Fosforilação Oxidativa e Fotossíntese são dois processos de captação de energia pelos organismos vivos relacionados pelo ciclo de energia entre os

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2 Fosforilação Oxidativa e Fotossíntese são dois processos de captação de energia pelos organismos vivos relacionados pelo ciclo de energia entre os organismos vivos e que apresentam semelhanças e diferenças.

3 Fosforilação oxidativa (mitocôndrias) Usa energia produzida durante a oxidação dos carboidratos, lipídeos e aminoácidos para a síntese de ATP e redução do oxigênio em água. Formação de gradiente eletroquímico que leva à síntese de ATP (energia para células) Fotofosforilação = fotossíntese (cloroplastos) Usa energia luminosa para a síntese de compostos orgânicos reduzidos (carboidratos) produzindo energia química, usa água e libera oxigênio. Formação de gradiente eletroquímico que leva à síntese de ATP (energia para síntese de carboidrato) carboidratos

4 A fotossíntese (que ocorre nos cloroplastos) tem duas fases: 1 - a energia luminosa é transformada em energia química (NADPH e ATP) com o uso de água e liberação de oxigênio 2 - a energia química formada é utilizada para a síntese do carboidrato

5 Alguns experimentos comprovam os produtos da fotossíntese e sua dependência da luz A chama de uma vela em um ambiente fechado com uma planta junto só de mantém na presença de luz

6 Folhas protegidas da luz e que não realizam a fotossíntese, não possuem amido estocado. Descoloração com alcool Coloração com lugol (iodo)

7 Luz é a fonte de energia da fotossíntese Ocorre formação de oxigênio e carboidrato Do que é formada uma molécula de carboidrato? O que mais é importante para a realização da fotossíntese além da luz (reagentes)? CO 2 + H 2 O (CH 2 O) n + O 2

8 Equação total da fotossíntese CO 2 + H 2 O LUZ O 2 + (CH 2 O) n Que tipo de reação é essa? A equação total da fotossíntese descreve uma reação de oxidação-redução onde a H 2 O doa elétrons (como hidrogênio) para a redução do CO 2 até o carboidrato (CH 2 O) n.

9 Afinidade por e - Potencial de redução Oxigênio mais eletronegativo, maior E, último aceptor de elétrons e a água um péssimo doador de elétrons

10 Fotofosforilação - precisa CRIAR condições para que a água consiga ser um bom doador de elétrons para reduzir o CO 2 formar carboidratos. COMO OCORRE ISSO?... Através da captação de energia da luminosa pelo sistema fotossintetico

11 Reações luminosas da Fotossíntese

12 Etapas da fotossíntese A fotossíntese abrange 2 processos, que ocorrem nos cloroplastos. 1) as reações luminosas, que ocorrem apenas quando as plantas estão bem iluminadas; formação de doador de e - originando ATP, NADPH e O 2 2) as reações de fixação do carbono (reações bioquímicas) que ocorrem tanto na luz como no escuro; formação dos carboidratos (ATP, NADPH e CO 2 )

13 Estrutura dos dos cloroplastos Organela presente nas plantas e outros organismos fotossintetizadores. Possui clorofila, pigmento responsável pela sua cor verde. Delimitados por duas membranas lipoprotéicas: Membrana externa lisa, permeável a íons e pequenas moléculas. Membrana interna é composta por várias dobras (vesículas) formando os tilacoides, grana e as lamelas, envolvidos por uma porção aquosa, estroma.

14 O que se encontra nas membranas tilacóides e no estroma dos cloroplastos? Estroma fase aquosa com a maioria das enzimas das reações de assimilação de carbono Membranas tilacoides estão embebidos os complexos com pigmentos fotossintetizadores e transportadores de elétrons que promovem as reações luminosas (fotossistemas PSI e PSII), transportadores de elétrons que unem os fotossistemas e a e ATP sintase.

