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Fotossíntese
Seres autotróficos – produzem as moléculas orgânicas a partir de material inorgânico
As plantas são fotoautotróficas – porque usam a luz como fonte de energia para produzirem moléculas
orgânicas a partir de material inorgânico. A este processo chama-se fotossíntese. Além das plantas,
a fotossíntese ocorre nas algas (incluindo alguns protistas) e nalguns procariotas.
Todos os tecidos verdes têm clorofila (pigmento verde), mas as folhas são os locais onde se efectua a
fotossíntese por excelência. Os cloroplastos existem sobretudo nas células do mesófilo (tecido verde no interior da
folhas).
CO2 ( dióxido de carbono) entra na folha e o
O2 (oxigénio) saí desta por poros microscópicos
chamados estomas.
Uma célula típica do mesófilo tem cerca de 30 a 40
Os Cloroplastos são os organito onde ocorre a
fotossíntese.
O cloroplasto é constituído por uma dupla membrana,
pelo estroma, pelas membranas dos tilacóides que
formam o grana e intergrana.
A clorofila existe nas membranas tilacoidais.
A equação geral da Fotossíntese numa forma simplificada:
Papel da moléculas de água na Fotossíntese – A libertação do oxigénio
da fotossíntese provem da água e não do dióxido de carbono
A Fotossíntese é um processo redox em que a água é oxidada e
dióxido de carbono é reduzido
A fotossíntese é um processo constituído
por duas partes. A primeira parte chama-se
Reacções luminosas da fotossíntese
(ocorre nos tilacoides) e a segunda parte o
Ciclo de Calvin (que ocorre no estroma)
As reacções luminosas da fotossíntese
convertem a energia solar em energia
química – ATP e NADPH
Nestas reacções é libertado oxigénio
No ciclo de Calvin é que se formam os
Açúcares. Esta etapa inicia-se com a
incorporação de CO2 (fixação do carbono)
Este ciclo reduz o CO2 a hidratos de
carbono por adição de electrões.
O poder redutor destas reacções provem do
NADPH
Para se formarem os açúcares no
Ciclo de Calvin é necessário também
Energia que provem do ATP
G3P –gliceraldeído3 fosfato uma
Triose fosfato.
Luz Solar
A luz é uma forma de energia conhecida como
Energia electromagnética, também chamada
radiação. Além das propriedades ondulatórias
(c.d.o. ou λ) a radiação electromagnética tem
propriedades corpusculares, que se denominam
fotões ou quanta
A zona do espectro da luz mais importante
para a vida na Terra é a banda estreita entre
380nm e 750nm, chamada luz visível
Velocidade da luz – C = 2,99x1010 cm/seg
λ = comprimento de onda da luz c.d.o.
Energia de um fotão (E)
h- cont. de Planck 6,62x10-34 Joules.seg
c = λv
E = hv
v- frequência (nº de ondas por segundo)
E = hc
λ
A energia de cada fotão é inversamente
proporcional ao c.d.o. da luz.
Quando a luz encontra a matéria 3 coisas podem acontecer:
A luz é reflectida ou transmitida ou absorvida.
As substâncias que absorvem a luz visível chamam-se pigmentos
A clorofila absorve a luz vermelha e azul e transmite e reflecte a verde.
Quando uma molécula absorve um fotão, um dos electrões é elevado a uma orbital que
tem maior potencial energético (estado excitado).
Este estado é instável e a molécula tende a retomar o seu
estado fundamental, no processo é emitido luz (fluorescência) e calor.
A fluorescência tem c.d.o. maior e portanto menos energia
que a luz que excitou o pigmento.
A clorofila iluminada no seu
ambiente nativo não perde a
energia dos electrões pois ao
pé dela existem moléculas que captam
os electrões com elevada energia
(aceitador primário de electrões).
1º passo da fotossíntese - a clorofila absorve
um fotão passa a energia a um aceitador primário de
electrões. A clorofila fica oxidada (fotooxidação da
clorofila) e o aceitador fica reduzido.
Fotossistema: 1- complexo antena
2- centro de reacção; 3- aceitador
primário de electrões.
A clorofila a e b e os carotenos existem em grande quantidade
nos tilacóides, formam o complexo antena. Contudo só um par de clorofila a
é que está implicado nas reacções luminosas doando os seus electrões
ao aceidator primário de electrões. A localização destas moléculas de
clorofila a especializadas no contexto antena denomina-se centro de reacção
(reaction center).
