Transcrição

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2 Organismos vivos dois processos de captação de energia Fosforilação oxidativa e Fotossíntese são processos de captação de energia pelos organismos vivos semelhanças e diferenças. Fosforilação oxidativa Utilização da energia produzida durante a oxidação dos carboidratos, lipídeos e aminoácidos (doadores de elétrons) para a síntese de ATP Fotofosforilação = fotossíntese Utilização da energia luminosa para a síntese de compostos orgânicos reduzidos (carboidratos) a partir de CO 2 e H 2 O

3 Fosforilação oxidativa Doadores de elétrons reações de oxidação Organismos que obtém energia a partir de compostos orgânicos Transportadores de elétrons Receptor de elétrons O 2 Produtos H 2 O e ATP

4 Fotofosforilação = Fotossíntese Organismos fotossintetizadores A partir de CO 2, elétrons doados pela água e energia luminosa Formação de moléculas orgânicas reduzidas e O 2

5 Alguns experimentos comprovam os produtos da fotossíntese Manutenção da chama de uma vela em um ambiente fechado mas com uma planta junto, na presença de luz

6 Ausência de amido em folhas protegidas da luz e que não realizam a fotossíntese Descoloração com alcool Coloração com lugol (iodo)

7 Luz é a fonte de energia da fotossíntese Ocorre formação de oxigênio e carboidrato O que mais é importante para a realização da fotossíntese além da luz? Do que é formada uma molécula de carboidrato?

8 A equação total da fotossíntese CO 2 + H 2 O LUZ O 2 + (CH 2 O) n 4 - Que tipo de reação é essa?

9 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. CO 2 + H 2 O luz O 2 + (CH 2 O) n Qual a reação da oxidação aeróbica completa da glicose na fosforilação oxidativa? (CH 2 O) 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O NADH, FADH 2

10 Afinidade por e - NADH menor E que outros transportadores da cadeia respiratória Potencial de redução Oxigênio mais eletronegativo, maior E, último aceptor de elétrons e a água um péssimo doador de elétrons

11 Fotofosforilação - precisa CRIAR condições para que a água consiga ser um bom doador de elétrons Através da entrada de energia da luz solar COMO OCORRE ISSO?...

12 A fotossíntese abrange 2 processos, que ocorrem nos cloroplastos. 1) as reações luminosas, que ocorrem apenas quando as plantas estão bem iluminadas; retirada de eletrons da agua 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 cloroplastos Membrana externa permeável a íons e pequenas moléculas Membrana interna possui os tilacóides (fase luminosa) e o estroma (assimilação C)

14 Componentes das membranas tilacóides e no estroma Estroma fase aquosa com a maioria das enzimas das reações de assimilação de carbono Membranas tilacoides - pigmentos fotossintetizadores nos complexos (Fotossistemas) que promovem as reações luminosas e a síntese de ATP (ATP sintase)

15 Como a energia luminosa pode ser usada para a síntese de moléculas orgânicas durante a fotossíntese?????

16 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

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

18 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 freqüência da luz/comprimento de onda comprimento onda freqüência energia

19 Fluxo de energia solar na terra é distribuído em diferentes processos energia luminosa para a fotossíntese é pequena mas fundamental para vida

20 Luz solar é como uma chuva de fótons de frequencias diferentes. Nossos olhos são sensíveis a só uma gama pequena de frequencia a região de luz visível do espectro eletromagnético e que é usada na fotossíntese Tipo de radiação Comprimento de onda Energia (KJ/Einsten) 1 mol de fótons da luz visível (1 Einstein) contém de 170 a 300kJ (380 a 750nm) Para a síntese de ATP são necessários 30kJ

21 2 - Pigmentos São moléculas que podem absorver a energia dos fótons tem uma estrutura especial que permite a absorção e a liberação de energia dos fótons Como acontece a absorção de luz pelos pigmentos?

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

23 Pigmentos dos organismos fotossintetizadores (clorofilas e pigmentos acessórios) Pigmentos absorvem energia de luz com comprimento de onda específico

24 A clorofila é o mais importante pigmento para absorção de luz para a fotossíntese nos vegetais Apresentam cor verde (absorve vermelho e azul) 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 Seqüências alternadas de simples e duplas ligações dos anéis são responsáveis pela absorção de luz e transferência de elétrons Clorofila a (650nm) e b (450nm) e os outros tipos de luz?

25 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

26 Relação pigmento e luz absorvida

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

28 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

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

30 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 - Fotossistemas

31 Fotossistema Conjunto de proteínas e pigmentos nas membranas dos tilacoides que absorvem luz e iniciam uma reação de oxidoredução - Moléculas Antena ou Captadores de Luz e Centro de Reação Fotoquímica

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

33 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

34 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

35 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

36 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

37 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 oxidação da água a O 2 síntese de NADPH e ATP

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

39 Os dois fotossistemas estão ligados por uma cadeia transportadora de elétrons PSI e PSII agem coordenadamente absorvendo energia e transportando eletrons Esquema Z

40 Esquema Z representação da atividade do 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 O P680 capta 1 e - de cada vez Os elétrons não podem ser retirados parcialmente das moléculas de água Cisão da água H 2 O 2H e - + ½ O 2????

42 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.

43 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

44 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 +