A assimilação do carbono a fotossíntese

O metabolismo do carbono I

A assimilação de carbono através da fotossíntese

Faculdade de Ciências – Departamento de Ciências Biológicas

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Fotoss%C3%ADntese.jpg

A assimilação de carbono

Conjunto de processos biológicos de incorporação de CO2 gasoso nos compostos orgânicos que constituem os organismos.

– Nas plantas e cianobactérias através da fotossíntese (ciclo de calvin).

– Nas bactérias através do ciclo de Krebs reverso.

15/05/2012 2 Por Íris Victorino [email protected]

A assimilação de carbono

A vida na Terra depende da energia derivada do Sol.

A fotossíntese é o único processo biológico que consegue captar esta energia.

Através deste processo esta energia solar é transformada.


A fotossíntese

Estes organismos captam a energia solar para sintetizar compostos orgânicos (açúcares).


Fotossíntese ― síntese utilizando luz. Processo físico-químico realizado pelos seres vivos clorofilados*.

A energia acumulada nos compostos orgânicos é depois utilizada:

1. Noutros processos químicos das plantas;

2. Como fonte de energia para outras forma de vida;


A fotossíntese cont.

– Equação geral: 6H2O + 6CO2 → 6O2 + C6H12O6

– Ocorre no mesófilo da folha


Luz


Estomas

Fonte: http://www.google.com/imgres?hl=pt-PT&biw=1280&bih=660&gbv=2&tbm=isch&tbnid=5-LE9655oaEtzM:&imgrefurl=http://www.universitario.com.br/celo/topicos/subtopicos/botanica/anatomia_vegetal/folha/folha.html&docid=ovtmgpHa01CH8M&imgurl=http://www.universitario.com.br/celo/topicos/subtopicos/botanica/anatomia_vegetal/folha/Aula9fig7.gif&w=533&h=331&ei=WVOvT4aFMMnGtAaxw7mPBA&zoom=1&iact=hc&vpx=794&vpy=157&dur=6628&hovh=177&hovw=285&tx=147&ty=93&sig=107495435169357111403&page=1&tbnh=119&tbnw=192&start=0&ndsp=16&ved=1t:429,r:3,s:0,i:77

As células do mesófilo contém muitos cloroplastos.



Fonte: http://www.google.com/imgres?hl=pt-PT&biw=1280&bih=660&gbv=2&tbm=isch&tbnid=9RXXAuJlqiJrUM:&imgrefurl=http://www.botanica.cnba.uba.ar/Pakete/3er/LaCelula/Cloroplastos.htm&docid=zi2Oa3-6qq6UUM&imgurl=http://www.botanica.cnba.uba.ar/Pakete/3er/LaCelula/Cloroplastos_archivos/image004.jpg&w=324&h=260&ei=L1evT_KLEcHJsgbQqP2cBA&zoom=1&iact=hc&vpx=791&vpy=344&dur=612&hovh=201&hovw=251&tx=116&ty=121&sig=107495435169357111403&page=1&tbnh=147&tbnw=183&start=0&ndsp=15&ved=1t:429,r:13,s:0,i:99

• Contém pigmentos fotossintéticos como a clorofila que absorve luz e cuja energia é depois colhida pelos PSI e PSII.

– Esta energia será depois utilizada:

• redução de NADP+ a NADPH

• síntese de ATP


Os cloroplastos

Utilizados para a síntese de açúcares nas reações de fixação e redução de CO2

Os cloroplastos cont.

Os cloroplastos também contém grânulos de amido e lípidos, DNA, RNA e ribossomas próprios.

– Assim, algumas proteínas dos cloroplastos são produtos da transcrição e tradução que ocorrem no próprio cloroplasto.

15/05/2012 Por Íris Victorino [email protected] 9

A absorção de energia

• A luz proveniente do Sol tem características de onda e de partícula.

Onda - caracterizada pelo seu comprimento e frequência.

Partícula de luz ou fotão. Cada fotão contém um montante de energia conhecido como quantum (plural quanta).


– Comprimento de onda (λ) distância entre picos sucessivos.