Há 2 fotossistemas:
O Fotossistema I – o par de clorofila a do centro de reacção absorve melhor a luz de 700nm- P700
O Fotossistema II - o par de clorofila a do centro de reacção absorve melhor a luz de 680m- P680
TRANSPORTE CÍCLICO DE ELECTRÕES:
O centro de reacção P700 quando absorve um fotão reduz a Ferredoxina Fd e passa o electrão a um
transportador de electrões a plastoquinona. Esta passa o electrão ao complexo de citocromos. O electrão
continua na sua “descida” redox passa pela plastocianina o último agente redox que devolve o electrão à clorofila
do centro activo P700. No transporte ciclico de elctrões há a formação de ATP (fosforilação cíclica)
RESUMO:
Na cadeia de transporte de electrões cíclica
só o fotossistema I P700 é que actua
Regenera ATP – Há fotofosforilação
Não é produzido NADPH nem Oxigénio
TRANSPORTE ACÍCLICO DE ELECTRÕES
(esquema em Z)
O dador de electrões desta cadeia é a água.
Os electrões passam através de uma série de
transportadores de electrões que são
progressivamente mais electronegativos.
A elevada energia dos electrões provém da luz.
Pheo- feofitina – clorofila a desprovida
de Mg é o aceitador primário de
elctrões do P680 (fotossistema II)
QA,QB – moléculas especiais de
Quinona; PQ – plastoquinona;
Cyst complexo de citocromos
FeS - ferrosulfoproteína
PC – plastocianina
A0 – aceitador primário do P700
(fotossistema I)
A1 – aceitador secundário do P700
FNR- ferredoxina –NADP redutase
Fx, FA/FB – ferrosulfoproteínas, FD- ferredoxina
A enzima
ATP sintase
O gradiente de protões , o gradiente de pH, através das membranas dos tilacoides é substâncial.
Quando os cloroplastos são iluminados o pH no compartimento dos tilacoides desce a cerca de pH 5,
enquanto no estroma aumenta para pH 8. Uma diferença de 3 no pH é cerca de 1000 vezes na
Concentração hidrogeniónica. pH = log 1
(H+)
Ciclo de Calvin – no estroma do cloroplasto
Fixação do Carbono
PGA – ácido fosfoglicérico
ou 3fosfoglicerato
Gasto de Energia e reacções
redox
Formação de 1 molécula
De G3P – Gliceraldeído-3Fosfato (triose fosfato)
Regeneração da RuBP
(ribulose bifosfato)
Fixação do CO2
Enzima responsável por esta reacção Ribulose 1,5 bisfosfato Carboxilase (Rubisco)
RuBP + CO2 → 3-ceto-2-carboxi arabinitol1,5bisfosfato →2 moléculas de 3 fosfoglicerato (PGA)
5C
1C
6 C (instável)
3C
A rubisco funciona também como oxigenase os produtos da reacção são 1 PGA e 1 Fosfoglicolato
(Início de Fotorespiração)
3C
2C
Em dias de sol quente e
seco as folhas tem os estomas
fechados, a rubisco funciona
como oxigenase pois tem
pouco CO2 disponível
Rubisco L8S8
LSU em verde e azul
SSU em amarelo e violeta
LSU Subunidade grande da rubisco
SSU subunidade pequena da rubisco
Plantas C3 e Plantas C4
Epiderme
Parênquima paliçada
Feixe vascular
Parênquima lacunar
Células guarda
Estoma
Folha C3
Epiderme
Células do mesófilo
Células da bainha do
feixe
Feixe vascular
cloroplastos
Chamam-se plantas C3 porque o primeiro composto
estável após fixação do CO2 tem 3 carbonos o PGA –
o Fosfoglicerato.
PEP- fosfoenolpiruvato
Plants C4 a fixação de CO2 é feita pela PEPcarboxilase,
resultando um composto com 4 carbonos o
oxaloacetato e seguidamente o malato (nas cél. Do
mesófilo)
Nestas plantas o ciclo de Calvin funciona nas células
da bainha do feixe onde o malato liberta CO2 para
ser utilizado pela Rubisco
Plantas C4 estão adaptadas
a climas secos e quentes
Estoma
Células guarda
Folha C4
Células do mesófilo
Células da bainha
do feixe
Fim
• Os vasos condutores exportam sacarose produzida nos
tecidos verdes. A Respiração nas Mitocôndrias degradam
cerca de 50% dos Hidratos de Carbono produzidos na
fotossíntese para obter ATP.
• Os restantes 50% de Hidratos de carbono são convertidos em
outras moléculas tais como lípidos e aminoácidos e outros
hidratos de carbono como a celulose.
• A celulose é a molécula orgânica mais abundante das plantas e
provavelmente a mais abundante na superfície do nosso
planeta.
• O excesso de matéria orgânica é armazenado essencialmente
em raízes, tubérculos, e frutos sob a forma de amido, proteínas
e gorduras.