A assimilação do carbono a fotossíntese

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A assimilação do carbono a fotossíntese

  1. 1. Faculdade de Ciências – Departamento de Ciências Biológicas O metabolismo do carbono IA assimilação de carbono através da fotossíntese
  2. 2. A assimilação de carbono Conjunto de processos biológicos de incorporação de CO2 gasoso nos compostos orgânicos que constituem os organismos. – Nas plantas e cianobactérias através da fotossíntese (ciclo de calvin). – Nas bactérias através do ciclo de Krebs reverso.15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 2
  3. 3. A assimilação de carbono A vida na Terra depende da energia derivada do Sol. A fotossíntese é o único processo biológico que consegue captar esta energia. Através deste processo esta energia solar é transformada.15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 3
  4. 4. A fotossíntese Fotossíntese ― síntese utilizando luz. Processo físico-químico realizado pelos seres vivos clorofilados*. Estes organismos captam a energia solar para sintetizar compostos orgânicos (açúcares).15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 4
  5. 5. A fotossíntese cont. A energia acumulada nos compostos orgânicos é depois utilizada: 1. Noutros processos químicos das plantas; 2. Como fonte de energia para outras forma de vida;15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 5
  6. 6. A fotossíntese cont. Luz – Equação geral: 6H2O + 6CO2 → 6O2 + C6H12O6 – Ocorre no mesófilo da folha Fonte: http://www.google.com/imgres?hl=pt- PT&biw=1280&bih=660&gbv=2&tbm=isch&tbn id=5- LE9655oaEtzM:&imgrefurl=http://www.univers itario.com.br/celo/topicos/subtopicos/botanica /anatomia_vegetal/folha/folha.html&docid=ov tmgpHa01CH8M&imgurl=http://www.universit ario.com.br/celo/topicos/subtopicos/botanica/ anatomia_vegetal/folha/Aula9fig7.gif&w=533& h=331&ei=WVOvT4aFMMnGtAaxw7mPBA&zo om=1&iact=hc&vpx=794&vpy=157&dur=6628 &hovh=177&hovw=285&tx=147&ty=93&sig=1 07495435169357111403&page=1&tbnh=119& tbnw=192&start=0&ndsp=16&ved=1t:429,r:3,s15/05/2012 Estomas Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com :0,i:77 6
  7. 7. A fotossíntese cont. As células do mesófilo contém muitos cloroplastos. Fonte: http://www.google.com/imgres?hl=pt- PT&biw=1280&bih=660&gbv=2&tbm=isch&tbnid=9R XXAuJlqiJrUM:&imgrefurl=http://www.botanica.cnba .uba.ar/Pakete/3er/LaCelula/Cloroplastos.htm&docid =zi2Oa3- 6qq6UUM&imgurl=http://www.botanica.cnba.uba.ar /Pakete/3er/LaCelula/Cloroplastos_archivos/image00 4.jpg&w=324&h=260&ei=L1evT_KLEcHJsgbQqP2cBA &zoom=1&iact=hc&vpx=791&vpy=344&dur=612&ho vh=201&hovw=251&tx=116&ty=121&sig=107495435 169357111403&page=1&tbnh=147&tbnw=183&start =0&ndsp=15&ved=1t:429,r:13,s:0,i:9915/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 7
  8. 8. Os cloroplastos• Contém pigmentos fotossintéticos como a clorofila que absorve luz e cuja energia é depois colhida pelos PSI e PSII. – Esta energia será depois utilizada: • redução de NADP+ a NADPH Utilizados para a síntese de açúcares nas reações de • síntese de ATP fixação e redução de CO2 15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 8
  9. 9. Os cloroplastos cont. Os cloroplastos também contém grânulos de amido e lípidos, DNA, RNA e ribossomas próprios. – Assim, algumas proteínas dos cloroplastos são produtos da transcrição e tradução que ocorrem no próprio cloroplasto.15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 9
  10. 10. A absorção de energia• A luz proveniente do Sol tem características de onda e de partícula. Onda - caracterizada pelo seu comprimento e frequência. Partícula de luz ou fotão. Cada fotão contém um montante de energia conhecido como quantum (plural quanta).15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 10
  11. 11. – Comprimento de onda (λ) distância entre picos sucessivos. Fonte: http://www.kiron.unesc.ne t/wiki/index.php/Modelos_ de_Cores15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 11