Fonte: http://www.kiron.unesc.net/wiki/index.php/Modelos_de_Cores

http://www.kiron.unesc.net/wiki/index.php/Imagem:Cor-espectro.jpg

– Frequência (ν) número de picos observados num determinado período de tempo.


Fonte: http://www.google.pt/imgres?imgurl=http://files.ajuda-9ano.webnode.pt/200000051-0279a036b2/img_som_onda.jpg&imgrefurl=http://ajuda-9ano.webnode.pt/a7%25C2%25BA%2520e%25208%25C2%25BA/&usg=__EVp-QxqAF0tIWR99PaJ4mMyRbOE=&h=400&w=600&sz=108&hl=pt-PT&start=6&zoom=1&tbnid=XwKPEZpUlXvePM:&tbnh=90&tbnw=135&ei=Od6wT5KLF8ncsgb79ezVBg&prev=/search%3Fq%3Dcomprimento%2Bde%2Bonda%26hl%3Dpt-PT%26rlz%3D1T4SKPB_enMZ394MZ475%26biw%3D1024%26bih%3D512%26gbv%3D2%26tbm%3Disch&itbs=1

A absorção de energia cont.

• Lei de Planck

E = ou E =


h.c

λ

Onde: E – energia h – constante de Planck c – velocidade da luz λ – comprimento de onda γ – frequência ( c/λ)

h.γ

Espectro de absorção quantidade de energia da luz absorvida por uma molecula ou substância em função do seu comprimento de onda.

A absorção de energia cont.

• Quando a luz atinge um objeto ela pode:

– Ser absorvida, ser transmitida ou ser refletida.

• A cor de um objeto depende da luz que ele reflete. Se toda luz for absorvida o objeto será preto.

• As substâncias que absorvem determinados comprimentos de onda denominam-se pigmentos.


a. Clorofilas*

- a e b nas plantas superiores;

b. Carotenóides

c. Ficobilinas

d. Pigmentos acessórios


Os pigmentos fotossintéticos

A clorofila

• Anel de porfirina com Mg2+ no centro (que determina a cor da molécula) e um fitol (unidade lipofílica que liga a clorofila a membrana);


A clorofila cont.


Tipos de clorofilas

Características

Grupo que possuem ligado ao anel

Cor λ em que absorvem

Clorofila a Metil Azul-esverdeada 430-660 nm

Clorofila b Formil Amarela 454-643 nm

Os carotenóides

• Possuem cor amarela-alaranjada ou vermelha;

• Dois tipos:

– Carotenos ( átomos de C e H, ex: β-caroteno)

– Xantofilas ( átomos de C, H e O)


Os carotenóides cont.

• Carotenos e as xantofilas são tetraterpenos formados pela junção de unidades de isopreno.


As ficobilinas

Encontradas nas algas vermelhas e nas cianobactérias;


Dois tipos:

Ficoeritrobilina (rodofíceas)

Ficocianobilina (cianofíceas)

Fonte: zyxel-nsa210.lilu2.ch

Os pigmentos acessórios

• São pigmentos não diretamente envolvidos nas reações luminosas. Servem para:

– Absorver luz nos λ onde a clorofila não absorve;

– Transferir esta luz para a clorofila;

– Proteger a clorofila da oxidação;


Os fotossistemas

• A luz é absorvida nos centros de reação de duas unidades conhecidas como fotossistemas.

• Descritos por Emerson em 1960.


Tipo de Fotossistema Características

Fotossistema I ou PSI ou P700

Absorve luz em comprimentos de onda maiores do que 680 nm, 700 nm precisamente;

Produz um agente redutor forte e um fraco oxidante;

Fotossistema II ou PSII ou P680

Absorve luz no comprimento de onda igual a 680 nm;

Produz um agente oxidante forte em um fraco redutor;

A fotossíntese

• Ocorre em duas etapas a saber:

– Fase fotoquímica ou luminosa

– Fase química ou escura


A fase luminosa

• Reações realizadas por quatro complexos proteicos:


Fonte: Hopkins, 2000

O fotossistema II

– Localizado na membrana do tilacoide

– Constituído por:

Duas proteínas de 32 e 34 kDa (D1 e D2)

Pigmento 680

Plastoquinona (PQ) transporta 2 electrões do PSII para o PSI e H+ do estroma para o lúmen)

Feofitina

Citocromo b550


Citocromo b6/f

• Localizado no grana, no estroma e no tilacoide

• Constituído por:

Proteína Fe-S

Citocromos do tipo b e c (também denominado f)

• Função – transferir eletrões do PSII para o PSI através da oxidação da plastohidroquinona (PQH2) e redução de plastocianina (PC).


