Slide Fotossíntese-2023 1

Xantofila (algas pardas e vegetais superiores) Luteína (xantofila) Fotossíntese Fotossistemas FOTOSSISTEMA Moléculas de carotenoides Moléculas de clorofila Fótons COMPLEXO DE ANTENA Moléculas de clorofila a do centro de reação CENTRO DE REAÇÃO Elétron excitado Molécula aceitora de elétrons Fotossíntese Fluxo linear de elétrons Luz Fotossistema II (PS II) 2 H+ + 1/2 O₂ Aceportor primário Cadeia de transporte de elétrons Pq Complexo citocromo Pc Fotossistema I (PS I) Fd NADP+ redutase NADP+ + H+ NADPH Biologia de Campbell, 2015 Quase todas as plantas são autótrofas: os únicos nutrientes que elas necessitam são água e minerais, obtidos do solo, e dióxido de carbono obtido do ar. Autótrofos Centro de Estudos do Mar Universidade Federal do Paraná Bioquímica para Oceanografia Fotossíntese Heterótrofos A brasileira Evelyn Torrence, de 40 anos, afirma que se alimenta exclusivamente de Sol. Uma peculiar forma de vida que contou no programa de Jô Soares, no GNT no passado mês de Abril FENÓMENO VIVER SEM COMER NEM BEBER É POSSÍVEL. EVELYN TORRENCE CONTOU A A CAPITAL COMO PERDEU “O VÍCIO” DA COMIDA Dois anos sem comer Em breve uma equipa de cientistas vai estudar o organismo do casal Torrence. “Vamos finalmente provar que não comemos nada e que temos um corpo saudável” garante 47 quilos e uma filha com 21 anos. “Começo por apenas levantar-me da praia e aqueço meu organismo.” Trata-se de algo semelhante à fotossíntese das plantas, mas que no organismo humano é realizado pela pineal exercitamos, e como o Steve já não é cui, ficamos horas à noite num seco histórico”, relatou. Fotossíntese Heterótrofos Fotossíntese Saduh Fotossíntese Saduhs Fotossíntese Buddha boy Células fotossintética Células heterotróficas carboidrato Os organismos heterotróficos dependem dos autotróficos para obtenção de energia. As reservas de petróleo do planeta representam a conversão da energia do sol que incidiu no planeta ha milhões de anos, em matéria orgânica, e mais tarde, em combustíveis fósseis A fotossíntese tem sido estuda como alternativa ao uso do petróleo através das pesquisas de produção de biocombustíveis ✓ várias bactérias ✓ micro algas ✓ plantas vasculares Na fotossíntese ocorre uma reação de oxi- redução onde a água doa elétrons na (forma de hidrogênio) para a redução do CO2 a carboidrato (CH2O) Cloroplastos dos vegetais Todas as partes verdes das plantas, incluindo caules e frutos verdes possuem cloroplastos...contudo as folhas representam o sitio principal da fotossíntese Cloroplastos dos vegetais 500.000/mm2 cloroplastos na superfície foliar Uma célula vegetal pode ter de 1 a 1000 cloroplastos (média 30-40), que em geral tem cerca de 5μm de comprimento e forma elíptica Cloroplastos dos vegetais O cloroplasto tem um envoltório de 2 membranas envolvendo um fluido denso chamado estroma. Suspenso no interior do estroma existe um terceiro sistema de membranas formando sacos, chamada tilacóide A clorofila, principal fotoreceptor na fotossíntese, localiza-se nas membranas do tilacóide Célula clorofilada Membrana do tilacóide Esquema da molécula de clorofila Folha Granum Parede celular Cloroplasto Membrana externa Membrana interna Tilacóide Granum Estroma DNA Núcleo Vacúolo Cloroplasto Tilacóide Complexo antena Fotossíntese: onde ocorre? ribosomas