O documento descreve os processos de fotossíntese, incluindo a anatomia dos cloroplastos, as reações de luz que produzem ATP e NADPH, e as reações de escuro que usam esses produtos para fixar carbono através do ciclo de Calvin. Também discute a fotorrespiração e as vantagens das plantas C3 e C4 em diferentes climas.

1. Instituto de Química de São Carlos – IQSC
Universidade de São Paulo
Fotossíntese
Disciplina: Bioquímica II
Docente: Profa. Dra. Fernanda Canduri
Curso: Bacharelado em Química

2. Conteúdo
Cloroplastos
 Anatomia
 Pigmentos que absorvem luz
As reações de luz
A interação da luz e da matéria
O transporte de elétrons não-cíclico
O transporte de elétrons cíclico
 Fotofosforilação
As reações de escuro
O ciclo de Calvin
Fotorrespiração

3. Introdução
A fotossíntese é o processo pelo qual a energia luminosa possibilita a redução de carbono, é essencialmente o reverso do metabolismo oxidativo dos carboidratos
Os carboidratos produzidos pela fotossíntese servem como fonte de energia para o organismo que os produz, assim como para os organismos não- fotossintéticos que direta ou indiretamente consomem organismos fotossintéticos
A fotossíntese fixa cerca de 1011 toneladas de carbono por ano, representando um armazenamento de mais de 1018 kJ de energia

4. Na presença da luz, as plantas e as cianobactérias consomem CO2 e H2O, produzem O2 e “fixam” carbono na forma de carboidrato:
LUZ
6 CO2 + 6 H2O  (C6H12O6) + 6 O2
Os dois estágios da fotossíntese são tradicionalmente referidos como:
reações de luz - moléculas de pigmento capturam a energia luminosa e são oxidadas. Produz ATP e NADPH
reações de escuro - usam NADPH e ATP para reduzir CO2 e incorporá-lo em precursores de carboidratos de três carbonos
Introdução

5. Anatomia do cloroplasto
A membrana interna envolve o estroma, uma solução rica em enzimas, o qual inclui as enzimas necessárias para a síntese de carboidratos, mas contém também DNA, RNA e ribossomos, envolvidos na síntese de diversas proteínas do cloroplasto

6. Estrutura do complexo coletor de luz
Compreende um conjunto de proteínas hidrofóbicas associadas à membrana – é uma proteína integral de membrana Cada uma contém numerosas moléculas de pigmento em geral arranjadas de modo simétrico, formando o complexo coletor de luz

7. Transferência de elétrons
As reações de óxido-redução do sistema de transporte de elétrons estabelece dois tipos de fluxo de elétrons:
Fluxo não-cíclico de elétrons – produz NADPH + H+ e ATP
Fluxo cíclico de elétrons – produz apenas ATP
O fluxo é conduzido pela captação de energia luminosa pelas moléculas de clorofila presentes nos fotossistemas do complexo coletor de luz

8. O fluxo não-cíclico de elétrons através de dois fotossistemas
o A molécula de clorofila no fotossistema II absorve o máximo de luz a 680 nm, tornando-se excitada (Chl+)
o A energia do fluxo de elétrons da cadeia redox é captada para a síntese de ATP
o A molécula de clorofila no fotossistema I absorve o máximo de luz a 700 nm, tornando-se excitada (Chl+)
o O fotossistema I reduz a ferrodoxina (Fd) que por sua vez, reduz o NADP+

9. A membrana do tilacóide e o fluxo de elétrons

10. O fluxo cíclico
o Antes de iniciar o fluxo cíclico, a clorofila do centro de reação do fotossistema I está no estado basal (Chl)
o Ela absorve um fóton e torna- se Chl+, reagindo com a ferrodoxina oxidada (Fd) para produzir Fd reduzida
o Na cadeia redox a Fd reduz a plastoquinona (PQ), que por sua vez reduz o citocromo (Cyt), e por fim, a plastocianina (PC)
o A energia do fluxo de ē é captada para a síntese quimiosmótica de ATP
o A PC transfere elétrons para a clorofila permitindo que as reações iniciem novamente

11. Reações de luz e reações de escuro

12. As reações de escuro
A segunda rota principal da fotossíntese é o ciclo de Calvin –Benson, também chamado de ciclo redutivo das pentoses-fosfato
As enzimas envolvidas estão no estroma do cloroplasto – as chamadas “reações de escuro” por não necessitarem de energia luminosa
A principal enzima é a ribulose bifosfato carboxilase/oxigenase – a rubisco
Usam a energia do ATP e do NADPH produzidos nos tilacóides durante as reações de luz (fluxo cíclico e não- cíclico), para reduzir CO2 a carboidratos pelo ciclo de Calvin-Benson
Sendo assim, indiretamente, essas reações necessitam de luz

13. O ciclo de Calvin-Benson
(GAP)

14. As plantas também realizam o metabolismo energético
Durante a noite, assim como outros organismos, as plantas usam suas reservas nutricionais para gerar ATP e NADPH por glicólise, por fosforilação oxidativa e pela via das pentoses-fosfato

15. o O efeito da fotorrespiração desfaz o que o ciclo de Calvin-Benson realiza:
o CO2 é liberado ao invés de ser fixado em carboidratos
o Como a enzima RuBP carboxilase/oxigenase decide entre atuar como oxigenase ou carboxilase?
o Se o O2 é relativamente abundante, a enzima atua como oxigenase, pela fotorrespiração
o Se CO2 predomina, a enzima o fixa e ocorre o ciclo de Calvin
A fotorrespiração

16. Em dias quentes e secos, o nível de O2 numa folha torna-se especialmente alto, para evitar a perda de água, os estômatos (que permitem a evaporação de água da folha), fecham-se, impedindo a entrada e saída de gases
A concentração de CO2 cai, pois está sendo utilizado pelas reações fotossintéticas, e a concentração de O2 aumenta, devido a essas mesmas reações
Portanto, o sítio ativo da RuBP carboxilase/oxigenase evoluiu para fixar tanto O2 como CO2, segundo a disponibilidade de cada um
A fotorrespiração

17. Certas espécies de plantas como a cana-de-açúcar, o milho e ervas daninhas tem um ciclo metabólico que concentra CO2 em suas células fotossintéticas, evitando quase completamente a fotorrespiração
Tais plantas são chamadas de C4 (ciclo de ácidos de 4 carbonos), e ocorrem em regiões tropicais porque crescem mais rapidamente sob condições quentes e ensolaradas do que outras plantas denominadas C3 (fixam CO2 inicialmente na forma de ácidos de 3C – GAP)
Em climas mais frios, onde a fotorrespiração é um problema menor, as plantas C3 levam vantagem porque requerem menos energia para fixar CO2
A fotorrespiração

18. A rota C4
A célula usa o CO2 e o PEP para formar oxaloacetato e malato (4C), que pode ser descarboxilado a piruvato, e o CO2 utilizado no ciclo de Calvin