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MINICURSO MEDIDAS DE FOTOSSÍNTESE TEORIA E PRÁTICA NA FISIOLOGIA DE MACROALGAS II WORKSHOP EM NOVOS BIOATIVOS DE MACROALGAS MANEJO E CULTIVO, CONSERVAÇÃO,

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Apresentação em tema: "MINICURSO MEDIDAS DE FOTOSSÍNTESE TEORIA E PRÁTICA NA FISIOLOGIA DE MACROALGAS II WORKSHOP EM NOVOS BIOATIVOS DE MACROALGAS MANEJO E CULTIVO, CONSERVAÇÃO,"— Transcrição da apresentação:

1 MINICURSO MEDIDAS DE FOTOSSÍNTESE TEORIA E PRÁTICA NA FISIOLOGIA DE MACROALGAS II WORKSHOP EM NOVOS BIOATIVOS DE MACROALGAS MANEJO E CULTIVO, CONSERVAÇÃO, BIOTECNOLOGIA E TÉCNICAS DE BIOATIVIDADE RESPONSÁVEIS PELO CURSO: Aline Martins (IQ-USP) Dinaelza Pereira (IQ-USP) João Almeida (IQ-USP) Marcella Carneiro (IB-USP)

2 ESTRUTURA DO CURSO Princípios básicos da bioquímica da fotossíntese; Apresentação do analisador submersível de rendimento fotossintético DIVING-PAM; Atividade prática: DIVING-PAM; Determinação de parâmetros fotossintéticos de macroalgas expostas a inibidor de fotossíntese.

3 A FOTOSSÍNTESE Rota pela qual a maior parte da energia entra na biosfera; Transformação de energia luminosa em energia química.

4 ETAPAS DA FOTOSSÍNTESE

5 LOCALIZAÇÃO DA FOTOSSÍNTESE Cloroplastos Membrana dupla Estroma Membrana tilacóide / Grana Lúmen do tilacóide

6 LOCALIZAÇÃO DA FOTOSSÍNTESE Membrana do tilacóide Contém os pigmentos fotossintetizantes Reações luminosas da fotossíntese Estroma Contém o aparato necessário para a assimilação de CO 2 Reações de carboxilação da fotossíntese

7 REAÇÕES LUMINOSAS Papel da luz na fotossíntese Início – excitação da clorofila Término – síntese de ATP e NADPH Estrutura do aparato fotossintético Processos Natureza da luz Propriedades dos pigmentos fotossintéticos

8 Natureza da Luz REAÇÕES LUMINOSAS Partículas Fótons Energia de um fóton – quantum – diretamente proporcional a frequência da luz e inversamente proporcional ao comprimento de onda Ondas Comprimento de onda (l) Frequência (v) – nº de picos em dado intervalo de tempo

9 Natureza da Luz REAÇÕES LUMINOSAS Partículas Espectro eletromagnético PAR

10 Pigmentos fotossintéticos Absorvem luz visível em diferentes comprimentos de onda REAÇÕES LUMINOSAS Estado-base (de menor energia) Absorção de luz (λ) é Cla é Calor Cla é Emissão de luz (λ mais longo) Cla é Calor Cla Aceptor é é

11 Pigmentos fotossintéticos REAÇÕES LUMINOSAS

12 Pigmentos fotossintéticos REAÇÕES LUMINOSAS Clorofila a - Principal pigmento envolvido na fotossíntese: similaridade entre o espectro de absorção da clorofila e espectro de ação da fotossíntese. Clorofilas b, c e d – Pigmentos acessórios: ampliam a faixa de luz que pode ser utilizada na fotossíntese.

13 Clorofila REAÇÕES LUMINOSAS Cauda de hidrocarbonetos Ancoramento na porção lipídica da membrana do tilacóide Elétrons frouxamente ligados – Transição de elétrons

14 Carotenóides Banda de absorção – 400 a 500 nm – coloração vermelha, laranja e amarela; Hidrocarbonetos solúveis em lipídeos; Carotenos e xantofilas; Pigmentos antena e fotoproteção. Zeaxantina REAÇÕES LUMINOSAS

15 Ficobiliproteínas Pigmentos antena e armazenamento de nitrogênio. Proteínas ligadas covalentemente às ficobilinas (cromóforos); Ficobilissomo Esquema da organização das ficobiliproteínas no ficobilissomo de Porphyridium purpureum Porphyridiales e do arranjo do ficobilissomo com os fotossistemas (Gantt, 1990) Ficoeritrina Aloficocianina Ficocianina nm (verde) nm (verde-amarelada) nm (vermelho-Alaranjada) (Lobban & Harrison, 1994) REAÇÕES LUMINOSAS Proteína