ADN grana estroma grano de almidón grana-tilacoide estroma tilacoide membrana interna membrana externa vacuolas grana Luz Liberado para a atm Carboidrato a energia eletromagnética da luz do Sol agora foi convertida na energia das ligações químicas desta molécula 1771 1800 1930 1950.... Joseph Priestly CO2 + H2O = (CH2O) + O2 Equação geral Van Neil Un. Stanford Água fornece O2 Utilização de 18O confirma a hipótese de Van Neil 6CO2 12 H2O C6H12O6 6 H2O 6O2 reagentes produtos Fotossíntese As duas fases (1) Reações dependentes de luz Fase fotoquímica Reações luminosas Fase clara (2) Reações fixadoras de carbono Fase química Ciclo de Calvin Fase escura Representam a etapa do processo na qual a energia da luz solar é convertida em energia química. Nesta fase, a água é decomposta, fornecendo elétrons e prótons (íons H+) e liberando O2 como subproduto A luz absorvida pela clorofila promove a transferência de elétrons e íons hidrogênio da água para um aceptor temporário NADP+ Fotossíntese Fase fotoquímica Luz H2O REAÇÕES LUMINOSAS CICLO DE CALVIN NADP+ ADP ATP NADPH O2 [CH2O] (açúcar) Biologia de Campbell, 2015 As reações desta fase também produzem ATP (adicionando um P ao ADP) Assim, a energia luminosa é inicialmente transformada em energia química na forma de dois compostos: NADPH e ATP O NADPH (uma fonte de elétrons) atua como força redutora que pode ser transmitida a um aceptor de eletros, enquanto o ATP é a versátil moeda energética Clorofila e outros pigmentos absorvem energia luminosa do Sol e a convertem em ATP e NADPH (energia química) liberando O2 luz Parte da energia eletromagnética irradiada pelo sol é retido na atm....parte do espectro que podemos ver (luz visível) é também a radiação que promove a fotossíntese No centro coletores de luz ou complexo antena, a clorofila e outros pigmentos acessórios como os carotenoides absorvem energia eletromagnética, se excitam e transmitem esta energia por ressonância Fóton Fóton Fóton Fóton Pigmentos do Complexo antena Centro de reação 31 Clorofila a em bacterioclorofila na clorofila b ligação saturada na bacterioclorofila Cadeia lateral fitol 32 Ficoeritrobilina (ficobilina) na ficocianobilina ligação insaturada na ficocianobilina (algas vermelhas e cianobactérias) Betacaroteno (plantas e frutas) (c) B Caroteno Luz do sol atingindo a Terra Clorofila b β Caroteno Clorofila a Ficocianina Ficoeritrina Luteína Comprimento de onda Absorção Carotenoides clorofila b clorofila a comprimento de onda (nm) Absorção relativa da luz O que acontece quando a clorofila e outros pigmentos absorvem a luz? Quando a molécula de clorofila absorve a luz, um de seus elétrons é elevado a um orbital com maior energia potencial, e a molécula é considerada em estado excitado. Nos cloroplastos, as moléculas de clorofila encontram-se agrupadas (geralmente de forma simétrica ) junto com outros pigmentos e proteínas hidrofóbicas associadas a membrana, formando um Fotossistema. Um Fotossistema é formado por um centro de reação cercado por vários complexos coletores de luz (complexo antenas) O centro de reação é composto por uma associação de proteínas organizadas que aprisionam um par de moléculas de clorofila a . Este centro também possui um aceptor de elétrons A membrana do tilacóide está povoada por dois tipos de fossistemas: