Fotossíntese

Seres autotróficos – produzem as moléculas orgânicas a partir de material inorgânico

As plantas são fotoautotróficas – porque usam a luz como fonte de energia para produzirem moléculas orgânicas a partir de material inorgânico. A este processo chama-se fotossíntese. Além das plantas,a fotossíntese ocorre nas algas (incluindo alguns protistas) e nalguns procariotas.

Todos os tecidos verdes têm clorofila (pigmento verde), mas as folhas são os locais onde se efectua a fotossíntese por excelência. Os cloroplastos existem sobretudo nas células do mesófilo (tecido verde no interior da folhas).

CO2 ( dióxido de carbono) entra na folha e oO2 (oxigénio) saí desta por poros microscópicoschamados estomas.

Uma célula típica do mesófilo tem cerca de 30 a 40 Os Cloroplastos são os organito onde ocorre a

fotossíntese.

O cloroplasto é constituído por uma dupla membrana, pelo estroma, pelas membranas dos tilacóides queformam o grana e intergrana.A clorofila existe nas membranas tilacoidais.

A equação geral da Fotossíntese numa forma simplific ada:

Papel da moléculas de água na Fotossíntese – A libert ação do oxigénioda fotossíntese provem da água e não do dióxido de ca rbono

A Fotossíntese é um processo redox em que a água é ox idada edióxido de carbono é reduzido

A fotossíntese é um processo constituídopor duas partes. A primeira parte chama-seReacções luminosas da fotossíntese(ocorre nos tilacoides) e a segunda parte oCiclo de Calvin (que ocorre no estroma)

As reacções luminosas da fotossínteseconvertem a energia solar em energiaquímica – ATP e NADPH

Nestas reacções é libertado oxigénio

No ciclo de Calvin é que se formam os Açúcares. Esta etapa inicia-se com aincorporação de CO2 (fixação do carbono)

Este ciclo reduz o CO2 a hidratos decarbono por adição de electrões.O poder redutor destas reacções provem do

NADPH

Para se formarem os açúcares noCiclo de Calvin é necessário também Energia que provem do ATP

G3P –gliceraldeído3 fosfato umaTriose fosfato.

Luz Solar

A zona do espectro da luz mais importante para a vida na Terra é a banda estreita entre380nm e 750nm, chamada luz visível

A luz é uma forma de energia conhecida comoEnergia electromagnética, também chamadaradiação. Além das propriedades ondulatórias(c.d.o. ou λ) a radiação electromagnética tem propriedades corpusculares, que se denominamfotões ou quanta

Energia de um fotão (E) h- cont. de Planck 6,62x10 -34 Joules.segv- frequência (nº de ondas por segundo)

Velocidade da luz – C = 2,99x10 10 cm/segλ = comprimento de onda da luz c.d.o.

c = λv E = hv

E = hcλ

A energia de cada fotão é inversamenteproporcional ao c.d.o. da luz.

Quando a luz encontra a matéria 3 coisas podem acontecer:A luz é reflectida ou transmitida ou absorvida.

As substâncias que absorvem a luz visível chamam-se pigmentosA clorofila absorve a luz vermelha e azul e transmite e reflecte a verde.

Quando uma molécula absorve um fotão, um dos electrões é elevado a uma orbital quetem maior potencial energético (estado excitado).Este estado é instável e a molécula tende a retomar o seuestado fundamental, no processo é emitido luz (fluorescência) e calor.

A fluorescência tem c.d.o. maior e portanto menos energiaque a luz que excitou o pigmento.

A clorofila iluminada no seuambiente nativo não perde aenergia dos electrões pois aopé dela existem moléculas que captamos electrões com elevada energia

(aceitador primário de electrões).

1º passo da fotossíntese - a clorofila absorveum fotão passa a energia a um aceitador primário deelectrões. A clorofila fica oxidada (fotooxidação daclorofila) e o aceitador fica reduzido.

A clorofila a e b e os carotenos existem em grande quantidadenos tilacóides, formam o complexo antena . Contudo só um par de clorofila aé que está implicado nas reacções luminosas doando os seus electrõesao aceidator primário de electrões . A localização destas moléculas declorofila a especializadas no contexto antena denomina-se centro de reacção(reaction center).

Fotossistema: 1- complexo antena2- centro de reacção; 3- aceitadorprimário de electrões.

