Fotossíntese Biologia Tema: Fotossíntese Prof. Marcos Corradini

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1 Fotossíntese Biologia Tema: Fotossíntese Prof. Marcos Corradini

2 Fotossíntese Conceito:
Os fotossintetizadores Propriedades da luz Clorofila e Pigmentos acessórios Visão global Etapa Fotoquímica Etapa Enzimática Fatores Limitantes Dicas Quimioautotróficos Quimiossíntese Questões Conceito: Fotossíntese é o processo de síntese de moléculas orgânicas na presença de luz. “Todos os organismos fotossintetizantes são autotróficos, mas nem todos os autotróficos são fotossintetizantes.” luz

3 Fotossíntese Quais organismos realizam fotossíntese? Plantas Algas
Conceito Os fotossintetizadores Propriedades da luz Clorofila e Pigmentos acessórios Visão global Etapa Fotoquímica Etapa Enzimática Fatores Limitantes Dicas Quimioautotróficos Quimiossíntese Questões Quais organismos realizam fotossíntese? Plantas Algas Cianobactérias

4 Fotossíntese As propriedades da luz
Conceito Os fotossintetizadores Propriedades da luz Clorofila e Pigmentos acessórios Visão global Etapa Fotoquímica Etapa Enzimática Fatores Limitantes Dicas Quimioautotróficos Quimiossíntese Questões As propriedades da luz Luz: Radiação eletromagnética que se propaga em ondas. A luz transporta “pacotes” de energia denominados Fótons. A luz visível corresponde a uma pequena parte do espectro eletromagnético (400 a 700 nm) – luz violeta até vermelha. A energia contida em cada fóton é inversamente proporcional ao comprimento de onda.

5 Fotossíntese Conceito Os fotossintetizadores Propriedades da luz
Clorofila e Pigmentos acessórios Visão global Etapa Fotoquímica Etapa Enzimática Fatores Limitantes Dicas Quimioautotróficos Quimiossíntese Questões

6 Fotossíntese A clorofila e os pigmentos acessórios
Conceito Os fotossintetizadores Propriedades da luz Clorofila e Pigmentos acessórios Visão global Etapa Fotoquímica Etapa Enzimática Fatores Limitantes Dicas Quimioautotróficos Quimiossíntese Questões A clorofila e os pigmentos acessórios Clorofila: Anel complexo com um átomo de Magnésio no centro e uma cadeia carbônica hidrofóbica. Função: Absorção de energia luminosa Dois tipos: Clorofila a (3/4) Clorofila b (1/4) Absorvem luz azul e vermelha preferencialmente Cauda hidrofóbica

7 Fotossíntese A clorofila e os pigmentos acessórios Conceito
Os fotossintetizadores Propriedades da luz Clorofila e Pigmentos acessórios Visão global Etapa Fotoquímica Etapa Enzimática Fatores Limitantes Dicas Quimioautotróficos Quimiossíntese Questões A clorofila e os pigmentos acessórios

8 Fotossíntese A clorofila e os pigmentos acessórios
Conceito Os fotossintetizadores Propriedades da luz Clorofila e Pigmentos acessórios Visão global Etapa Fotoquímica Etapa Enzimática Fatores Limitantes Dicas Quimioautotróficos Quimiossíntese Questões A clorofila e os pigmentos acessórios Pigmentos acessórios: Absorvem os fótons de comprimento de onda que a clorofila não consegue absorver. ß (beta) caroteno Ficoeritrina Ficocianina

9 Fotossíntese Célula clorofilada Folha Esquema da molécula de clorofila
Parede celular Célula clorofilada Folha Núcleo Vacúolo Cloroplasto Esquema da molécula de clorofila Tilacóide Membrana externa Granum Membrana interna Cloroplasto Complexo antena Tilacóide Membrana do tilacóide Granum Estroma DNA

10 Fotossíntese Célula clorofilada Folha Esquema da molécula de clorofila
Parede celular Célula clorofilada Folha Núcleo Vacúolo Cloroplasto Esquema da molécula de clorofila Tilacóide Membrana externa Granum Membrana interna Cloroplasto Complexo antena Tilacóide Membrana do tilacóide Granum Estroma DNA

