Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de Lorena Departamento de Biotecnologia Curso Engenharia Química Disciplina Bioquímica Fotossíntese: Captura da Energia Luminosa Energia solar é fonte de toda a energia biológia Conversão de Energia Luminosa em Energia Química Fotossíntese Prof: Tatiane da Franca Silva tatianedafranca@usp.br Organismos Fotossintetizantes Eucarioto Algas e Plantas Presença de organela especializada: Cloroplasto Teoria do Endossimbionte Origem do Cloroplasto Eucarioto Fotossintetizante: 2 eventos de endossinbiose 1
Estrutura do Cloroplasto Membrana Externa Membrana Interna Estroma Tilacóide Grana Tilacóide do Estroma Tilacóides do grana Mitocondria X Cloroplasto Procarioto Fotossintetizante Bactérias fotossintéticas Ex: Cianobactérias 2
Características Gerais da Fotossintese em Plantas Características Gerais da Fotossintese em Plantas Reações Luminosa Reações de fixação do Carbono Tilacóide:Reações dependentes da Luz Estroma : Fixação do Carbono Pigmentos absorvem a energia luminosa Pigmentos Fotossintetizantes Espectro de Ação da Fotossíntese Experimentos de Englemann Clorofila A Clorofila B Pigmentos acessórios Englemann Alga filamentosa Verde Migração de bactérias aeróbicas 3
Estrutura policíclica Estrutura dos Fotopigmentos Cadeia lateral hidrofóbica Fotossistemas Unidades fotossintéticas localizadas na membrana do Tilacóide Fotossistemas Transferência de Energia Complexo Antena: captura a energia da Luz Centro de Reação: sítio onde a energia da Luz pode ser utilizada LUZ Fluorescência Calor 4
Dois Tipos de Fotossistemas Fotossistem I (PSI) : Absorve na faixa de 700 nm Fotossistema II (PSII): Absorve na faixa de 680nm Diferem quanto ao doador de elétrons Comprimento de onda (nm) PSII e PSI : Conectados pela Cadeia Transportadora de Elétrons Estroma Fotossistemas I e II NADP Redutase Reações de Oxiredução Lúmen do Tilacóide PQ: Palstoquinona PC: Plastocianina Fd: Ferredoxina Fotossistema II: Fotólise da Água 2H 2 0 4ē + 4H + + O 2 Fotossíntese Artificial Reprodução do PS II Hidrólise da água Geração de Oxigênio e Hidrogênio 5
Reações Luminosas Transporte de elétrons elétrons gera gradiente de prótons ATPsintase Produtos : O 2,NADPH e ATP Reações Luminosas Acúmulo de Prótons no espaço do Tilacóide Síntese de ATP no Estroma ATP sintase H + H + H + H + H + Mitocôndria: -Espaço Intermembrana: H + -Síntese de ATP para a Matriz. Mitocôndria X Cloroplasto Transporte Cíclico de Elétrons no Fotossistema I Elétron entre o Fotossistema I e Citocromo b Sem produção de NADPH e O 2 Cloroplasto: -Espaço do Tilacóide: H + -Síntese de ATP para o Estroma 6
Fotossíntese sem Produção de Oxigênio Utilizam substâncias orgânicas como Doador de elétron (Ex: ácido sulfídrico) Bactérias púrpuras sulfurosas Ocorrem no Estroma Reações de Fixação de CO 2 Utiliza a Energia Produzida na Fase Luminosa (ATP e NADPH) Rhodospirillum rubrum. Reações de Fixação de CO 2 Ciclo de Calvin Ciclo de Calvin No Estroma dos Cloroplastos Fixação de 3CO 2 Produz: Gliceraldeído 3 fosfato Melvin Calvin, 1911-1997 Reação Geral: 6CO 2 + 12 NADPH + 18ATP C 6 H 12 O 6 + 12NADP + + 18ADP + 18Pi 7
Ciclo de Calvin: Estágio de Fixação do Carbono Condensação da Ribulose 1,5 Bifosfato com o CO 2 Ciclo de Calvin: Estágio de Redução Redução de 3 fosfoglicerato ao gliceraldeído 3 fosfato Regeneração de Ribulose 1,5 Bifosfato Produção de Açúcar de 6 Carbonos Ribulose 1,5 bifosfato carboxilase (Rubisco) Destinos do Gliceraldeído 3 Fosfato Síntese de Glicose: Semelhanças com a Gliconeogênese No Citoplasma: Síntese de Sacarose e Glicose Glicólise No Cloroplasto: Síntese de Amido e Regeneração do Ciclo Gliconeogênese 8
Taxa de Fotossíntese Taxa de Fotossíntese 08/06/2017 Ciclo de Calvin: Regeneração de Ribulose 1,5 Bifosfato Rubisco: Carboxilação X Oxigenação Carboxilação Interconversões de Triose e Pentose fosfato Regenera 3 Ribulose 1,5 Bifosfato Ribulose 1,5 Bifosfato 2 X 3 Fosfoglicerato Oxigenação (Fotorrespiração) Fosfoglicolato 3 Fosfoglicerato Metabolismo C4 em Plantas Tropicais Fotorrespiração e Fotossíntese Mesófilo: Fixação do CO 2 em Molécula de 4 C (Aspartato) Bainha: Descarboxilação liberação do CO 2 para o Ciclo de Calvin O balanço entre as duas reações é determinada por fatores Ambientais como : Temperatura, [O2] e [CO2] Temperatura Afinidade da Rubisco ao CO2 CO 2 Atividade Carboxilase 9
O aumento do CO2 na atmosfera produtividade das plantas C3 aumento da Fotossíntese em Função da Intensidade Luminosa Ponto de Compensação: CO 2 produzido na Respiração = CO 2 usado na Fotossíntese 10