fotossíntese

FOTOSSÍNTESE
Prof. Fabio Nogueira
Definição: Processo que ocorre em plantas,
algas e alguns procariotos e que utiliza
diretamente a energia luminosa para
sintetizar compostos orgânicos
Importância:produção de alimentos, biomassa,
combustível fóssil e oxigênio (O2)
6 CO2 + 12 H2O
C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2
Energia luminosa
Clorofila
Light-dependent
reactions
Light
energy
Sunlight
H2O
O2
Chemical
energy
ATP, NADPH
Thylakoid Reactions
Light reactions
Fase Fotoquímica
Calvin-Benson cycle
CO2
Chemical
energy
(CH2O)n
Stroma Reactions
Dark reactions
Fase Química
REQUERIMENTOS PARA A
FOTOSSÍNTESE
• Órgão:
– folha plana e achatada
• alta relação superfície/volume para interceptar e
absorver a luz
• Tecido:
– parênquima clorofiliano paliçádico
– parênquima clorofiliano lacunoso
• Organela:
Produtos finais:
– Cloroplasto
• Reagentes:
– CO2 atmosférico
– Água nas células
Carboidratos
– Luz
– Presença de clorofila
O2
RADIAÇÃO SOLAR E FOTOSSÍNTESE
Apenas 5% da luz é
utilizada na
fotossíntese
RADIAÇÃO SOLAR E FOTOSSÍNTESE
-Anualmente: radiação solar máxima no verão
e mínima no inverno
-Diariamente: radiação solar máxima próximo ao
meio-dia
RADIAÇÃO SOLAR E FOTOSSÍNTESE
• Sol: íons de hidrogênio fundem-se produzindo He
e liberando grande quantidade de energia
eletromagnética
• Parte desta energia chega ao planeta Terra na forma
de ondas eletromagnéticas (pacotes de fótons)
• Ondas eletromagnéticas: comprimento de onda (λ) em
nanômetros (nm)
RADIAÇÃO SOLAR E FOTOSSÍNTESE
• Comprimento de onda (λ): influencia a energia do
pacote de fótons
E (fóton) = hc/λ, em que h (constante de Planck) e
C (velocidade da luz, ou 3 X 108 m s-1)
• Quantidade de luz/unidade de superfície/unidade de
tempo:
Irradiância (Watts m-2 s-1 ou J m-2 s-1),
Fluxo de Fótons Fotossintéticos: FFF(quanta m-2 s-1)
Unidades fotométricas: lux (fluxo luminoso por unidade
de área ou lux =1 lumen m-2
RADIAÇÃO SOLAR E FOTOSSÍNTESE
Condição
Un. Fotométrica
(Kilolux)
Pleno sol
(meio dia)
100-130
Nublado
(meio dia)
14-16
Un.Radiométrica
( J m-2 s-1)
750-1000
55-65
FFF
(mmol m-2 s-1)
1840-2400
250-300
Comprimento de onda longo
Comprimento de onda curto
Comprimento de
onda
(nm)
Luz visível
Raios X
Ultravioleta
(UV)
Infravermelho
(IR)
Radiação fotossinteticamente ativa (RFA ou PAR): é a
radiação absorvida pelas plantas e utilizada na fotossíntese,
localizada entre os comprimentos de onda 400 e 700 nm.
PIGMENTOS FOTOSSINTETIZANTES
• Moléculas que, ao longo do processo evolutivo, desenvolveram a
capacidade de absorver comprimentos de onda na faixa do visível
(400-700 nm).
ENERGIA
Maior estado
de excitação
Azul
(~400 nm)
Perda por calor
Menor estado
de excitação
Fluorescência
Estado fundamental
Vermelho
(~700 nm)
porfirina
Outros pigmentos não fotossintetizantes
Mirtilo
Antocianinas
- antioxidantes (combatem radicais
livres nocivos)
- Dissipam raios UV
Outros pigmentos não fotossintetizantes
Licopeno
(Antioxidante)
Betalaínas
Antioxidante da beterraba
Espectros de absorção dos diferentes
pigmentos
Clorofila b
Ficoeritrina
Absorção
Clorofila a
β - Caroteno
Comprimento de onda (nm)
Ficocianina
• Pigmentos fotossíntéticos:
-Clorofilas a e b
- Carotenóides
- Ficobilinas
Eficiência Quântica X Eficiência Energética
Eficiência Quântica da fotossíntese ~ 100%
Eficiência Energética da fotossíntese ~ 27%
Fonte: Taiz e Zeiger, 2006
FOTOSSÍNTESE: ESTRUTURAS ENVOLVIDAS
Parede
celular
Folha
Célula
clorofilada
Núcleo
Vacúolo
Cloroplasto
Tilacóide
clorofila
Membrana externa
Membrana
interna
Complexo antena
Tilacóide
DNA
Granum
Cloroplasto
Estroma
Granum
Membrana do tilacóide
CLOROPLASTO
1. DNA
4. Granum
2. Ribossomos
5. Estroma
3. e 6. Membrana
7. Grãos de amido
Transferência de energia e de elétrons
O estado de excitação
energético dos pigmentos
diminui quanto mais próximo
do centro de reação.