Há 2 fotossistemas:O Fotossistema I – o par de clorofila a do centro de reacção absorve melhor a luz de 700nm- P700O Fotossistema II - o par de clorofila a do centro de reacção absorve melhor a luz de 680m- P 680

RESUMO:Na cadeia de transporte de electrões cíclica só o fotossistema I P700 é que actuaRegenera ATP – Há fotofosforilaçãoNão é produzido NADPH nem Oxigénio

TRANSPORTE CÍCLICO DE ELECTRÕES:O centro de reacção P700 quando absorve um fotão reduz a Ferredoxina Fd e passa o electrão a umtransportador de electrões a plastoquinona. Esta passa o electrão ao complexo de citocromos. O electrãocontinua na sua “descida” redox passa pela plastocianina o último agente redox que devolve o electrão à clorofilado centro activo P700. No transporte ciclico de elctrões há a formação de ATP (fosforilação cíclica)

TRANSPORTE ACÍCLICO DE ELECTRÕES

(esquema em Z)

O dador de electrões desta cadeia é a água.Os electrões passam através de uma série detransportadores de electrões que são

progressivamente mais electronegativos.

A elevada energia dos electrões provém da luz.

Pheo- feofitina – clorofila a desprovidade Mg é o aceitador primário de elctrões do P680 (fotossistema II)

QA,QB – moléculas especiais deQuinona; PQ – plastoquinona; Cyst complexo de citocromos

FeS - ferrosulfoproteína

PC – plastocianinaA0 – aceitador primário do P700(fotossistema I)A1 – aceitador secundário do P700FNR- ferredoxina –NADP redutase

Fx, FA/FB – ferrosulfoproteínas, FD- ferredoxina

O gradiente de protões , o gradiente de pH, através das membranas dos tilacoides é substâncial.Quando os cloroplastos são iluminados o pH no compart imento dos tilacoides desce a cerca de pH 5, enquanto no estroma aumenta para pH 8. Uma diferença de 3 no pH é cerca de 1000 vezes naConcentração hidrogeniónica. pH = log 1

(H+)

A enzima ATP sintase

Fixação do Carbono

Ciclo de Calvin – no estroma do cloroplasto

Gasto de Energia e reacçõesredox

Formação de 1 moléculaDe G3P – Gliceraldeído-3-Fosfato (triose fosfato)

Regeneração da RuBP(ribulose bifosfato)

PGA – ácido fosfoglicéricoou 3fosfoglicerato

Fixação do CO 2Enzima responsável por esta reacção Ribulose 1,5 bi sfosfato Carboxilase (Rubisco)

Rubisco L8S8LSU em verde e azul

SSU em amarelo e violeta

SSU subunidade pequena da rubisco

LSU Subunidade grande da rubisco

RuBP + CO2 → 3-ceto-2-carboxi arabinitol1,5bisfosfato →2 moléculas de 3 fosfoglicerato (PGA)5C 1C 6 C (instável) 3 C

A rubisco funciona também como oxigenase os produtos da reacção são 1 PGA e 1 Fosfoglicolato(Início de Fotorespiração) 3C 2C

Em dias de sol quente eseco as folhas tem os estomasfechados, a rubisco funciona como oxigenase pois tempouco CO2 disponível

Plantas C3 e Plantas C4

EpidermeParênquima paliçadaFeixe vascularParênquima lacunar

Células guarda Estoma

Folha C3

EpidermeCélulas do mesófiloCélulas da bainha do

feixeFeixe vascular

cloroplastos EstomaCélulas guarda

Folha C4

Células do mesófilo

Células da bainhado feixe

Chamam-se plantas C3 porque o primeiro compostoestável após fixação do CO2 tem 3 carbonos o PGA –

o Fosfoglicerato.

Plants C4 a fixação de CO2 é feita pela PEPcarboxila se,resultando um composto com 4 carbonos o

oxaloacetato e seguidamente o malato (nas cél. Domesófilo)

Nestas plantas o ciclo de Calvin funciona nas célula sda bainha do feixe onde o malato liberta CO2 paraser utilizado pela Rubisco

Plantas C4 estão adaptadasa climas secos e quentes

PEP- fosfoenolpiruvato

Fim

• Os vasos condutores exportam sacarose produzida nos tecidos verdes. A Respiração nas Mitocôndrias degrad am cerca de 50% dos Hidratos de Carbono produzidos na fotossíntese para obter ATP.

• Os restantes 50% de Hidratos de carbono são convertid os em outras moléculas tais como lípidos e aminoácidos e ou tros hidratos de carbono como a celulose.

• A celulose é a molécula orgânica mais abundante das plantas e provavelmente a mais abundante na superfície do nos so planeta.

• O excesso de matéria orgânica é armazenado essencia lmente em raízes, tubérculos, e frutos sob a forma de amid o, proteínas e gorduras.