11 Fotossíntese A clorofila e a formação do complexo antena Conceito
Os fotossintetizadores Propriedades da luz Clorofila e Pigmentos acessórios Visão global Etapa Fotoquímica Etapa Enzimática Fatores Limitantes Dicas Quimioautotróficos Quimiossíntese Questões A clorofila e a formação do complexo antena

12 Fotossíntese Visão global do processo fotossintético Conceito
Os fotossintetizadores Propriedades da luz Clorofila e Pigmentos acessórios Visão global Etapa Fotoquímica Etapa Enzimática Fatores Limitantes Dicas Quimioautotróficos Quimiossíntese Questões Visão global do processo fotossintético

13 Fotossíntese Conceito Os fotossintetizadores Propriedades da luz Clorofila e Pigmentos acessórios Visão global Etapa Fotoquímica Etapa Enzimática Fatores Limitantes Dicas Quimioautotróficos Quimiossíntese Questões Etapa Fotoquímica “Fase clara” – (Produção de ATP e NADPH2)

14 Fotofosforilação cíclica
Fotossíntese Quando os íons H+ passam pela ATP sintetase ela gira em torno de seu eixo e esse movimento promove a adição de grupos fosfatos (Pi) a moléculas de ADP À medida que os íons H+ se concentram dentro dos tilacóides, aumenta sua tendência de se difundir de volta ao estroma. A única maneira dos íons H+ atravessar a membrana do tilacóide é atravessando a enzima ATP sintetase. Região interna (lúmen) do tilacóide ATP Sintetase Os elétrons ao serem excitados pela luz adquirem alto nível de energia e “saltam” para fora da molécula de clorofila, sendo em seguida capturada pelos aceptores. Luz Luz Fotossistema I P700 Fotossistema II P680 Em seguida os elétrons passam pelo aceptor Citocromo (Cyt) e Plastocianina (PC) para finalmente reduzir a clorofila presente no centro de reação do Os elétrons saem do Fotossistema II e migram para a Plastoquinona (PQ), que ao reduzir bombeia íons H+ para dentro do tilacóide O centro de reação do fotossitema I absorve fótons e emitem elétrons excitados para a Ferrodoxina (Fd) Os elétrons perdidos pela clorofila são repostos pela decomposição da água, (fotólise da água) ou reação de Hill. Nesse processo são liberados íons H+ e gás oxigênio (O2) Região externa Estroma do cloroplasto Fotofosforilação cíclica Envolve somente o Fotossistema I Só há produção de ATP NADPH e O2 não são produzidos A ferrodoxina então repassa os elétrons recebidos para uma enzima que produzirá NADPH a partir de NADP+ e 2H+ E o resultado disso é a formação de moléculas de ATP

15 Fotossíntese Vídeo: Resumo fase fotoquímica Conceito
Os fotossintetizadores Propriedades da luz Clorofila e Pigmentos acessórios Visão global Etapa Fotoquímica Etapa Enzimática Fatores Limitantes Dicas Quimioautotróficos Quimiossíntese Questões Vídeo: Resumo fase fotoquímica

16 Fotossíntese Luz Etapa Enzimática – “Fase Escura”
Conceito Os fotossintetizadores Propriedades da luz Clorofila e Pigmentos acessórios Visão global Etapa Fotoquímica Etapa Enzimática Fatores Limitantes Dicas Quimioautotróficos Quimiossíntese Questões Etapa Enzimática – “Fase Escura” Produção de açúcares a partir de CO2 Local de ocorrência: Estroma do Cloroplasto Fase escura: Conceito errôneo! A fase enzimática ocorre também na presença de luz. A fase enzimática utiliza ATP e NADPH produzidos nos tilacóides durante as reações luminosas (Etapa fotoquímica) Luz Fase Enzimática (Estroma)