O fotossistema I

• Localizado no estroma e no tilacóide

• Constituído por:

Duas proteínas de 66 a 70 kDa

Pigmento 700

Proteínas de ligação: plastocianina (PC), ferredoxina e centros activos Fe-S

• Função: oxidar a PC reduzida e transferir eletrões para Fe-S


ATP sintase

• Localizada no estroma


Fonte: Hopkins,2000

Porção hidrofóbica

Local catalítico

Os cientistas sempre acreditaram que as reações

de fixação de CO2 eram independentes da luz,

denominando-as “Reações do Escuro”.


Nas últimas três décadas, no entanto, tornou-se claro que estas reações são controladas pela luz sendo mais correto chamá-las:


• Fase bioquímica

• Reações de fixação do carbono

• Ciclo de redução do carbono

• Ciclo de redução da pentose-fosfato

A fase escura

Usa-se a energia (ATP e NADPH) obtida na fase luminosa para sintetizar matéria orgânica a partir de matéria inorgânica.


Fonte: Taiz e Zieger, 1998

Reações da fase luminosa Reações da fase escura

A fase bioquímica da fotossíntese

Envolve 3 processos principais:


A. Ciclo de Calvin

B. Síntese de amido e sacarose

C. Síntese de fructosanos

A. Ciclo de Calvin Processo de redução de CO2 para carbohidratos

que ocorre nos cloroplastos.


Fonte: recursos.cnice.mec.es

• Originalmente descrito para plantas C3:

– Todas Angiospérmicas

– Briófitas

– Algas

– Maioria das pteridófitas


A. Ciclo de Calvin cont.

• A enzima que catalisa este processo é a RuBisCo, Ribulose-1, 5-Bifosfato Carboxilase oxigenase.

• Possui 2 subunidades: “a” ou maior (codificada no núcleo) e “b” ou menor (codificada nos clorosplastos).

• É a proteína mais abundante da Terra.



• Dos 6 fosfogliceraldeídos produzidos:

– Três serão usados nos cloroplastos para a síntese de amido.

– Os outros três serão transportados o citossol (sistema antiporte) e aqui serão usadas para formar 1) sacarose ou 2) para formar polissacáridos da parede celular.



• A luz influencia este processo:

1. Realizando mudanças no estroma;

2. Alterando o movimento de protões e de Mg2+;

3. Reduzindo as pontes dissulfídricas;



B. Síntese de amido e sacarose

• Sacarose – principal forma de carbohidrato translocada na planta via floema.

• Amido – carbohidrato insolúvel, de reserva.

– Amilose e amilopectina


Ambos sintetizados a partir da triose-fosfato gerada no ciclo de Calvin.

C. Síntese de fructosanos

• Composto por cadeias de frutose e sacarose.

• Frequentes nas plantas C3 (gramíneas) mas existem também nas:

– Asteraceae

– Campanulaceae

– Liliaceae

– Iridaceae


• Tipos:

1. Insulina (ausentes em gramíneas)

2. Levanas (frequentes em folhas e caules de muitas gramíneas das zonas frias)

3. Outros sem nome (presentes na cebola, no aspargo e no trigo)


C. Síntese de fructosanos cont.

• Principais enzimas:

– SSF (sacarose-sacarose-frutosil transferase) combina duas sacaroses;

– FFF (frutano-frutano-frutosil transferase) enzima de alongamento;

• Função dos fructosanos – responsáveis pelo acúmulo de hidratos de carbono.


C. Síntese de fructosanos cont.

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A assimilação do carbono a fotossíntese