aula 8 Fotossintese fase luminosa

Fosforilação Oxidativa e
Fotossíntese são dois
processos de captação
de energia pelos
organismos vivos –
relacionados pelo ciclo
de energia entre os
organismos vivos e que
apresentam semelhanças
e diferenças.
Fosforilação oxidativa
(mitocôndrias)
Usa energia produzida durante a
oxidação dos carboidratos, lipídeos e
aminoácidos para a síntese de ATP e
redução do oxigênio em água.
Formação de gradiente eletroquímico
que leva à síntese de ATP (energia
para células)
Fotofosforilação = fotossíntese
(cloroplastos)
Usa energia luminosa para a síntese
de compostos orgânicos reduzidos
(carboidratos) produzindo energia
química, usa água e libera oxigênio.
Formação de gradiente
eletroquímico que leva à síntese de
ATP (energia para síntese de
carboidrato)
carboidratos
A fotossíntese (que ocorre nos cloroplastos) tem duas
fases:
1 - a energia
luminosa é
transformada em
energia química
(NADPH e ATP) com
o uso de água e
liberação de
oxigênio
2 - a energia
química formada é
utilizada para a
síntese do
carboidrato
Alguns experimentos comprovam os produtos
da fotossíntese e sua dependência da luz
A chama de uma vela em um ambiente fechado com
uma planta junto só de mantém na presença de luz
Folhas protegidas da luz e que não realizam a fotossíntese,
não possuem amido estocado.
Descoloração com alcool
Coloração com lugol (iodo)
Luz é a fonte de energia da
fotossíntese
Ocorre formação de oxigênio e
carboidrato
Do que é formada uma molécula de carboidrato?
O que mais é importante para a realização da
fotossíntese além da luz (reagentes)?
CO2 + H2O
→ (CH O)
2
n
+ O2
Equação total da fotossíntese
CO2 + H2O
LUZ
O2 + (CH2O)n
Que tipo de reação é essa ?
A equação total da fotossíntese descreve uma
reação de oxidação-redução onde a H2O doa
elétrons (como hidrogênio) para a redução do CO2
até o carboidrato (CH2O)n.
Afinidade
por e-
Potencial de
redução
Oxigênio mais eletronegativo, maior E, último aceptor
de elétrons e a água um péssimo doador de elétrons
Fotofosforilação - precisa CRIAR condições
para que a água consiga ser um bom
doador de elétrons para reduzir o CO2
formar carboidratos.
COMO OCORRE ISSO?....
Através da captação de
energia da luminosa pelo
sistema fotossintetico
•Reações
luminosas da
Fotossíntese
Etapas da fotossíntese
A fotossíntese abrange 2 processos, que ocorrem nos
cloroplastos.
1) as reações luminosas, que
ocorrem apenas quando as
plantas estão bem iluminadas;
formação de doador de eoriginando ATP, NADPH e O2
2) as reações de fixação do
carbono (reações bioquímicas)
que ocorrem tanto na luz como
no
escuro;
formação
dos
carboidratos (ATP, NADPH e CO2)
Estrutura dos dos cloroplastos
Organela presente nas plantas e outros organismos fotossintetizadores.
Possui clorofila, pigmento responsável pela sua cor verde.
Delimitados por duas membranas lipoprotéicas:
Membrana externa
lisa, permeável a
íons e pequenas
moléculas.
Membrana interna é
composta por várias
dobras (vesículas)
formando
os tilacoides , grana
e as lamelas,
envolvidos por uma
porção aquosa,
estroma.
http://www.sobiologia.com.br/conteudos/bioquimica/bioquimica11.php
O que se encontra nas membranas tilacóides
e no estroma dos cloroplastos?
Estroma – fase aquosa com a maioria das enzimas das reações de
assimilação de carbono
Membranas tilacoides estão embebidos os complexos com
pigmentos fotossintetizadores e transportadores de elétrons que
promovem as reações luminosas (fotossistemas – PSI e PSII),
transportadores de elétrons que unem os fotossistemas e a e ATP
sintase.
http://studyingplantphysiology.blogspot.com.br/
Conceitos importantes para entender a
fotossíntese
Luz e Pigmentos
1 - Luz é uma radiação eletromagnética
Possui características tanto de uma onda
como de uma partícula
Uma onda é caracterizado por um comprimento
de onda e uma frequencia
Comprimento de onda (λ)
é a distância entre cristas
de onda sucessivas
Frequencia (η) é o número
de cristas de onda num
determinado tempo
Luz também é uma partícula chamada fóton
 Cada fóton contém uma quantidade de energia que
é chamada quantum
 O quantum de um fóton depende da frequencia da
luz/comprimento de onda
comprimento onda frequencia energia
Luz solar é como uma
chuva de fótons de
frequencias diferentes.
