Universidade Federal de Alagoas Campus Arapiraca Fisiologia Vegetal FOTOSSÍNTESE

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1 Universidade Federal de Alagoas Campus Arapiraca Fisiologia Vegetal FOTOSSÍNTESE

2 Unidade V Fotossíntese Taiz & Zeiger: Fisiologia Vegetal Capítulo 7: Reações luminosas. pág Capítulo 8: Reações de carboxilação. pág Capítulo 9: Considerações Ecofisiológicas

3 Fotossíntese: síntese utilizando a luz A energia luminosa dirige a síntese de carboidratos a partir de dióxido de carbono e água 6CO 2 + 6H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2

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7 Objetivo final: formação de ATP e NADPH Síntese e manutenção dos tecidos

8 Ponto de compensação da luz (RFA) As plantas não podem permanecer por muito tempo no ponto de compensação da luz ou abaixo dele, pois não armazenam os açúcares, que, posteriormente, poderiam ser consumidos nas horas sem iluminação, portanto, as plantas morrem por deficiência nutricional.

9 Mesofilo: mais ativo dos tecidos fotossintetizantes Mesofilo possui cloroplastos Cloroplastos possui clorofila

10 As reações da fotossíntese ocorrem nas membranas internas dos cloroplastos Tilacóides As reações de fixação do carbono ocorrem no estroma dos cloroplastos

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12 Duas membranas externas Sistema de membrana interna (tilacóides conectados por canais) estroma Parte do saco da membrana do tilacóide canal (próximo slide)

13 Luz solar H 2 O O H + H + H + Lúmen do Tilacóide H + H + Estroma e NADP + NADPH ADP + P i ATP H + Reações independentes da luz CO 2 P glicose H 2 O carboidratos e produtos (sacarose, amido, celulose, etc)

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15 Wavelengths absorbed (%) Wavelength absorption (%) Principais pigmentos chlorophyll a chlorophyll b Comprimento de Onda (nm) beta-carotene (carotenoide) ficoeritrina (ficobilina) Figure 7.6a Page 119 Comprimento de Onda (nm)

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20 REAÇÕES FOTOQUÍMICAS

21 A LUZ: NATUREZA E CARACTERÍSTICAS A luz tem característica tanto de onda quanto de partícula Comprimento e frequência da onda Fóton

22 A LUZ SOLAR É UMA CHUVA DE FÓTONS DE DIFERENTES FREQUENCIAS

23 Experimento de T.E. Englemann As bactérias se moveram para o local onde as células das algas liberaram mais oxigênio, que correspondeu as áreas iluminadas com radiação de maior energia e de maior efetividade para a fotossíntese.

24 T.E. Englemann s Experiment Bacteria gathered mostly where violet and red light fell on the green alga because Photosynthesis was greatest in those locations

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28 A clorofila absorve a luz e altera seu estado eletrônico Fóton CLOROFILA EM ESTADO DE MAIOR ENERGIA (EXCITADO) CLOROFILA

29 Azul 430 nm + energético Verm 660 nm - energia

30 No estado excitado a clorofila é instável e libera parte de sua energia ao meio como calor Estado basal Estado excitado Fóton Calor Pouco tempo Estado de menor excitação Processo de captação de energia deve ser rápido

31 Os elétrons excitados são instáveis. Geralmente, eles voltam em fração de segundo ( s) para seu estado original de maneira muito rápida, liberando energia na forma de calor. Alguns pigmentos, incluindo clorofilas, liberan um fóton de luz, seja através da fluorescência ou na forma de calor.

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34 No estado de menor excitação, a clorofila possui quatro alternativas de rotas para liberar a energia disponível 1- Fluorescência: emissão e fóton 2- Calor: sem emissão e fóton 3- Transferência de energia: sem emissão de fóton 4- Fotoquímico: desencadeamento de reações

35 Pigmentos: essenciais para a absorção de luz Os pigmentos: essenciais a absorção da luz solar

36 Pigmentos: essenciais para a absorção de luz

37 O COMPLEXO ANTENA E O CENTRO DE REAÇÃO Os pigmentos servem como complexo antena, coletando a luz e transferindo energia para o complexo dos centros de reações Qual a vantagem da presença de um complexo antena, associado a um centro de reação????

38 O complexo antena e o centro de reação

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40 OS FOTOSSISTEMAS As reações ocorrem em dois complexos fotoquímicos denominados Fotossistemas I (PSI) e Fotossistema II (PSII) PSI e PSII operam em série para realizar as reações de armazenamento de energia da fotossíntese

41 OS FOTOSSISTEMAS PSI absorve luz na faixa de vermelho distante comprimento de onda acima de 680 nm PSII absorve luz na faixa do vermelho comprimento de onda de até 680 nm

42 OS FOTOSSISTEMAS PSI produz um redutor forte, capaz de reduzir o NADP, e um oxidante fraco PSII produz um oxidante forte, capaz de oxidar a água e um redutor fraco Cada fotossistema tem seu próprio complexo antena e centro de reação

43 Fotossistema II transporte de eletrons não cíclico.

44 Figure 8. 9 Noncyclic Electron Transport Uses Two Photosystems (Part 2)

45 OS FOTOSSISTEMAS

46 Pigments in a Photosystem Centro de reação (Molécula de clorofila a)

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58 ORGANIZAÇÃO DO APARELHO FOTOSSINTÉTICO As clorofilas encontram-se nos tilacoides Tilacoides: membranas internas do cloroplasto Lamelas granais: membranas (tilacoides) empilhados Lamelas estromais: membranas soltas (sem empilhamento)

