A assimilação do carbono a fotossíntese
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O metabolismo do carbono I
A assimilação de carbono através da fotossíntese
Faculdade de Ciências – Departamento de Ciências Biológicas
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.
15/05/2012 3 Por Íris Victorino [email protected]
A fotossíntese
Estes organismos captam a energia solar para sintetizar compostos orgânicos (açúcares).
15/05/2012 4 Por Íris Victorino [email protected]
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;
15/05/2012 5 Por Íris Victorino [email protected]
A fotossíntese cont.
– Equação geral: 6H2O + 6CO2 → 6O2 + C6H12O6
– Ocorre no mesófilo da folha
15/05/2012 6 Por Íris Victorino [email protected]
Luz
A fotossíntese cont.
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.
15/05/2012 7 Por Íris Victorino [email protected]
A fotossíntese cont.
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
15/05/2012 8 Por Íris Victorino [email protected]
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).
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– Comprimento de onda (λ) distância entre picos sucessivos.
15/05/2012 Por Íris Victorino [email protected] 11
Fonte: http://www.kiron.unesc.net/wiki/index.php/Modelos_de_Cores
– Frequência (ν) número de picos observados num determinado período de tempo.
15/05/2012 Por Íris Victorino [email protected] 12
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 =
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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.
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a. Clorofilas*
- a e b nas plantas superiores;
b. Carotenóides
c. Ficobilinas
d. Pigmentos acessórios
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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);
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A clorofila cont.
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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)
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Os carotenóides cont.
• Carotenos e as xantofilas são tetraterpenos formados pela junção de unidades de isopreno.
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As ficobilinas
Encontradas nas algas vermelhas e nas cianobactérias;
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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;
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Os fotossistemas
• A luz é absorvida nos centros de reação de duas unidades conhecidas como fotossistemas.
• Descritos por Emerson em 1960.
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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
15/05/2012 23 Por Íris Victorino [email protected]
A fase luminosa
• Reações realizadas por quatro complexos proteicos:
15/05/2012 Por Íris Victorino [email protected] 24
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
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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).
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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
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ATP sintase
• Localizada no estroma
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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”.
15/05/2012 Por Íris Victorino [email protected] 29
Nas últimas três décadas, no entanto, tornou-se claro que estas reações são controladas pela luz sendo mais correto chamá-las:
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• 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.
15/05/2012 Por Íris Victorino [email protected] 31
Fonte: Taiz e Zieger, 1998
Reações da fase luminosa Reações da fase escura
A fase bioquímica da fotossíntese
Envolve 3 processos principais:
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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.
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Fonte: recursos.cnice.mec.es
• Originalmente descrito para plantas C3:
– Todas Angiospérmicas
– Briófitas
– Algas
– Maioria das pteridófitas
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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.
15/05/2012 Por Íris Victorino [email protected] 35
A. Ciclo de Calvin cont.
• 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.
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A. Ciclo de Calvin cont.
• A luz influencia este processo:
1. Realizando mudanças no estroma;
2. Alterando o movimento de protões e de Mg2+;
3. Reduzindo as pontes dissulfídricas;
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A. Ciclo de Calvin cont.
B. Síntese de amido e sacarose
• Sacarose – principal forma de carbohidrato translocada na planta via floema.
• Amido – carbohidrato insolúvel, de reserva.
– Amilose e amilopectina
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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
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• 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)
15/05/2012 Por Íris Victorino [email protected] 40
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.
15/05/2012 Por Íris Victorino [email protected] 41
C. Síntese de fructosanos cont.