  12. 12. – Frequência (ν) número de picos observados num determinado período de tempo. Fonte: http://www.google.pt/imgres?imgurl=http://files.aj uda-9ano.webnode.pt/200000051- 0279a036b2/img_som_onda.jpg&imgrefurl=http:// ajuda- 9ano.webnode.pt/a7%25C2%25BA%2520e%25208 %25C2%25BA/&usg=__EVp- QxqAF0tIWR99PaJ4mMyRbOE=&h=400&w=600&sz =108&hl=pt- PT&start=6&zoom=1&tbnid=XwKPEZpUlXvePM:&tb nh=90&tbnw=135&ei=Od6wT5KLF8ncsgb79ezVBg& prev=/search%3Fq%3Dcomprimento%2Bde%2Bond a%26hl%3Dpt- PT%26rlz%3D1T4SKPB_enMZ394MZ475%26biw%3 D1024%26bih%3D512%26gbv%3D2%26tbm%3Disc h&itbs=115/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 12
  13. 13. A absorção de energia cont. Espectro de absorção quantidade de energia da luz absorvida por uma molecula ou substância em função do seu comprimento de onda.• Lei de Planck Onde: E – energia h.cE= ou E = h.γ h – constante de Planck λ c – velocidade da luz λ – comprimento de onda γ – frequência ( c/λ)15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 13
  14. 14. A absorção de energia cont.• Quando a luz atinge um objeto ela pode: – Ser absorvida, ser transmitida ou ser refletida.• A cor de um objeto depende da luz que ele reflete. Se toda luz for absorvida o objeto será preto.• As substâncias que absorvem determinados comprimentos de onda denominam-se pigmentos.15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 14
  15. 15. Os pigmentos fotossintéticos a. Clorofilas* - a e b nas plantas superiores; b. Carotenóides c. Ficobilinas d. Pigmentos acessórios15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 15
  16. 16. A clorofila• Anel de porfirina com Mg2+ no centro (que determina a cor da molécula) e um fitol (unidade lipofílica que liga a clorofila a membrana);15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 16
  17. 17. A clorofila cont. Características Tipos de clorofilas Grupo que possuem λ em que Cor ligado ao anel absorvemClorofila a Metil Azul-esverdeada 430-660 nmClorofila b Formil Amarela 454-643 nm 15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 17
  18. 18. Os carotenóides• Possuem cor amarela-alaranjada ou vermelha;• Dois tipos: – Carotenos ( átomos de C e H, ex: β-caroteno) – Xantofilas ( átomos de C, H e O)15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 18
  19. 19. Os carotenóides cont.• Carotenos e as xantofilas são tetraterpenos formados pela junção de unidades de isopreno.15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 19
  20. 20. As ficobilinasEncontradas nas algas vermelhas e nas cianobactérias; Dois tipos: Ficoeritrobilina (rodofíceas) Ficocianobilina (cianofíceas) Fonte: zyxel-nsa210.lilu2.ch15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 20
  21. 21. Os pigmentos acessórios• São pigmentos não diretamente envolvidos nas reações luminosas. Servem para: – Absorver luz nos λ onde a clorofila não absorve; – Transferir esta luz para a clorofila; – Proteger a clorofila da oxidação;15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 21
  22. 22. Os fotossistemas• A luz é absorvida nos centros de reação de duas unidades conhecidas como fotossistemas.• Descritos por Emerson em 1960. Tipo de Fotossistema Características Absorve luz em comprimentos de onda maiores do Fotossistema I ou PSI ou P700 que 680 nm, 700 nm precisamente; Produz um agente redutor forte e um fraco oxidante; Absorve luz no comprimento de onda igual a 680 nm;Fotossistema II ou PSII ou P680 Produz um agente oxidante forte em um fraco redutor;15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 22
  23. 23. A fotossíntese • Ocorre em duas etapas a saber: – Fase fotoquímica ou luminosa – Fase química ou escura15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 23
  24. 24. A fase luminosa• Reações realizadas por quatro complexos proteicos: Fonte: Hopkins, 2000 15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 24
  25. 25. O fotossistema II – Localizado na membrana do tilacoide – Constituído por:  Duas proteínas de 32 e 34 kDa (D1 e D2)  Pigmento 680  Plastoquinona (PQ) transporta 2 electrões do PSII para o PSI e H+ do estroma para o lúmen)  Feofitina  Citocromo b55015/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 25
  26. 26. Citocromo b6/f• Localizado no grana, no estroma e no tilacoide• Constituído por:  Proteína Fe-S Citocromos do tipo b e c (também denominado f)• Função – transferir eletrões do PSII para o PSI através da oxidação da plastohidroquinona (PQH2) e redução de plastocianina (PC).15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 26