59 ORGANIZAÇÃO DO APARELHO FOTOSSINTÉTICO Nas membranas dos tilacoides existem várias proteínas Proteínas integrais de membrana

60 ORGANIZAÇÃO DO APARELHO FOTOSSINTÉTICO Os centros de reações e os complexos-antena são proteínas de membranas

61 ORGANIZAÇÃO DO APARELHO FOTOSSINTÉTICO

62 ORGANIZAÇÃO DO APARELHO FOTOSSINTÉTICO O centro de reação PSI e seus complexos-antena e as proteínas da cadeia de transporte de elétrons estão localizados nas lamelas do estroma

63 ORGANIZAÇÃO DO APARELHO FOTOSSINTÉTICO

64 ORGANIZAÇÃO DO APARELHO FOTOSSINTÉTICO A razão PSII : PSI está ao redor de 1,5:1 O complexo antena se difere entre organismos e o centro de reação não se altera Essa adaptação do complexo antena reflete a adaptação dos organismos aos diferentes ambientes

65 ORGANIZAÇÃO DO APARELHO FOTOSSINTÉTICO O mecanismo físico pelo qual a energia de excitação é transferida da clorofila qua absorve a luz ao centro de reação seja a ressonância induzida. Por esse mecanismo a energia de excitação é transferida de uma molécula para outra através de um processo não radioativo

66 ORGANIZAÇÃO DO APARELHO FOTOSSINTÉTICO A transferência de energia nos complexos-antena é muito eficiente: 95 a 99% dos fótons absorvidos pelos pigmentos antena têm sua energia transferida para os centros de reações.

67 ORGANIZAÇÃO DO APARELHO FOTOSSINTÉTICO A transferência de energia entre pigmentos no complexo-antena é de natureza física e a transferência de eletrons no centro de reação envolve alterações químicas nas moléculas

68 MECANISMOS DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS As Etapas Excitação da clorofila pela luz Redução do primeiro aceptor de elétrons Fluxo de elétrons através dos FS I e II Oxidação da água como fonte primária de elétrons Redução do NADP

69 MECANISMOS DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS Os elétrons ejetados da clorofila são carreados em um esquema tipo Z

70 MECANISMOS DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS

71 MECANISMOS DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS Quase todos os processos químicos que perfazem as reações luminosas são realizados por quatro principais complexos protéicos FS II Complexo fitocrono b6f FS I ATP síntase

72 MECANISMOS DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS O FS II oxida a água a O 2 no lumen do tilacóide

73 MECANISMOS DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS Estroma - Baixa concentração de H + Plastoquinona Oxidação da água Lumen alta concentração de H + Plastocianina Gradiente eletroquímico

74 MECANISMOS DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS A água é oxidada de acordo com a seguinte reação: 2H 2 O O 2 + 4H + + 4e - A reação só ocorre via complexo fotossintético Os prótons liberados durante a oxidação contribuem para o potencial eletroquímico que irá operar na formação do ATP

75 MECANISMOS DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS O Mn é um cofator importante essencial no processo de oxidação da água: Íons de Mn sofrem uma série de oxidação São necessários 4 íons de Mn para cada complexo formado

76 MECANISMOS DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS A feofitina atua como aceptor primário no FSII, seguido por um complexo de duas plastoquinonas

77 MECANISMOS DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS Duas plastoquinonas estão ligadas ao centro de reação e recebem elétrons da feofitina de forma sequencial

78 MECANISMOS DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS O Citocrono b6f recebe elétrons do PSII e envia ao PSI

79 MECANISMOS DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS A hidroplastoquinona é oxidada e um dos dois elétrons é passado ao longo da cadeia linear de transporte de elétrons em direção ao FS I

80 MECANISMOS DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS Outro elétron passa por um processo cíclico que aumenta o número de prótons bombeados através da membrana

81 MECANISMOS DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS A plastocianina age como proteína móvel na transferencia dos elétrons do FSII para o FSI

82 MECANISMOS DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS O PS I reduz NADP a NAPH pela ação da ferrodoxina e da flavoproteína ferrodoxina redutase

83 MECANISMOS DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS Na sua forma reduzida, os tranportadores de elétrons que atuam na região aceptora do FSI são agentes redutores extremamente fortes Os elétrons são transferidos através de centros Fe-S para a ferredoxina. A flavoproteína associada a membrana da Ferredoxina-NADredutase reduz o NADP a NADPH

84 MECANISMOS DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS A ferredoxina também possui várias outras funções no cloroplasto, como suprimento de redutores para reduzir o nitrato e regulação de algumas enzimas do ciclo do carbono

85 MECANISMOS DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS A ATP sintase produz ATP a medida que os prótons atravessam seu canal

86 MECANISMOS DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS FOTOFOSFORILAÇÃO Síntese de ATP a partir de luz Sob condições normais a fotofosforilação requer fluxo de elétrons

87 MECANISMOS DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS O lume é ácido e o estroma é básico Gera Potencial químico e potencial elétrico O ATP é sintetizado por um grande complexo enzimático: ATP sintase ou ATPase Há a formação de um canal no qual os prótons podem passar do lume para o estroma

88 MECANISMOS DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS

89 TRABALHO VALENDO PONTO - Explicar os processos cíclico e acíclico de transporte de elétrons através do complexo citocromo b6f. - Quais as implicações da alta e da baixa intensidade luminosa (radiação) sobre os pigmentos acessórios do complexo antena?

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