Calvin BROETTO 2022 O fator limitante é a própria fixação do CO2 pela RUBISCO, formando 2 x 3- PGA. A RUBISCO é estimulada pelo aumento do pH. Quando os cloroplastos são iluminados prótons (H+) são induzidos a atravessarem a membrana tilacóide vindos do estroma. Com o aumento do gradiente químico (pH) no estroma, ocorre estímulo à atividade da RUBISCO, que está localizada na membrana externa dos tilacóides. A RUBISCO também é estimulada pelo Mg2+ (ativada) e por NADPH produzido no FS I. a) Ativação lenta : E + CO2 E-CO2 rápida: E-CO2 + Mg2+ E-CO2 – Mg2+ (inativa) (ativa) b) Reação de carboxilação E-CO2 – Mg + RuDP + *CO2 E-CO2 – Mg + 3-PGA + 3-*PGA REGULAÇÃO DA ATIVIDADE DA RUBISCO BROETTO 2022 ATIVAÇÃO DA RUBISCO POR CARBAMILAÇÃO BROETTO 2022 FOTORRESPIRAÇÃO Fenômeno de liberação de CO2 na presença de luz, funcional e metabolicamente ligado à fotossíntese. Dependendo da espécie (geralmente C3) e da anatomia foliar, a fração oxigenase da RUBISCO pode representar cerca de 30 % da atividade total da enzima. RuDP + O2 3 - PGA + 2 - Fosfoglicolato O 2-Fosfoglicolato formado será descarboxilado para formar glicolato, o qual será substrato para oxidação (fotoRrespiração) que ocorre no peroxissoma e na mitocôndria, com perda de CO2 fixado (20 a 40 %). BROETTO 2022 CARBOXILAÇÃO E OXIGENAÇÃO DA RuDP PELA RUBISCO BROETTO 2022 Via C4 ou Ciclo de Hatch – Slack Vias de fixação de carbono típicas de gramíneas, plantas tropicais e aquelas adaptadas a clima árido. Enzima primária: Fosfoenolpiruvato carboxilase (PEPcase) Localização: Células do mesófilo Reação: Carboxilação do fosfoenolpiruvato (PEP), com produção de AOA (C4). A PEPcase possui alta afinidade por HCO3. AOA formado será reduzido a Malato ou transaminado a aspartato ainda nas células do mesófilo. O Malato flui para a bainha, através do plasmodesma. Chegando ao feixe, será oxidado e descarboxilado pela Enzima Málica reduzindo NADP+ e liberando CO2 para a fixação via RUBISCO com eficiência fotossintética máxima (sem a presença de oxigênio, praticamente livre de fotorrespiração). O piruvato também produzido, volta ao mesófilo e regenera PEP, através da enzima Piruvato fosfato diquinase, com gasto de ATP. BROETTO 2022 MICROGRAFIA MOSTRANDO ANATOMIA KRANZ EM FOLHAS DE PLANTA C4 BROETTO 2022 CICLO DE HATCH-SLACK (PLANTAS C4) BROETTO 2022 SEQÜESTRO DE CO2 EM PLANTS CAM