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Instituto de Química de São Carlos – IQSC
Universidade de São Paulo
Fotossíntese
Disciplina: Bioquímica II
Docente: Profa. Dra. Fernanda Canduri
Curso: Bacharelado em Química
Conteúdo
Cloroplastos
Anatomia
Pigmentos que absorvem luz
As reações de luz
A interação da luz e da matéria
O transporte de elétrons não-cíclico
O transporte de elétrons cíclico
Fotofosforilação
As reações de escuro
O ciclo de Calvin
Fotorrespiração
Introdução
A fotossíntese é o processo pelo qual a energia
luminosa possibilita a redução de carbono, é
essencialmente o reverso do metabolismo oxidativo
dos carboidratos
Os carboidratos produzidos pela fotossíntese servem
como fonte de energia para o organismo que os
produz, assim como para os organismos não-
fotossintéticos que direta ou indiretamente consomem
organismos fotossintéticos
A fotossíntese fixa cerca de 1011 toneladas de carbono
por ano, representando um armazenamento de mais
de 1018 kJ de energia
Na presença da luz, as plantas e as cianobactérias
consomem CO2 e H2O, produzem O2 e “fixam” carbono na
forma de carboidrato:
LUZ
6 CO2 + 6 H2O (C6H12O6) + 6 O2
Os dois estágios da fotossíntese são tradicionalmente
referidos como:
reações de luz - moléculas de pigmento capturam a
energia luminosa e são oxidadas. Produz ATP e
NADPH
reações de escuro - usam NADPH e ATP para reduzir
CO2 e incorporá-lo em precursores de carboidratos de
três carbonos
Introdução
Anatomia do cloroplasto
A membrana interna envolve o estroma, uma solução rica em
enzimas, o qual inclui as enzimas necessárias para a síntese de
carboidratos, mas contém também DNA, RNA e ribossomos,
envolvidos na síntese de diversas proteínas do cloroplasto
Estrutura do complexo coletor de luz
Compreende um conjunto de proteínas hidrofóbicas associadas à
membrana – é uma proteína integral de membrana
Cada uma contém numerosas moléculas de pigmento em geral
arranjadas de modo simétrico, formando o complexo coletor de luz
Transferência de elétrons
As reações de óxido-redução do sistema de transporte de
elétrons estabelece dois tipos de fluxo de elétrons:
Fluxo não-cíclico de elétrons – produz NADPH + H+ e ATP
Fluxo cíclico de elétrons – produz apenas ATP
O fluxo é conduzido pela captação de energia luminosa pelas
moléculas de clorofila presentes nos fotossistemas do
complexo coletor de luz
O fluxo não-cíclico de elétrons através de
dois fotossistemas o A molécula de clorofila
no fotossistema II
absorve o máximo de luz
a 680 nm, tornando-se
excitada (Chl+)
o A energia do fluxo de
elétrons da cadeia redox
é captada para a síntese
de ATP
o A molécula de clorofila
no fotossistema I
absorve o máximo de luz
a 700 nm, tornando-se
excitada (Chl+)
o O fotossistema I reduz
a ferrodoxina (Fd) que
por sua vez, reduz o
NADP+
A membrana do tilacóide e o fluxo de elétrons
O fluxo cíclico o Antes de iniciar o fluxo
cíclico, a clorofila do centro de
reação do fotossistema I está
no estado basal (Chl)
o Ela absorve um fóton e torna-
se Chl+, reagindo com a
ferrodoxina oxidada (Fd) para
produzir Fd reduzida
o Na cadeia redox a Fd reduz a
plastoquinona (PQ), que por
sua vez reduz o citocromo
(Cyt), e por fim, a plastocianina
(PC)
o A energia do fluxo de ē é
captada para a síntese
quimiosmótica de ATP
o A PC transfere elétrons para
a clorofila permitindo que as
reações iniciem novamente
Reações de luz e reações
de escuro
As reações de escuro
A segunda rota principal da fotossíntese é o ciclo de Calvin –Benson, também chamado de ciclo redutivo das pentoses-fosfato
As enzimas envolvidas estão no estroma do cloroplasto – as chamadas “reações de escuro” por não necessitarem de energia luminosa
A principal enzima é a ribulose bifosfato carboxilase/oxigenase – a rubisco
Usam a energia do ATP e do NADPH produzidos nos tilacóides durante as reações de luz (fluxo cíclico e não-cíclico), para reduzir CO2 a carboidratos pelo ciclo de Calvin-Benson
Sendo assim, indiretamente, essas reações necessitam de luz
O ciclo de
Calvin-Benson
(GAP)
As plantas também realizam o metabolismo
energético
Durante a noite, assim como outros
organismos, as plantas usam suas reservas
nutricionais para gerar ATP e NADPH por
glicólise, por fosforilação oxidativa e pela via
das pentoses-fosfato
o O efeito da fotorrespiração desfaz o que o ciclo de
Calvin-Benson realiza:
o CO2 é liberado ao invés de ser fixado em carboidratos
o Como a enzima RuBP carboxilase/oxigenase decide
entre atuar como oxigenase ou carboxilase?
o Se o O2 é relativamente abundante, a enzima atua como
oxigenase, pela fotorrespiração
o Se CO2 predomina, a enzima o fixa e ocorre o ciclo de
Calvin
A fotorrespiração
Em dias quentes e secos, o nível de O2 numa folha
torna-se especialmente alto, para evitar a perda de água,
os estômatos (que permitem a evaporação de água da
folha), fecham-se, impedindo a entrada e saída de gases
A concentração de CO2 cai, pois está sendo utilizado
pelas reações fotossintéticas, e a concentração de O2
aumenta, devido a essas mesmas reações
Portanto, o sítio ativo da RuBP carboxilase/oxigenase
evoluiu para fixar tanto O2 como CO2, segundo a
disponibilidade de cada um
A fotorrespiração
Certas espécies de plantas como a cana-de-açúcar, o
milho e ervas daninhas tem um ciclo metabólico que
concentra CO2 em suas células fotossintéticas, evitando
quase completamente a fotorrespiração
Tais plantas são chamadas de C4 (ciclo de ácidos de 4
carbonos), e ocorrem em regiões tropicais porque crescem
mais rapidamente sob condições quentes e ensolaradas
do que outras plantas denominadas C3 (fixam CO2
inicialmente na forma de ácidos de 3C – GAP)
Em climas mais frios, onde a fotorrespiração é um
problema menor, as plantas C3 levam vantagem porque
requerem menos energia para fixar CO2
A fotorrespiração
A rota C4
A célula usa o CO2 e o PEP para formar oxaloacetato e malato (4C),
que pode ser descarboxilado a piruvato, e o CO2 utilizado no ciclo de
Calvin
