Fotossíntese
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Fisiologia Vegetal Objetivos da aula: Fotossíntese: • absorção de luz • pigmentos fotossintéticos Bibliografia: Lehniger – Principles of Biochemistry Taiz – Plant Physiology Fotossíntese: Processo pelo qual a energia da luz é utilizada para síntese de moléculas orgânicas. monocotiledônea cianobactérias outras bactérias fotossintetizantes Organismos capazes de realizar fotossíntese são organismos fotoautotróficos. Esses organismos são capazes de captar e utilizar a energia solar para a síntese de moléculas orgânicas a partir de moléculas inorgânicas que necessitam de energia para serem formadas. A energia armazenada nestas moléculas move o metabolismo celular desses organismos. dicotiledônea fotossíntese oxigênica Fluxo de Energia principal via pela qual energia entra na biosfera 250 bilhões de toneladas de matéria orgânica/ano (1% da radiação visível que chega à terra) CO2 + H2O carboidratos + O2 CO2 + H2O carboidratos + O2 Carboidratos produzidos via fotossíntese são a fonte de energia para os organismos que os produzem e para os organismos não fotossintéticos que os consomem direta ou indiretamente. Fotossíntese – da onde as plantas obtém o seu alimento? 350 a. c. - Aristóteles - acreditava que as plantas obtinham seu alimento do solo (tendo em mente o que ocorre com animais). 1648 - Jan Baptist van Helmont (médico) primeira evidência experimental de que o solo sozinho não alimentava a planta. Conclui que todas as substâncias das plantas eram produzidas a partir da água. 1727 – Stephan Hales (médico, religioso) cresceu uma planta em água em um sistema fechado. Depois de algum tempo verificou que houve houve uma redução do volume de ar no sistema e que portanto o ar proveria parte da matéria para o crescimento da planta. 1770 - Joseph Priestley (religioso) primeira indicação de que as plantas produzem O2 -percebeu que o ar restaurado por uma planta de hortelã poderia sustentar a queima de uma vela e que este ar era adequado para a respiração de um camundongo 1796 - Jan IngenIngen-Housz (médico) demonstrou que o ar era apenas restaurado na presença de luz e apenas pelas partes verdes da planta. planta. Priestley 1770 A Natureza da Luz λ radiação eletromagnética Efóton = hv = hc/λ E energia h constante de Planck v freqüência da radiação c velocidade da luz no vácuo λ comprimento de onda λ maiores que os do visível levam a um aumento da E vibracional e rotacional da molécula; λ menores que os do UV levam a sua lise (fotólise). Absorção de luz orbitais moleculares energia σ∗ (antiligante) π∗(antiligante) ∆E ∆E não ligante π ligante σ ligante a luz UV e visível possui energia suficiente para promover as transições eletrônicas dos orbitais n para π* ou π para π* H H H C C c σ c π ε(M-1cm-1) λmax(nm) 165 15000 217 21000 256 50000 290 85000 334 125000 estado fundamental ETILENO H c σ c π∗ π estado excitado λ (comprimento de onda) indica a quantidade de energia necessária para ocorrer a transição eletrônica. ε (coeficiente de extinção) indica a probabilidade da transição eletrônica ocorrer. Espectros de absorção ab so rb ân cia Espectro de absorção das clorofilas a e b comprimento de onda (nm) Pigmentos Fotossintéticos anel porfirínico Mg principais fotoreceptores da fotossíntese nas plantas coeficinete de extinção molar = 105 M-1 cm-1 fitol ab so rb ân cia 430 a Espectro de absorção das clorofilas a e b bb 660 Protoporfirina IX A mudança estrutural leva a diferentes espectros de absorção 400 500 600 comprimento de onda (nm) 700 3333 HHHH CCCC Pigmentos Fotossintéticos acessórios 3333 HHHH CCCC 3333 HHHH CCCC 3333 HHHH CCCC 3333 CH 3333 CH COOH HOOC 3333 3333 CH HHHH CCCC 3333 HHHH CCCC OOOO NNNN HHHH NNNN HHHH NNNN HHHH NNNN HHHH OOOO ficocianina 3333 HHHH CCCC 3333 HHHH CCCC 3333 HHHH CCCC 3333 HHHH CCCC 3333 HHHH CCCC β - caroteno Fisiologia Divisão Rhodophyta Pigmento principal: clorofila a Pigmentos acessórios: • ficoeritrina • ficocianina Quantidade relativa de cada pigmento varia conforme a profundidade A presença de ficocianina e ficoeritrina permite que essas algas colonizem grandes profundezas. estados eletrônicos da clorofila a 2o. estado excitado Absorção de Luz Formas de uma molécula dissipar a energia (quenching) do estado excitado: 1) conversão interna (conversão para energia cinética, <10-11 s) 2) fluorescência, (+ 10-8 s) 3) transferência do estado excitado para uma molécula vizinha (ressonância) 4) fotoxidação conversão interna calor 1o. estado excitado 430 nm fotoxidação luz 1) e 2) aceptor de elétrons 660 nm fluorescência 3) estado fundamental absorção de energia dissipação de energia • Moléculas têm vários estados de energia. • Cada um dos estados eletrônicos tem subestados rotacionais e vibracionais. radical livre 4) + elétron pigmento aceptor de elétrons Experimento realizado em 1882 por T.W. Engelmann: determinação do espectro de ação da fotossíntese na alga Spyrogira espectro de absorção da clorofila bactérias móveis heterotróficas atraídas por O2 Conclusão: fotossíntese depende da luz absorvida pela clorofila Spyrogira Onde ocorre a fotossíntese? CLOROPLASTO FOLHA estroma (DNA, RNA, ribossomos, enzimas) grana* epiderme superior parênquima palissádico lamela dos grana* parênquima lacunoso epiderme inferior lamela do estroma* CO2 membrana externa (permeável) membrana interna (semi(semi-permeável) espaço interinter-membrana No tilacóide ocorrem as reações luminosas. No estroma ocorrem as reações de fixação de carbono. * fazem parte da membrana do tilacóide (alta fluidez). Cloroplasto visto por microscopia eletrônica Tonoplasto membrana dupla do cloroplasto 1 µm = 0.001 mm amido Transitorische (transitório) Stärke Plasmalema Prof. Dr. Thomas Boller, botanical Institute, Section Plant Physiology, Suiça, file:///C:/WINDOWS/Temporary%20Internet%20Files/Content.IE5/S1YJ0PM3/424,15,Differenzierung von Plastiden Skript, p. 28 As Reações da Fotossíntese luz reações luminosas (tilacóides) abundantes na natureza reações de fixação de carbono (CO2) (estroma) ciclo de transformação de compostos simples em complexos utilizando a energia luminosa açúcares
