FOTOSSÍNTESE. Prof. Fabio Nogueira

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1 FOTOSSÍNTESE Prof. Fabio Nogueira

2 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 (O 2 )

3

4 6 CO H 2 O C 6 H 12 O H 2 O + 6 O 2 Energia luminosa Clorofila

5 Light energy Light-dependent reactions Chemical energy Calvin-Benson cycle Chemical energy Sunlight H 2O O 2 ATP, NADPH CO 2 (CH 2O) n Thylakoid Reactions Light reactions Stroma Reactions Dark reactions Fase Fotoquímica Fase Química

6 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: Cloroplasto Reagentes: CO2 atmosférico Água nas células Luz Presença de clorofila Produtos finais: Carboidratos O 2

7

8 RADIAÇÃO SOLAR E FOTOSSÍNTESE Apenas 5% da luz é utilizada na fotossíntese

9 RADIAÇÃO SOLAR E FOTOSSÍNTESE -Anualmente: radiação solar máxima no verão e mínima no inverno -Diariamente: radiação solar máxima próximo ao meio-dia

10 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)

11 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 10 8 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

12 RADIAÇÃO SOLAR E FOTOSSÍNTESE Condição Un. Fotométrica Un.Radiométrica FFF (Kilolux) ( J m -2 s -1 ) (mmol m -2 s -1 ) Pleno sol (meio dia) Nublado (meio dia)

13 Comprimento de onda curto Comprimento de onda (nm) Luz visível Comprimento de onda longo 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.

14 PIGMENTOS FOTOSSINTETIZANTES Moléculas que, ao longo do processo evolutivo, desenvolveram a capacidade de absorver comprimentos de onda na faixa do visível ( nm). ENERGIA Maior estado de excitação Perda por calor Fluorescência Estado fundamental Menor estado de excitação Azul (~400 nm) Vermelho (~700 nm)

15 porfirina

16 Outros pigmentos não fotossintetizantes Mirtilo Antocianinas -antioxidantes (combatem radicais livres nocivos) - Dissipam raios UV

17 Outros pigmentos não fotossintetizantes Licopeno (Antioxidante) Betalaínas Antioxidante da beterraba

18 Espectros de absorção dos diferentes pigmentos Clorofila b Ficoeritrina Ficocianina Absorção Clorofila a β - Caroteno Pigmentos fotossíntéticos: -Clorofilas a e b - Carotenóides - Ficobilinas Comprimento de onda (nm)

19

20 Eficiência Quântica X Eficiência Energética Eficiência Quântica da fotossíntese ~ 100% Eficiência Energética da fotossíntese ~ 27% Fonte: Taiz e Zeiger, 2006

21 FOTOSSÍNTESE: ESTRUTURAS ENVOLVIDAS Parede celular Célula clorofilada Núcleo Folha Cloroplasto Vacúolo Membrana externa Tilacóide clorofila Membrana interna Complexo antena Tilacóide DNA Granum Cloroplasto Estroma Granum Membrana do tilacóide

22 CLOROPLASTO 1. DNA 4. Granum 2. Ribossomos 5. Estroma 3. e 6. Membrana 7. Grãos de amido

23 Transferência de energia e de elétrons

24 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.

25 FASES DA FOTOSSÍNTESE Fase fotoquímica Fase química (fixação de carbono)

26 Luz H 2 O CO 2 C L O R O P L A S T O Fase I FOTOQUÍMICA Tilacóide ADP ATP NADPH NADP Fase II Fixação de Carbono E S T R O M A O 2 H 2 O CHO

27 FASE FOTOQUÍMICA Captação de luz Reação fotoquímica (transferência de elétrons) Transporte de elétrons (síntese de NADPH) Síntese de ATP

28 ADP + Pi 2 H + 4 luz 1 3 ATP 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.

29 FASE FOTOQUÍMICA Captação de luz Reação fotoquímica (transferência de elétrons) Transporte de elétrons (síntese de NADPH) Síntese de ATP

30 Captação da luz é realizada pelos FOTOSSISTEMAS (I e II) Luz Carotenóides Clorofila b Clorofila a Antena Centro de reação Clorofila a especial

31

32 Estado excitado Fóton Absorção do fóton pela molécula Estado fundamental Molécula do pigmento Fóton Elétron Núcleo Estado fundamental Absorção do fóton Estado excitado

33 Estado excitado Fóton Absorção do fóton Retorno ao estado fundamental Calor Fluorescência Transferência de energia (ressonância) Estado fundamental Molécula do pigmento

34 FASE FOTOQUÍMICA Captação de luz Reação fotoquímica (transferência de elétrons) Transporte de elétrons (síntese de NADPH) Síntese de ATP

35 Transferência de energia por ressonância Transferência de elétrons Luz Moléculas do pigmento Aceptor (A) e - Transporte Expulsão de e - Centro de reação Reposição de e - Antena e - Doador Clorofila a + A Clorofila a* + A Clorofila a + + A -

36 FASE FOTOQUÍMICA Captação de luz Reação fotoquímica (transferência de elétrons) Transporte de elétrons (síntese de NADPH) Síntese de ATP

37 Esquema Z - Transporte de elétrons na membrana do tilacóide para a síntese de NADPH Membrana tilacóide lúmen tilacóide estroma Estroma 2H + ph ~ 8 Membrana do tilacóide Lúmen Fotossistema II (PSII) + 2H + H + Fotossistema I (PSI) ph ~ 5 PQ: Plastoquinona Cyt: complexo citocromo PC: Plastocianina Fd:ferredoxina

38 FASE FOTOQUÍMICA Captação de luz Reação fotoquímica (transferência de elétrons) Transporte de elétrons (síntese de NADPH) Síntese de ATP (ATP sintetase)

39 Esquema Z e formação de bomba de prótons para a formação de NADPH e ATP Membrana tilacóide lúmen tilacóide Estroma estroma ph ~ 8 Membrana do tilacóide Lúmen ph ~ 5

40 Organization and structure of the four major protein complexes Stroma Thylakoid Lumen

41 MODO DE AÇÃO DE DOIS HERBICIDAS

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