fotossíntese
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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