15 Conceitos importantes para entender a fotossíntese Luz e Pigmentos 1 - Luz é uma radiação eletromagnética Possui características tanto de uma onda como de uma partícula

16 Uma onda é caracterizado por um comprimento de onda e uma frequencia Comprimento de onda (λ) é a distância entre cristas de onda sucessivas Frequencia (η) é o número de cristas de onda num determinado tempo

17 Luz também é uma partícula chamada fóton Cada fóton contém uma quantidade de energia que é chamada quantum O quantum de um fóton depende da frequencia da luz/comprimento de onda comprimento onda frequencia energia Luz solar é como uma chuva de fótons de frequencias diferentes. Pequena parte da energia solar é usada na fotossíntese (1%).

18 Nossos olhos são sensíveis a só uma gama pequena de frequencia a região de luz visível do espectro eletromagnético

19 2 - Pigmentos São moléculas que possuem uma estrutura especial onde alguns átomos podem absorver a energia dos fótons Como acontece a absorção de luz por um átomo?

20 Elétron em sua órbita normal, estável Feixe de luz incidente transfere energia Elétron muda de camada energética - instável Calor Fluorescência Transferência Fotoquímica Elétron libera energia Elétron volta para sua órbita normal, estável

21 Na natureza existem diferentes tipos de pigmentos capazes de absorver energia luminosa em diferentes comprimentos de onda

22 A clorofila é o mais importante pigmento para absorção de luz para a fotossíntese nos vegetais Vegetais superiores tem dois tipos a e b (2:1) Cadeia lateral fitol e um conjunto de 5 anéis com 5 átomos contendo os átomos de N coordenados com um Mg Sequencias alternadas de simples e duplas ligações nos anéis são responsáveis pela absorção de luz e transferência de elétrons Apresentam cor verde (absorve vermelho e azul) Clorofila a (650nm) e b (450nm) e os outros tipos de luz?

23 Pigmentos acessórios são outros pigmentos que absorvem diferentes tipos de luz nos vegetais ampliam o espectro de absorção de luz -caroteno - alaranjado Xantofila ou luteina- amarelo Ficoeritrobilina vermelho

24 Relação pigmento e luz absorvida

25 Como ocorre a absorção e transferência de energia nos organismos fotossintetizadores???

26 A luz produz o fluxo de elétrons nos cloroplastos Em 1937, Robert Hill extratos aquoso de folhas contendo cloroplastos + receptores de hidrogênio não biológicos (químico) produção de O 2 + luz redução do receptor de H

27 escuro Aceptor químico de eletrons Presença de luz o aceptor de eletrons é reduzido e muda de cor Cloroplastos em solução aquosa

28 Reação de Hill Cloroplastos + 2H 2 O + 2A luz 2AH 2 + O 2 + Cloroplastos A (forma oxidada) azul / AH 2 (forma reduzida) incolor No escuro não havia a produção de O 2 e o corante continuava azul. Princípio da conversão de luz em energia química mostra fluxo de e - da água para um aceptor de e -

29 Como ocorre essa reação no cloroplasto? Quais moléculas/estruturas estão envolvidas?

30 O que é e como é a estrutura de um fotossistema? Fotossistemas conjuntos de proteínas, pigmentos e transportadores de elétrons que formam uma estrutura nas membranas dos tilacoides que absorvem luz e iniciar um processo de transferência de elétrons Moléculas Antena ou Captadores de Luz (CCL) pigmentos Transdutor ou Centro de Reação Fotoquímica clorofila, doador e receptor de elétons

31 Como ocorre o processo de absorção de luz e transferência de energia? CCL (pigmentos) absorvem a energia luminosa, transferindo-a entre moléculas até o centro de reação Uma reação fotoquímica converte a energia de um fóton em uma separação de cargas iniciando um fluxo de elétrons. Luz CCL Centro de reação

32 A luz excita uma molécula antena (clorofila ou pigmento acessório) elevando um elétron a um nível de energia maior Luz Moléculas antena Centro de reação

33 A molécula antena excitada transfere energia a uma molécula de clorofila vizinha, excitando-a (transferência de éxciton) e volta ao estado fundamental Esse passo pode ser repetido várias vezes e entre repetidas moléculas antenas até que um centro de reação seja alcançado