  27. 27. O fotossistema I• Localizado no estroma e no tilacóide• Constituído por:  Duas proteínas de 66 a 70 kDa Pigmento 700 Proteínas de ligação: plastocianina (PC), ferredoxina e centros activos Fe-S• Função: oxidar a PC reduzida e transferir eletrões para Fe-S15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 27
  28. 28. ATP sintase• Localizada no estroma Local catalítico Porção hidrofóbica Fonte: Hopkins,200015/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 28
  29. 29. Os cientistas sempre acreditaram que as reações de fixação de CO2 eram independentes da luz, denominando-as “Reações do Escuro”.15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 29
  30. 30. Nas últimas três décadas, no entanto, tornou-se claro que estas reações são controladas pela luz sendo mais correto chamá-las: • Fase bioquímica • Reações de fixação do carbono • Ciclo de redução do carbono • Ciclo de redução da pentose-fosfato15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 30
  31. 31. A fase escuraUsa-se a energia (ATP e NADPH) obtida na fase luminosa parasintetizar matéria orgânica a partir de matéria inorgânica. Fonte: Taiz e Zieger, 1998 Reações da fase luminosa Reações da fase escura 15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 31
  32. 32. A fase bioquímica da fotossínteseEnvolve 3 processos principais: A. Ciclo de Calvin B. Síntese de amido e sacarose C. Síntese de fructosanos15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 32
  33. 33. A. Ciclo de Calvin Processo de redução de CO2 para carbohidratos que ocorre nos cloroplastos. Fonte: recursos.cnice.mec.es15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 33
  34. 34. A. Ciclo de Calvin cont.• Originalmente descrito para plantas C3: – Todas Angiospérmicas – Briófitas – Algas – Maioria das pteridófitas15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 34
  35. 35. A. Ciclo de Calvin cont.• A enzima que catalisa este processo é a RuBisCo, Ribulose-1, 5-Bifosfato Carboxilase oxigenase.• Possui 2 subunidades: “a” ou maior (codificada no núcleo) e “b” ou menor (codificada nos clorosplastos).• É a proteína mais abundante da Terra.15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 35
  36. 36. A. Ciclo de Calvin cont.• Dos 6 fosfogliceraldeídos produzidos: – Três serão usados nos cloroplastos para a síntese de amido. – Os outros três serão transportados o citossol (sistema antiporte) e aqui serão usadas para formar 1) sacarose ou 2) para formar polissacáridos da parede celular.15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 36
  37. 37. A. Ciclo de Calvin cont.• A luz influencia este processo: 1. Realizando mudanças no estroma; 2. Alterando o movimento de protões e de Mg2+; 3. Reduzindo as pontes dissulfídricas;15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 37
  38. 38. B. Síntese de amido e sacarose • Sacarose – principal forma de carbohidrato translocada na planta via floema. • Amido – carbohidrato insolúvel, de reserva. – Amilose e amilopectinaAmbos sintetizados a partir da triose-fosfato gerada no ciclo de Calvin. 15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 38
  39. 39. C. Síntese de fructosanos• Composto por cadeias de frutose e sacarose.• Frequentes nas plantas C3 (gramíneas) mas existem também nas: – Asteraceae – Campanulaceae – Liliaceae – Iridaceae15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 39
  40. 40. C. Síntese de fructosanos cont.• Tipos: 1. Insulina (ausentes em gramíneas) 2. Levanas (frequentes em folhas e caules de muitas gramíneas das zonas frias) 3. Outros sem nome (presentes na cebola, no aspargo e no trigo)15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 40
  41. 41. C. Síntese de fructosanos cont.• Principais enzimas: – SSF (sacarose-sacarose-frutosil transferase) combina duas sacaroses; – FFF (frutano-frutano-frutosil transferase) enzima de alongamento;• Função dos fructosanos – responsáveis pelo acúmulo de hidratos de carbono.15/05/2012 Por Íris Victorino irisvictorino@gmail.com 41

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