17 Fotossíntese Etapa Enzimática – Ciclo de Calvin Dividido em 3 etapas
Conceito Os fotossintetizadores Propriedades da luz Clorofila e Pigmentos acessórios Visão global Etapa Fotoquímica Etapa Enzimática Fatores Limitantes Dicas Quimioautotróficos Quimiossíntese Questões Etapa Enzimática – Ciclo de Calvin Dividido em 3 etapas Fixação de CO2 Produção de Açúcares Regeneração da RuBP (Ribulose Bifosfato) Vídeo: Ciclo de Calvin Estroma

18 Fotossíntese Conceito Os fotossintetizadores Propriedades da luz Clorofila e Pigmentos acessórios Visão global Etapa Fotoquímica Etapa Enzimática Fatores Limitantes Dicas Quimioautotróficos Quimiossíntese Questões 6 CO2 reage com 6 moléculas de RuBP (Ribulose bifosfato) formando 12 moléclulas de 3PG (3-Fosfoglicerato) 3ª etapa do ciclo de calvin 2ª etapa do ciclo de calvin 1ª etapa do ciclo de calvin Essa reação é catalisada pela enzima Rubisco. A enzima mais abundante do mundo! Rubisco Fixação de CO2 Regeneração da RuBP Produção de açúcares As 10 moléculas de G3P (3 carbonos) são convertidas em 6 moléculas de RuMP (5 carbonos). Estas são fosforiladas por 6 ATP’s regenerando finalmente as 6 moléculas de RuBP Como vimos a “Fase Escura” depende indiretamente da luz pois o ATP e o NADPH produzidos na Etapa Fotoquímica são necessários para que o Ciclo de Calvin possa ocorrer. Das 12 moléculas de G3P, 2 serão utilizada para a fabricação de carboidratos (açúcares) e as 10 restantes serão usadas para regenerar 6 moléculas de RuBP Numa seqüência de 2 reações sucessivas, fosforilação e redução, as 12 moléculas de 3PG são convertidas em 12 moléculas de G3P (Gliceraldeído-3-Fosfato). Repare, que para isso ocorrer, são necessários 12 ATP’s e 12 NADPH. (Produtos da “fase clara”)

19 Fotossíntese Fatores limitantes da atividade fotossintética Conceito
Os fotossintetizadores Propriedades da luz Clorofila e Pigmentos acessórios Visão global Etapa Fotoquímica Etapa Enzimática Fatores Limitantes Dicas Quimioautotróficos Quimiossíntese Questões Fatores limitantes da atividade fotossintética Valor ótimo para atuação da Rubsico Saturação das enzimas rubisco Intensidade luminosa alta Desnaturação de enzimas Taxa relativa de fotossíntese Taxa relativa de fotossíntese 10˚ ˚ ˚ ˚ Concentração de CO2 Temperatura Ponto de compensação luminoso Ponto de saturação luminosa Saturação dos fotossistemas Taxa de fotossíntese Taxa relativa de fotossíntese Taxa de respiração Quantidade de CO2 consumida na fotossíntese Intensidade luminosa Intensidade Luminosa

20 Fotossíntese Dicas Importantes
Conceito Os fotossintetizadores Propriedades da luz Clorofila e Pigmentos acessórios Visão global Etapa Fotoquímica Etapa Enzimática Fatores Limitantes Dicas Quimioautotróficos Quimiossíntese Questões Dicas Importantes Numa prova dissertativa (aberta) utilize os vocabulários Etapa fotoquímica e Etapa Enzimática ao invés de fase clara e escura. Como foi visto o oxigênio liberado pelos organismos fotossintetizantes provém da água e não do CO2 Alguns autores consideram que a Etapa Enzimática só ocorre na presença de luz, haja vista que nessa etapa o ATP e o NADPH produzidos nos tilacóides durante as reações luminosas são necessários para a produção de carboidratos. A fotofosforilação cíclica envolve somente o Fotossistema I, além disso, há somente produção de ATP, dessa maneira, NADPH e O2 não são produzidos. Quando o organismo está com deficiência de ATP a Fotofosforilação cíclica é utilizada. Na fotofosforilação acíclica há produção de ATP e NADPH e os dois fotossistemas são participantes.