Este gradiente de energia
garante que a energia
transmitida para o centro
de reação seja favorável e
que não haja “retorno” da
energia para os pigmentos
do Complexo Antena.
FASES DA FOTOSSÍNTESE
• Fase fotoquímica
• Fase química (fixação de carbono)
Luz
C
L
O
R
O
P
L
A
S
T
O
H2O
CO2
ADP
Fase I
FOTOQUÍMICA
ATP
NADPH
Tilacóide
Fase II
Fixação de
Carbono
E
S
T
R
O
M
A
NADP
O2
H2O
CHO
FASE FOTOQUÍMICA
• Captação de luz
• Reação fotoquímica (transferência de
elétrons)
• Transporte de elétrons (síntese de
NADPH)
• Síntese de ATP
ADP + Pi
H+
2
3
luz
4
ATP
1
pigmento
1 = captação da luz
2 = reação fotoquímica
3 = transporte de elétrons
4 = síntese de ATP
A luz solar, ao incidir sobre a
molécula do pigmento, causa
uma reação, responsável pela
geração de um potencial
eletroquímico (bomba de
prótons) cuja força liga o ADP ao
Pi, formando ATP.
FASE FOTOQUÍMICA
• Captação de luz
• Reação fotoquímica (transferência de
elétrons)
• Transporte de elétrons (síntese de NADPH)
• Síntese de ATP
Captação da luz é realizada pelos
FOTOSSISTEMAS (I e II)
Luz
Carotenóides
Clorofila b
Clorofila a
Centro de
reação
Antena
Clorofila a
especial
Estado excitado
Absorção do fóton
pela molécula
Fóton
Estado
fundamental
Molécula do pigmento
Fóton
Elétron
Núcleo
Estado
fundamental
Absorção
do fóton
Estado
excitado
Estado
excitado
Retorno ao estado fundamental
Absorção
do fóton
•
•
•
Calor
Fluorescência
Transferência de energia (ressonância)
Fóton
Estado
fundamental
Molécula do pigmento
FASE FOTOQUÍMICA
• Captação de luz
• Reação fotoquímica (transferência de
elétrons)
• Transporte de elétrons (síntese de NADPH)
• Síntese de ATP
Transferência de energia por
ressonância
Transferência de elétrons
Luz
Moléculas do pigmento
Aceptor (A)
e-
Transporte
Expulsão de eCentro
de reação
Reposição de eeAntena
Clorofila a + A
Clorofila a* + A
Doador
Clorofila a+ + A-
FASE FOTOQUÍMICA
• Captação de luz
• Reação fotoquímica (transferência de
elétrons)
• Transporte de elétrons (síntese de NADPH)
• Síntese de ATP
Esquema Z - Transporte de elétrons na membrana do tilacóide
para a síntese de NADPH
Membrana tilacóide
lúmen tilacóide
estroma
2H+
pH ~ 8
Estroma
Membrana
do tilacóide
Lúmen
+ 2H+
H+
Fotossistema II
(PSII)
PQ: Plastoquinona
Cyt: complexo citocromo
Fotossistema I
pH ~ 5
(PSI)
PC: Plastocianina Fd:ferredoxina
FASE FOTOQUÍMICA
• Captação de luz
• Reação fotoquímica (transferência de
elétrons)
• Transporte de elétrons (síntese de NADPH)
• Síntese de ATP (ATP sintetase)
Esquema Z e formação de bomba de prótons para a formação de
NADPH e ATP
Membrana tilacóide
lúmen tilacóide
estroma
pH ~ 8
Estroma
Membrana
do tilacóide
Lúmen
pH ~ 5
Organization and structure of the four major protein
complexes
Stroma
Thylakoid Lumen
MODO DE AÇÃO DE DOIS HERBICIDAS