Fosforilação Oxidativa e - UNESP: Câmpus de Jaboticabal ... · Fosforilação Oxidativa e...
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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