16 Pigmentos fotossintetizantes REAÇÕES LUMINOSAS

17 Fotossistemas Unidades funcionais da fotossíntese REAÇÕES LUMINOSAS

18 Sistemas antena REAÇÕES LUMINOSAS Similares entre as diferentes classes de organismos Adaptação evolutiva a diferentes ambientes Variam com as diferentes classes de organismos Plantas superiores: 200 – 300 clorofilas por centro de reação; Algas e bactérias: milhares de pigmentos por centro de reação. Gradiente de energia Alto Baixo Energia – Absorção de fótons nm 650 nm 670 nm

19 Fotossistemas Dois tipos de fotossistemas Fotossistema I – P700 – Pico ótimo de absorção em 700 nm (vermelho-distante); Fotossistema II – P680 – Pico ótimo de absorção em 680 nm (vermelho). Trabalham de forma simultânea e contínua REAÇÕES LUMINOSAS PSI – localizado nas lamelas do estroma PSII – localizado nas lamelas granais Difusão de carreadores de elétrons pela membrana

20 ATP Sintase Estroma PSII Lúmen Pheo QAQA PC Flavo Pt. é NADP + NADPH HH O é H+H+ O H+H+ ADP + Pi ATP P680 Chl P680 Chl* PSI QBQB Cyt. b 6 f é é é P700 Chl* P700 Chl P700 Chl* P680 Chl H+H+ H+H+

21 REAÇÕES LUMINOSAS

22 Fotofosforilação cíclica ATP Sintase Estroma PSII Lúmen Pheo QAQA PC Flavo Pt. H+H+ H+H+ P680 Chl PSI QBQB Cyt. b 6 f é P700 Chl P700 Chl* H+H+ é é P700 Chl ADP + Pi ATP REAÇÕES LUMINOSAS

23 Fotoproteção, reparo e fotoinibição Energia luminosa em excesso Intensidade de fótons Fótons utilizados para fotossíntese Excesso de fótons Produtos fototóxicos Oxigênio singleto ( 1 O 2 *) Peroxido de hidrogênio (H 2 O 2 ) Radical hidroxila ( * OH) Dissipação por calor Carotenóides, SOD, aspartato Dano à D1 do PSII D1 oxidada Fotoinibição Reparo, síntese de novo REAÇÕES LUMINOSAS

24 Dissipação por calor REAÇÕES LUMINOSAS Clorofila no estado excitado Reage com O 2 Oxigênio singleto ( 1 O 2 *) Carotenóides Estado excitado decai ao inicial Calor Quenching não-fotoquímico Dissipação da excitação da clorofila por processos outros que não a fotoquímica Grande fração da excitações no sistema antena causadas pela iluminação intensa é eliminada por sua conversão em calor

25 REAÇÕES LUMINOSAS Quenching não-fotoquímico Ciclo da xantofilas Luminosidade Baixa Alta Violaxantina Anteraxantina Zeaxantina + Prótons Proteínas - antena Alterações na conformação Quenching e dissipação por calor

26 REAÇÕES LUMINOSAS Fotoinibição Excesso de excitação Chega ao centro de reação do PSII Inativação e Dano Estágios iniciais Reversível Inibição prolongada Desmontado e reparado D1

27 REAÇÕES DE CARBOXILAÇÃO Chamado de Ciclo de Calvin Síntese de glicose a partir da redução de CO 2 Consumo de NADPH e ATP, produzidos tanto na fase clara quanto em reações de oxidação de compostos orgânicos

28 REAÇÕES DE CARBOXILAÇÃO

29 Destaque para a 1ª reação Rubisco Incorporação de 1 C a um substrato de 5 C Regeneração de ribulose 1,5-bisfosfato (5 C) ao final do ciclo REAÇÕES DE CARBOXILAÇÃO

30 Produção de 1 molécula de glicose (6 C) requer: 6 moléculas de 5 C 6 moléculas de CO 2 18 ATP + 12 NADPH Equação geral do ciclo: 6 CO H 2 O + 18 ATP + 12 NADPH 1 glicose 6-fosfato + 18 ADP + 17 Pi + 12 NADP + REAÇÕES DE CARBOXILAÇÃO

31 Fase escura depende de energia luminosa Denominação imprópria Transporte de elétrons da fase clara ativa fase escura Enzimas ativas em pH alcalino e elevada concentração de Mg 2+ Frutose 1,6-bisfosfatase, sedoeptulose 1,7-bisfosfatase, ribulose 5-fosfato quinase dependem dos elétrons do PS I REAÇÕES DE CARBOXILAÇÃO


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