Fosforilação Oxidativa e

Fotossíntese são dois

processos de captação

de energia pelos

organismos vivos –

relacionados pelo ciclo

de energia entre os

organismos vivos e que

apresentam semelhanças

e diferenças.

Fosforilação oxidativa

(mitocôndrias)

Usa energia produzida durante a

oxidação dos carboidratos, lipídeos e

aminoácidos para a síntese de ATP e

redução do oxigênio em água.

Formação de gradiente eletroquímico

que leva à síntese de ATP (energia

para células)

Fotofosforilação = fotossíntese

(cloroplastos)

Usa energia luminosa para a síntese

de compostos orgânicos reduzidos

(carboidratos) produzindo energia

química, usa água e libera oxigênio.

Formação de gradiente

eletroquímico que leva à síntese de

ATP (energia para síntese de

carboidrato)

carboidratos

A fotossíntese (que ocorre nos cloroplastos) tem duas

fases:

1 - a energia

luminosa é

transformada em

energia química

(NADPH e ATP) com

o uso de água e

liberação de

oxigênio

2 - a energia

química formada é

utilizada para a

síntese do

carboidrato

Alguns experimentos comprovam os produtos

da fotossíntese e sua dependência da luz

A chama de uma vela em um ambiente fechado com

uma planta junto só de mantém na presença de luz

Folhas protegidas da luz e que não realizam a fotossíntese,

não possuem amido estocado.

Descoloração com alcool

Coloração com lugol (iodo)

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 (reagentes)?

Do que é formada uma molécula de carboidrato?

CO2 + H2O → (CH2O)n + O2

Equação total da fotossíntese

CO2 + H2O O2 + (CH2O)n

LUZ

Que tipo de reação é essa ?

A equação total da fotossíntese descreve uma

reação de oxidação-redução onde a H2O doa

elétrons (como hidrogênio) para a redução do CO2

até o carboidrato (CH2O)n.

Afinidade

por e-

Oxigênio mais eletronegativo, maior E, último aceptor

de elétrons e a água um péssimo doador de elétrons

Potencial de

redução

Fotofosforilação - precisa CRIAR condições

para que a água consiga ser um bom

doador de elétrons para reduzir o CO2

formar carboidratos.

COMO OCORRE ISSO?....

Através da captação de

energia da luminosa pelo

sistema fotossintetico

•Reações luminosas da Fotossíntese

A fotossíntese abrange 2 processos, que ocorrem nos

cloroplastos.

1) as reações luminosas, que

ocorrem apenas quando as

plantas estão bem iluminadas;

formação de doador de e-

originando ATP, NADPH e O2

2) as reações de fixação do

carbono (reações bioquímicas)

que ocorrem tanto na luz como

no escuro; formação dos

carboidratos (ATP, NADPH e CO2)

Etapas da fotossíntese

Estrutura dos dos cloroplastos

Membrana externa

lisa, permeável a

íons e pequenas

moléculas.

Membrana interna é

composta por várias

dobras (vesículas)

formando

os tilacoides , grana

e as lamelas,

envolvidos por uma

porção aquosa,

estroma.

Organela presente nas plantas e outros organismos fotossintetizadores.

Possui clorofila, pigmento responsável pela sua cor verde.

Delimitados por duas membranas lipoprotéicas:

http://www.sobiologia.com.br/conteudos/bioquimica/bioquimica11.php

Membranas tilacoides estão embebidos os complexos com

pigmentos fotossintetizadores e transportadores de elétrons que

promovem as reações luminosas (fotossistemas – PSI e PSII),

transportadores de elétrons que unem os fotossistemas e a e ATP

sintase.

Estroma – fase aquosa com a maioria das enzimas das reações de

assimilação de carbono

O que se encontra nas membranas tilacóides

e no estroma dos cloroplastos?

http://studyingplantphysiology.blogspot.com.br/

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

Comprimento de onda (λ)

é a distância entre cristas

de onda sucessivas

Frequencia (η) é o número

de cristas de onda num

determinado tempo

Uma onda é caracterizado por um comprimento

de onda e uma frequencia

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 frequencia da

luz/comprimento de onda

comprimento onda frequencia energia

Luz solar é como uma

chuva de fótons de

frequencias diferentes.

Pequena parte da

energia solar é usada

na fotossíntese (1%).

Nossos olhos são sensíveis a só uma gama pequena

de frequencia — a região de luz visível do espectro

eletromagnético

São moléculas que possuem uma estrutura

especial onde alguns átomos podem absorver a

energia dos fótons

2 - Pigmentos

Como acontece a absorção de luz por um átomo?