Pequena parte da
energia solar é usada
na fotossíntese (1%).
Nossos olhos são sensíveis a só uma gama pequena
de frequencia — a região de luz visível do espectro
eletromagnético
2 - Pigmentos
São moléculas que possuem uma estrutura
especial onde alguns átomos podem absorver a
energia dos fótons
Como acontece a absorção de luz por um átomo?
Elétron em sua órbita
normal, estável
•Calor
•Fluorescência
•Transferência
•Fotoquímica
Feixe de luz incidente
transfere energia
Elétron libera energia
Elétron muda de camada
energética - instável
Elétron volta para sua
órbita normal, estável
Na natureza existem diferentes tipos de pigmentos
capazes de absorver energia luminosa em
diferentes comprimentos de onda
A clorofila é o mais importante
pigmento para absorção de luz
para a fotossíntese nos vegetais
Vegetais superiores tem dois
tipos a e b (2:1)
Cadeia lateral fitol e um
conjunto de 5 anéis com 5
átomos contendo os átomos de N
coordenados com um Mg
Sequencias alternadas de
simples e duplas ligações nos
anéis são responsáveis pela
absorção de luz e transferência
de elétrons
Apresentam cor verde (absorve
vermelho e azul)
Clorofila a (650nm) e b (450nm)
e os outros tipos de luz?
Pigmentos acessórios – são outros pigmentos que
absorvem diferentes tipos de luz nos vegetais – ampliam
o espectro de absorção de luz
-caroteno - alaranjado
Xantofila ou luteina- amarelo
Ficoeritrobilina – vermelho
Relação pigmento e luz absorvida
Como ocorre a absorção e
transferência de energia nos
organismos
fotossintetizadores???
A luz produz o fluxo de elétrons
nos cloroplastos
Em 1937, Robert Hill
extratos aquoso de folhas contendo cloroplastos +
receptores de hidrogênio não biológicos (químico)
luz
produção de O2 +
redução do receptor de H
escuro
Aceptor químico de eletrons
Presença de luz o
aceptor de eletrons é
reduzido e muda de cor
Cloroplastos em solução aquosa
Reação de Hill
Cloroplastos + 2H2O + 2A
luz
2AH2 + O2+ Cloroplastos
A (forma oxidada) azul / AH2 (forma reduzida) incolor
No escuro não havia a produção de O2 e o corante
continuava azul.
Princípio da conversão
de luz em energia
química mostra fluxo
de e- da água para um
aceptor de e-
Como ocorre essa reação no cloroplasto?
Quais moléculas/estruturas estão envolvidas?
O que é e como é a estrutura de um fotossistema?
Fotossistemas
conjuntos de
proteínas, pigmentos
e transportadores de
elétrons que formam
uma estrutura nas
membranas dos
tilacoides que
absorvem luz e iniciar
um processo de
transferência de
elétrons
Moléculas Antena ou Captadores de Luz (CCL) – pigmentos
Transdutor ou Centro de Reação Fotoquímica – clorofila,
doador e receptor de elétons
Como ocorre o processo de absorção de luz e
transferência de energia?
CCL (pigmentos) absorvem
a energia luminosa,
transferindo-a entre
moléculas até o centro de
reação
CCL
Luz
Uma reação
fotoquímica converte
a energia de um
fóton em uma
separação de cargas
iniciando um fluxo de
elétrons.
