Fotossíntese.

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Conteúdo da aula de Biologia da professora Alaíde do dia 11/04/13.

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Fotossíntese.

  1. 1. Fotossíntese
  2. 2. • A fotossíntese é o processo pelo qual a planta sintetizacompostos orgânicos a partir da presença de luz, águae gás carbônico. Ela é fundamental para a manutençãode todas as formas de vida no planeta, pois todasprecisam desta energia para sobreviver. Osorganismos clorofilados (plantas, algas e certasbactérias) captam a energia solar e a utilizam para aprodução de elementos essenciais, portanto o sol é afonte primária de energia. Os animais não fazemfotossíntese, mas obtém energia se alimentando deorganismos produtores (fotossintetizantes) ou deconsumidoresprimários. A fotossíntese pode serrepresentada pela seguinte equação:• luz6H2O + 6CO2 -> 6O2 + C6H12O6clorofila
  3. 3. • A energia luminosa é transmitida em unidadeschamadas quanta (singular = quantum), ou fóton. Para que a fotossíntese ocorra, é necessárioque a clorofila absorva a energia de um fótoncom o comprimento ideal de onda para iniciar asreações químicas.•
  4. 4. • Estrutura do cloroplasto• A fotossíntese ocorre em organelas chamadascloroplastos que se localizam principalmente nomesófilo foliar.• Envelope: Membrana dupla de revestimento docloroplasto;Estroma: Matriz fluida, que contém váriasestruturas membranosas, chamadas grana;Grana: Estruturas com várias camadasmembranosas, em forma de discos;Lamelas: Conjunto de canais membranosos queinterligam os grana.Tilacóides: Discos membranosos que formam ogranum, e encontram-se empilhados.
  5. 5. • A conversão de radiação solar em energia químicaocorre nas lamelas e nos grana, com a participação depigmentos fotossintéticos. No estroma ocorre aprodução de carboidratos, aminoácidos, etc. e fixaçãodo CO2.• Os pigmentos relacionados à fotossíntese são asclorofilas e os carotenóides. As clorofilas possuemcoloração verde-azulada e os carotenóides têm coralaranjada mas normalmente são mascarados peloverde da clorofila. Existem dois tipos de clorofila: a e b.A clorofila "a" ocorre em todos os organismosclorofilados, possui cor verde-azulada e absorve luz naregião próxima ao azul e ao violeta. A clorofila "b" éconsiderada um pigmento acessório, juntamente com oscarotenóides e possui cor verde. As plantas de sombrapossuem maior quantidade de clorofila "b" em relação à"a". A clorofila "b" não faz conversão de energia, apósabsorver luz, transfere para a clorofila "a" a energiacaptada do fóton para que ela faça a conversão.
  6. 6. • Absorção de luz• Para que a fotossíntese se inicie, os pigmentos precisam absorver umfóton. As moléculas de clorofila se organizam em uma unidadefotossintética.• Quando um pigmento absorve um fóton, a energia dele é totalmentetransferida para a molécula, afetando sua estabilidade e excitando-a.Após um curto período de excitação (aproximadamente 15 nanosegundospara a clorofila a), a molécula dissipa sua energia na forma de radiação,porém menos energética que inicialmente, pois parte da energia damolécula foi perdida enquanto ela estava excitada. Este processo chama-se fluorescência.• Entretanto a molécula pode perder sua energia através de conversõesinternas, tendo uma vida média mais longa e emitindo uma radiação comcomprimento longo de onda, porém menos energético, sendo esteprocesso chamado fosforecência. Neste processo, a molécula excitadapode interagir com outra molécula, fazendo trocas de energia.• Quando uma molécula de clorofila b ou carotenóide absorve um quantuma energia é transferida para a clorofila a.• Normalmente há uma cooperação entre as moléculas de clorofila,aumentando a eficiência da fotossíntese.• Em uma unidade fotossintética há o pigmento aprisionador, ou moléculaaprisionadora, onde a energia irá se concentrar após ter passado porvárias outras moléculas, e as outras moléculas são chamadas de antenaspois captam as radiações e as transferem para um único ponto.
  7. 7. • Dois cientistas chamados Emerson e Arnold trabalharamcom uma alga chamada Chlorella e a expuseram emuma intensidade luminosa próxima à 700 nm (vermelho)e verificaram que isso provocava uma grande queda naeficiência quântica, contrariando a idéia que a clorofila aabsorve quanta em comprimento de onda próximo à 700nm. Emerson e col. utilizaram dois diferentescomprimentos de onda e verificaram que haviam doissistemas fotossintéticos, pois, separadamente para cadaintensidade luminosa havia uma resposta e quando osdois feixes monocromáticos foram colocados juntos (700e 710 nm) aumentou a eficiência da fotossíntese. Umdos sistemas possuía um sistema aprisionador paracomprimentos de onda curtos e o outro sistema paraondas longas. Estudos subseqüentes explicaram oprocesso que o corre. Nos dois fotossistemas háclorofila a e b, porém em proporções diferentes.Enquanto o fotossistema 1 tem mais clorolfila a, ofotossistema tem mais clorofila b.