Elétron em sua órbita

normal, estável

Feixe de luz incidente

transfere energia

Elétron muda de camada

energética - instável

Elétron volta para sua

órbita normal, estável

Elétron libera energia

•Calor

•Fluorescência

•Transferência

•Fotoquímica

Na natureza existem diferentes tipos de pigmentos

capazes de absorver energia luminosa em

diferentes comprimentos de onda

A clorofila é o mais importante

pigmento para absorção de luz

para a fotossíntese nos vegetais

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

Sequencias alternadas de

simples e duplas ligações nos

anéis são responsáveis pela

absorção de luz e transferência

de elétrons

Apresentam cor verde (absorve

vermelho e azul)

Clorofila a (650nm) e b (450nm)

e os outros tipos de luz?

Pigmentos acessórios – são outros pigmentos que

absorvem diferentes tipos de luz nos vegetais – ampliam

o espectro de absorção de luz

Ficoeritrobilina – vermelho

Xantofila ou luteina- amarelo

-caroteno - alaranjado

Relação pigmento e luz absorvida

Como ocorre a absorção e

transferência de energia nos

organismos

fotossintetizadores???

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 O2 + redução do receptor de H

luz

Cloroplastos em solução aquosa

Aceptor químico de eletrons

escuro

Presença de luz o

aceptor de eletrons é

reduzido e muda de cor

Reação de Hill

Cloroplastos + 2H2O + 2A 2AH2 + O2+ Cloroplastos

A (forma oxidada) azul / AH2 (forma reduzida) incolor

No escuro não havia a produção de O2 e o corante

continuava azul.

luz

Princípio da conversão

de luz em energia

química mostra fluxo

de e- da água para um

aceptor de e-

Como ocorre essa reação no cloroplasto?

Quais moléculas/estruturas estão envolvidas?

Fotossistemas conjuntos de

proteínas, pigmentos

e transportadores de

elétrons que formam

uma estrutura nas

membranas dos

tilacoides que

absorvem luz e iniciar

um processo de

transferência de

elétrons

Moléculas Antena ou Captadores de Luz (CCL) – pigmentos

Transdutor ou Centro de Reação Fotoquímica – clorofila,

doador e receptor de elétons

O que é e como é a estrutura de um fotossistema?

CCL

Centro de reação

Luz

CCL (pigmentos) absorvem

a energia luminosa,

transferindo-a entre

moléculas até o centro de

reação

Uma reação

fotoquímica converte

a energia de um

fóton em uma

separação de cargas

iniciando um fluxo de

elétrons.

Como ocorre o processo de absorção de luz e

transferência de energia?

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

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

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

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

Receptor de elétrons

Doador de elétrons

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

A absorção de um fóton provoca a separação de

cargas dentro do centro de reação (fotossistemas)

Inicia uma sequência de reações de oxirredução que

vai resultar:

oxidação da água a O2

síntese de NADPH e ATP

Esses dois eventos ocorrem por ação de dois

fotossistemas que existem nas plantas superiores, quais

são eles e quais suas características?

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

Os dois fotossistemas estão ligados por uma cadeia

transportadora de elétrons com potenciais de redução diversos

↑ Afinidade por e- ↑ Potencial de redução

Os fotossistemas estão rearranjados na membranas dos tilacóides

juntamente com diversos transportadores de eletrons:

•Plastoquinona citocromo b6f, e a plastocianina (fotossistema II ao I)

•Ferredoxina e ferredoxina oxidorredutase (fotossistema I ao NADP+)

Isso pode ser representado por um esquema chamado de

esquema Z junto com os potenciais de redução deles

Esquema Z –

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+

Com a luz o P680 produz

um forte doador de

elétrons P680* que

rapidamente transfere

um elétron para a

feofitina e fica P680+ que

captura um elétron da

água para voltar a seu

estado fundamental

Transportadores

de elétrons

Cisão da água H2O 2H+ + 2 e- + ½ O2

2 H2O 4H+ + 4 e- + O2

Quantos fotons?

Equação geral pela qual os elétrons fluem

da água para o NADP+compreende:

2H2O + 2NADP+ + 8 fótons O2 + 2 NADPH + 2H+

2 fótons (um para cada fotossistema ) são

necessários para que um elétron passe da água

para o NADP+ (mas o NADP transporta 2 e-)

Para formar um O2 é necessário 2 H2O com a

transferência de 4 elétrons 8 fótons são

necessários para se formar 1 O2 e 2 NADPH

Os elétrons não podem ser retirados parcialmente das

moléculas de água e o P680 capta 1 e- de cada vez

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.

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 O2

Liberação de prótons para lúmen

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

Através desse processo (transferencia de eletrons e

formação de gradiente eletroquimico no tilacoide) ocorre a

sintese de NADPH e de ATP

ATP e NADPH formados vão ser fonte de

energia para a síntese de carboidratos a

partir de CO2