34 Quando um centro de reação é alcançado uma molécula de clorofila a do centro é excitada tendo um elétron passado para um orbital de energia superior clorofila a

35 Receptor de elétrons Esse elétron passa para um receptor de elétrons que é parte da cadeia de transferência de elétrons Um orbital do centro de reação da clorofila fica vazio Doador de elétrons

36 O elétron perdido pelo centro de reação da clorofila é substituído por um elétron de um doador de elétrons vizinho que se torna positivamente carregado Doador de elétrons Ocorre a formação de um dipolo separação de cargas no centro de reação Inicia-se uma reação de oxido-redução

37 A absorção de um fóton provoca a separação de cargas dentro do centro de reação (fotossistemas) Inicia uma sequência de reações de oxirredução que vai resultar: oxidação da água a O 2 síntese de NADPH e ATP Esses dois eventos ocorrem por ação de dois fotossistemas que existem nas plantas superiores, quais são eles e quais suas características?

38 Membranas tilacóides das plantas superiores possuem dois tipos de fotossistemas que operam em série Fotossistema I (PSI) Moléculas antenas e Centro de Reação P700 Produz um redutor forte capaz de reduzir o NADP + Produz um oxidante fraco Fotossistema II (PSII) Moléculas antenas e Centro de Reação P680 Produz um redutor mais fraco Produz um oxidante forte capaz de oxidar a água Os dois fotossistemas estão ligados por uma cadeia transportadora de elétrons com potenciais de redução diversos Potencial de redução Afinidade por e -

39 Os fotossistemas estão rearranjados na membranas dos tilacóides juntamente com diversos transportadores de eletrons: Plastoquinona citocromo b 6 f, e a plastocianina (fotossistema II ao I) Ferredoxina e ferredoxina oxidorredutase (fotossistema I ao NADP+) Isso pode ser representado por um esquema chamado de esquema Z junto com os potenciais de redução deles

40 Esquema Z conjunto dos dois fotossistemas ligados por transportadores de e - (feofitina, quinonas, cit b6f e plastocianina) Dois sistemas, impulsionados pela luz, atuam em sequencia retirando elétrons da água e transferindo para o NADP +

41 Com a luz o P680 produz um forte doador de elétrons P680* que rapidamente transfere um elétron para a feofitina e fica P680 + que captura um elétron da água para voltar a seu estado fundamental Transportadores de elétrons Cisão da água H 2 O 2H e - + ½ O 2 2 H 2 O 4H e - + O 2 Quantos fotons?

42 Equação geral pela qual os elétrons fluem da água para o NADP + compreende: 2 fótons (um para cada fotossistema ) são necessários para que um elétron passe da água para o NADP + (mas o NADP transporta 2 e - ) Para formar um O 2 é necessário 2 H 2 O com a transferência de 4 elétrons 8 fótons são necessários para se formar 1 O 2 e 2 NADPH 2H 2 O + 2NADP fótons O NADPH + 2H + Os elétrons não podem ser retirados parcialmente das moléculas de água e o P680 capta 1 e - de cada vez

43 Existe um sistema especial produtor de oxigênio : proteína (resíduo de tirosina) e um átomo de Mn Átomo de Mn vai doando 1 elétron de cada vez para o centro P680 (0 a +4) alterando seu estado de oxidação.

44 Quando 4 e - são transferidos outros 4 e - são retirados de 2 moléculas de água e doados para o complexo produtor de oxigênio (complexo Mn) regenerando esse átomo. Formação de O 2 Liberação de prótons para lúmen

45 Durante a transferencia de elétrons (cisão da água e plastiquinona) prótons (H + ) são bombeados para o lúmem do tilacóide, cria-se uma diferença de potencial eletroquímica entre o lúmem e o estroma - Retorno dos prótons do lumem para o estroma pela ATP sintase, implica na sintese ATP +

46 Através desse processo (transferencia de eletrons e formação de gradiente eletroquimico no tilacoide) ocorre a sintese de NADPH e de ATP