21 Fotossíntese bacteriana (Fotorredução)
Conceito Os fotossintetizadores Propriedades da luz Clorofila e Pigmentos acessórios Visão global Etapa Fotoquímica Etapa Enzimática Fatores Limitantes Dicas Quimioautotróficos Quimiossíntese Questões Bactérias Púrpuras do Enxofre (Sulfobactérias) Realizam um tipo de fotossíntese em que a substância doadora de elétrons não é a água, mas sim o gás sulfídrico (H2S). Neste processo há produção de enxofre e não gás oxigênio. São anaeróbias estritas pois o O2 inibe a produção de pigmentos fotossintéticos. Fonte de Carbono Fonte de energia Doador de elétrons CO2 Luz do sol H2S CO2 + 2 H2S + Luz  CH2O + 2 S + H2O

22 CO2 + H2O + Energia → Compostos Orgânicos + O2
Quimiossíntese Conceito Os fotossintetizadores Propriedades da luz Clorofila e Pigmentos acessórios Visão global Etapa Fotoquímica Etapa Enzimática Fatores Limitantes Dicas Quimioautotróficos Quimiossíntese Questões Bactérias quimioautotróficas Realizam oxidação de compostos inorgânicos como fonte de energia para a síntese de substâncias orgânicas a partir do CO2 Nitrosomonas sp. _ 2NH3 + 3O2  2NO2 + 2H2O + 2 H+ + Energia Nitrobacter sp. _ _ 2NO2 + O2  2NO3 + Energia + Energia CO2 + H2O + Energia → Compostos Orgânicos + O2

23 Exercícios Resposta: D

24 20. (UFMG) Observe o gráfico:
a) Por que as bactérias se concentram ao redor da alga? b) Por que deve ser esperada uma maior concentração de bactérias ao redor da Spirogyra quando ela for submetida à luz azul? c) Que substância é fonte do gás produzido após a realização da fotossíntese pela Spirogyra? Como isso foi classicamente demonstrado? d) Que variável poderia ser introduzida no experimento, favorecendo uma maior concentração de bactérias ao redor da Spirogyra quando submetida à luz vermelha? Justifique. "Em um experimento verificou-se que a concentração de bactérias aeróbicas heterótrofas ao redor de um filamento de uma alga Spirogyra, exposta à luz vermelha, era maior que a concentração ao redor da mesma alga quando exposto à luz verde." Tendo como dados o gráfico, os resultados do experimentos e seus conhecimentos, explique: Resposta: D Por ser aeróbica, necessita de O2 liberado pelas algas. A taxa de fotossíntese em luz azul é maior, conseqüentemente haverá maior concentração de O2 Água, foi demonstrado utilizando-se o isótopo O18 ou oxigênio marcado. Aumentar ligeiramente a temperatura ou a intensidade de luz. Em ambos os casos, a velocidade da fotossíntese aumentaria.

25 Exercícios (FEI-SP) Com relação à fotossíntese, qual a interpretação que se pode dar ao gráfico ao lado? O gráfico mostra como a velocidade da fotossíntese varia em função da luz. Na ausência de luz não há fotossíntese; à medida que a intensidade de luz aumenta, a fotossíntese também aumenta. Porém, a partir de uma determinada intensidade de luz, a velocidade da fotossíntese mantém-se praticamente constante.

26 Exercícios (FUVEST) Um fisiologista, trabalhando com uma montagem semelhante à da figura abaixo, posicionou a fonte luminosa a uma distância x do tubo de ensaio, atingindo o ponto de compensação fótico do vegetal. a) Como passa a comportar-se o marcador do sistema nessa situação? b) Aproximando-se a fonte luminosa da montagem, que gás passa a ser liberado no interior do tubo? Que processo metabólico é responsável pela produção desse gás? O marcador permanecerá na mesma posição Oxigênio – Fotossíntese

27 Exercícios Resposta: A

28 Quantidade de CO2 consumida na fotossíntese
Exercícios Ponto de compensação luminoso Ponto de saturação luminosa Resposta: c Quantidade de CO2 consumida na fotossíntese Intensidade Luminosa

29 Exercícios UFMG 2008 Resposta: C