PS II- Fotossistema II Clorofila deste fotossistema P680 (absorve luz no comprimento 680 nm) PS I- Fotossistema I Clorofila deste fotossistema P700 (absorve luz no comprimento 700 nm) A luz promove a síntese de ATP e NADPH por meio da energização dos fotossistemas. A chave para essa transformação energética é o fluxo de elétrons através dos fotossistemas e de outras moléculas presentes na membrana do tilacóide. Esse fluxo linear de elétrons ocorre durantes as reações da fase luminosa. Fotossíntese Fluxo cíclico de elétrons Fotossistema II Aceptor primário Pq Complexo citocromo Pc Aceptor primário Fd NADP+* NADP+ + H+ NADPH ATP Biologia de Campbell, 2015 Fotossíntese Analogia mecânica Fotossistema II Fóton e- e- e- Fábrica de ATP ATP Fotossistema I Fóton NADPH Biologia de Campbell, 2015 Melvin Calvin estudou compostos orgânicos marcados com carbono-14 para traçar o caminho completo do carbono na fotossíntese. A realização lhe valeu o Prêmio Nobel de química em 1961. Fotossíntese Ciclo de Calvin Luz H2O REAÇÕES LUMINOSAS O2 NADP+ ADP ATP NADPH CICLO DE CALVIN CO2 [CH2O] (açúcar) Biologia de Campbell, 2015 O Ciclo de Calvin ocorre no estroma dos cloroplastos, onde se encontram as enzimas que têm papel importante neste Ciclo (Ex: RUBISCO). estroma No ciclo de Calvin ATP e NADPH são utilizados para reduzir CO2 e produzir carboidrato (triose fosfato, amido, sacarose) Pode ser dividido em 3 estágios: (1) Fixação carbono (Carbono do CO2 é incorporado a um açúcar de 5C, a ribulose bifosfato ou RubBP) (2) Redução (ação do ATP e NADPH para formar gliceroldeído-3-fosfato G3P) (3) Regeneração (esqueleto de C do G3P é reorganizado em uma molécula de RubBP) Fotossíntese Ciclo de Calvin Entrada CO2 (entra um de cada vez) Ribisco 3 Ribulose-1,5-bisfosfato (RuBP) Intermediário de vida curta Estágio 1: Fixação de carbono 3-Fosfoglicerato 6 ATP 6 ADP Ciclo de Calvin 6 1,3-Bisfosglicerato 6 NADPH 6 NADP+ 6 Pi 6 Gliceraldeído-3-fosfato (G3P) 5 G3P Estágio 2: Redução 3 ATP 3 ADP Estágio 3: Regeneração do aceptor de CO2 (RuBP) Rendimento G3P (açúcar) Glicose e outros compostos orgânicos Biologia de Campbell, 2015 Fotossíntese Plantas C4 e MAC Cana-de-açúcar C4 Célula do mesofilo Célula da bainha do feixe vascular CO2 Ácido orgânico Açúcar Ciclo de Calvin 1 2 (a) Separação espacial das etapas. Nas plantas C4, a fixação de carbono e o ciclo de Calvin ocorrem em tipos diferentes de células. Abacaxi MAC CO2 Noite Ácido orgânico Ciclo de Calvin Dia Açúcar 1 2 (b) Separação temporal das etapas. Nas plantas MAC, a fixação de carbono e o ciclo de Calvin ocorrem nas mesmas células em momentos diferentes. Biologia de Campbell, 2015 Fotossíntese O2 CO2 Célula do mesofilo H2O Cloroplasto Luz REAÇÕES LUMINOSAS Fotossistema II Cadeia de transporte de elétrons Fotossistema I Cadeia de transporte de elétrons ATP NADPH Reações do Ciclo de Calvin 3-fosfoglicerato RuBP ADP Pi G3P Amido (armazenamento) Sacarose (exportação) H2O REAÇÕES LUMINOSAS • Ocorrerem no estroma • Utilizam ATP e NADPH para converter CO2 no açúcar G3P • Retorno do ADP, fosfato inorgânico e NADP+ para as reações luminosas O2 • São realizadas por moléculas nas membranas do tilacoide • Convertem a energia luminosa em energia química do ATP e NADPH • Decompõem H2O e liberam O2 para a atmosfera Biologia de Campbell, 2015