Centro de reação
Moléculas antena
A luz excita
uma molécula
antena
(clorofila ou
pigmento
acessório)
elevando um
elétron a um
nível de
energia maior
Centro de reação
Luz
A molécula antena
excitada transfere
energia a uma
molécula de clorofila
vizinha, excitando-a
(transferência de
éxciton) e volta ao
estado fundamental
Esse passo pode ser
repetido várias vezes e
entre repetidas
moléculas antenas até
que um centro de
reação seja alcançado
Quando um
centro de reação
é alcançado uma
molécula de
clorofila a do
centro é excitada
tendo um elétron
passado para um
orbital de energia
superior
clorofila a
Receptor de elétrons
Esse elétron passa
para um receptor
de elétrons que é
parte da cadeia de
transferência de
elétrons
Um orbital do centro
de reação da
clorofila fica vazio
Doador de elétrons
O elétron perdido
pelo centro de
reação da clorofila é
substituído por um
elétron de um
doador de elétrons
vizinho que se torna
positivamente
carregado
Doador de elétrons
Ocorre a formação
de um dipolo
separação de cargas
no centro de reação
Inicia-se uma reação de oxido-redução
A absorção de um fóton provoca a separação de
cargas dentro do centro de reação (fotossistemas)
Inicia uma sequência de reações de oxirredução que
vai resultar:
oxidação da água a O2
síntese de NADPH e ATP
Esses dois eventos ocorrem por ação de dois
fotossistemas que existem nas plantas superiores, quais
são eles e quais suas características?
Membranas tilacóides das plantas superiores possuem
dois tipos de fotossistemas que operam em série
 Fotossistema I (PSI)
Moléculas antenas e Centro de Reação P700
Produz um redutor forte capaz de reduzir o NADP+
Produz um oxidante fraco
 Fotossistema II (PSII)
Moléculas antenas e Centro de Reação P680
Produz um redutor mais fraco
Produz um oxidante forte capaz de oxidar a água
Os dois fotossistemas estão ligados por uma cadeia
transportadora de elétrons com potenciais de redução diversos
↑ Potencial de redução
↑ Afinidade por e-
Os fotossistemas estão rearranjados na membranas dos tilacóides
juntamente com diversos transportadores de eletrons:
•Plastoquinona citocromo b6f, e a plastocianina (fotossistema II ao I)
•Ferredoxina e ferredoxina oxidorredutase (fotossistema I ao NADP+)
Isso pode ser representado por um esquema chamado de
esquema Z junto com os potenciais de redução deles
Esquema Z –
conjunto dos dois
fotossistemas
ligados por
transportadores de
e- (feofitina,
quinonas, cit b6f e
plastocianina)
Dois sistemas,
impulsionados pela
luz, atuam em
sequencia retirando
elétrons da água e
transferindo para o
NADP+
Com a luz o P680 produz
um forte doador de
elétrons P680* que
rapidamente transfere
um elétron para a
feofitina e fica P680+ que
captura um elétron da
água para voltar a seu
estado fundamental
Cisão da água
H2O  2H+ + 2 e- + ½ O2
2 H2O  4H+ + 4 e- + O2
Quantos fotons?
Transportadores
de elétrons
Equação geral pela qual os elétrons fluem
da água para o NADP+compreende:
2 fótons (um para cada fotossistema ) são
necessários para que um elétron passe da água
para o NADP+ (mas o NADP transporta 2 e-)
Para formar um O2 é necessário 2 H2O com a
transferência de 4 elétrons  8 fótons são
necessários para se formar 1 O2 e 2 NADPH
2H2O + 2NADP+ + 8 fótons  O2 + 2 NADPH + 2H+
Os elétrons não podem ser retirados parcialmente das
moléculas de água e o P680 capta 1 e- de cada vez
Existe um sistema especial produtor de oxigênio :
proteína (resíduo de tirosina) e um átomo de Mn
Átomo de Mn vai doando 1 elétron de cada vez para o centro P680
(0 a +4) alterando seu estado de oxidação.
Quando 4 e- são transferidos outros 4 e- são retirados de
2 moléculas de água e doados para o complexo produtor
de oxigênio (complexo Mn) regenerando esse átomo.
Formação de O2
Liberação de prótons para lúmen
Durante a transferencia de elétrons (cisão da água e
plastiquinona) prótons (H+) são bombeados para o
lúmem do tilacóide, cria-se uma diferença de potencial
eletroquímica entre o lúmem e o estroma
-
Retorno dos prótons do lumem para o estroma pela
ATP sintase, implica na sintese ATP
+
Através desse processo (transferencia de eletrons e
formação de gradiente eletroquimico no tilacoide) ocorre a
sintese de NADPH e de ATP
ATP e NADPH formados vão ser fonte de
energia para a síntese de carboidratos a
partir de CO2