  8. 8. • O fotossistema que absorve luz com comprimento de onda próximoa 700 nm é chamado de P700 e o que absorve luz comcomprimento de onda próximo da 680 nm é chamado de P680.• Quando os pigmentos recebem energia luminosa e ficam excitados,ocorre o deslocamento de elétrons para níveis energéticos maiselevados. A substância que doou elétrons fica oxidada e areceptora reduz, evidenciando então uma reação de óxido-redução.• A clorofila recupera os elétrons doados através da reação de foto-oxidação da água, onde os átomos de H (hidrogênio) e O (oxigênio)são separados e os 4 elétrons resultantes são doados.• O fotossistema 1 possui um redutor poderoso e um oxidante fraco(P700) enquanto o fotossistema 2 possui um redutor fraco e umoxidante forte, formando um sistema oxidante-redutor chamadoesquema Z. Quem faz a ligação entre os 2 fotossistemas é aplastoquinona, plastocianina e citocromos, cada um com seupotencial de óxido-redução.• No FS1, a ferredoxina está envolvida na transferência de elétrons eocorre a redução do NADP. O FS2 está relacionado com aliberação de O2. Após receber elétrons, a clorofila P682 ficaexcitada e transfere seus elétrons para a plastoquinona.
  9. 9. • Fotofosforilação acíclica• A fotofosforilação acíclica utiliza os dois fotossistemas etem início quando a clorofila P680 é excitada e doa umelétron para um aceptor Q do grupo das quinonasficando com carga elétrica positiva e o aceptor Q comcarga negativa.• Esse poder oxidante da clorofila a provoca a fotóliseda água. A reação ocorre com 2 moléculas de água,que tem 4 elétrons captados por 4 moléculas de clorofilaa. Como resultado desta reação temos a produção de 1molécula de gás oxigênio e 4 íons de H+. O ATPproduzido durante a fotossíntese é resultado da fotóliseda água, que gera um gradiente de prótons namembrana do tilacóide.• 2H2O -> 4e- + 4H+ + O2
  10. 10. • O aceptor Q transfere seu elétron para aplastocianina, porém antes passa por aceptores,liberando de forma gradativa sua energia parabombear os íons H+ presentes no estroma parao lúmen do tilacóide.• No FS2 as moléculas do complexo antena ficamexcitadas e os elétrons vão para a moléculaaprisionadora P700. O elétron desta molécula étransportado por uma série de transportadores eo resultado deste processo é a redução doNADP+ à NADPH, enquanto ocorre a oxidaçãoda P700. A P700 tem os seus elétrons repostospela cadeia transportadora do FS1.• H2O + NADP+ -> NADPH + H + ½ O2
  11. 11. • Fotofosforilação cíclica• ADP + Pi -> ATPluzcloroplastos• Os dois fotossistemas trabalham juntos, porém ofotossistema 1 pode atuar de forma independente, massozinha ele só trabalha para a produção de ATP para ometabolismo celular.• Ao invés de ser transferido para o NADP+ o elétronemitido pela P700 excitada vai para ferredoxina e para acadeia transportadora de elétrons, entre o FS1 e o FS2e descem através de outra cadeia até a moléculaaprisionadora do FS1, estimulando o transporte de íonsH+ e promovendo a produção de ATP. Os aceptores dacadeia transportadora são chamados de citocromos e oaceptor final chama plastocianina. Quando o elétronchega na plastocianina, ele retorna à P700, formandoum ciclo.
  12. 12. • Fixação do Carbono• Os compostos que compões a matéria orgânica são produzidos através dafixação do gás carbônico da atmosfera pelos organismos fotossintetizantesna presença de luz.• Melvin Calvin elucidou a via do ciclo do carbono na fotossíntese e esseprocesso recebeu o nome de Ciclo de Calvin. O ciclo da redução docarbono é muito parecido com os outros ciclos, uma vez que o compostoinicial é regenerado a cada volta no ciclo.• Através de vários experimentos utilizando o carbono radioativo 14C foipossível a identificação de outros compostos da fotossíntese. A partir desteestudo concluiu-se que existem 2 tipos de plantas em relação ao primeiroaçúcar fabricado.• Ciclo C3Utilizando o isótopo radioativo 14CO2 durante 5 segundos verificou-se quea radioatividade se concentrava em um açúcar com 3 carbonos, o ácidofosfoglicério (PGA).• Ciclo C4Utilizando a mesma técnica, concluiu que o primeiro açúcar formado tinha 4carbonos e que este ciclo requer 2 ATP a mais que o ciclo C3 naassimilação do CO2. Esse processo ocorre com plantas de clima árido egramíneas tropicais, por conta do baixo consumo de água por unidade dematéria produzida e baixa perda de CO2 na luz.
  13. 13. • Fatores Limitantes da Fotossíntese• Intensidade luminosaA partir de baixa intensidade luminosa, medida pela liberação de gásoxigênio, a fotossíntese aumenta de forma linear conforme o suprimento deluz até atingir um limite, chamado platô ou região de saturação luminosa. Aregião representada pela letra X corresponde à região limitada pela luz.• TemperaturaAs reações na região limitada pela luz não são sensíveis à temperatura. Emcondições ideais de luminosidade e concentração de gás carbônico a taxade fotossíntese tende aumentar conforme a temperatura aumenta, porémquando esta fica muito alta, pode causar danos para a fotossíntese e para aplanta.• Gás CarbônicoEm regiões limitadas pela luz, se acrescentarmos mais gás carbônicopodemos perceber um aumento na taxa de fotossíntese. A concentraçãodeste gás na atmosfera varia entre 0,03 a 0,04% e isso não é suficientepara a planta utilizar na fotossíntese. Por isso o CO2 é considerado fatorlimitante da fotossíntese. Chamamos de ponto de compensação de CO2 omomento em que o consumo de gás carbônico na fotossíntese equivale aoliberado pela planta na respiração e varia conforme a espécie considerada.

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