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   MINICURSO MEDIDAS DE FOTOSSÍNTESE TEORIA E PRÁTICA NA FISIOLOGIA DE MACROALGAS RESPONSÁVEIS PELO CURSO: Aline Martins (IQ-USP) Dinaelza Pereira (IQ-USP) João Almeida (IQ-USP) Marcella Carneiro (IB-USP)

ESTRUTURA DO CURSO  DIVING-PAM;  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.

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

ETAPAS DA FOTOSSÍNTESE

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

LOCALIZAÇÃO DA FOTOSSÍNTESE  Membrana do tilacóide  Contém os pigmentos fotossintetizantes  Reações luminosas da fotossíntese  Estroma  Contém o aparato necessário para a assimilação de CO2  Reações de carboxilação da fotossíntese

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

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

REAÇÕES LUMINOSAS  Natureza da Luz  Partículas Espectro eletromagnético  PAR

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

REAÇÕES LUMINOSAS  Pigmentos fotossintéticos

REAÇÕES LUMINOSAS  Pigmentos fotossintéticos  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.

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

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

REAÇÕES LUMINOSAS  Ficobiliproteínas     Proteínas ligadas covalentemente às ficobilinas (cromóforos); Proteína  Pigmentos antena e armazenamento de nitrogênio. Ficobilissomo Esquema da organização das ficobiliproteínas no ficobilissomo de Porphyridium purpureum Porphyridiales e do arranjo do ficobilissomo com os fotossistemas (Gantt, 1990) Ficoeritrina 495-570nm (verde)  Ficocianina 550-630nm (verde-amarelada)  Aloficocianina 650-670nm (vermelho-Alaranjada) (Lobban & Harrison, 1994) 

REAÇÕES LUMINOSAS  Pigmentos fotossintetizantes

REAÇÕES LUMINOSAS  Fotossistemas  Unidades funcionais da fotossíntese

REAÇÕES LUMINOSAS  Sistemas antena  Variam com as diferentes classes de organismos Adaptação evolutiva a diferentes ambientes Gradiente de energia Alto Baixo Energia – Absorção de fótons 400-500nm 650 nm 670 nm  Plantas superiores: 200 – 300 clorofilas por centro de reação;  Algas e bactérias: milhares de pigmentos por centro de reação.  Similares entre as diferentes classes de organismos

Difusão de carreadores de elétrons pela membrana REAÇÕES LUMINOSAS  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  PSI – localizado nas lamelas do estroma  PSII – localizado nas lamelas granais Difusão de carreadores de elétrons pela membrana

é PSII PSI é é é é Estroma Lúmen ATP NADPH ATP Sintase P680 P680 P680 ADP + Pi H+ NADPH NADP+ H+ Flavo Pt. Pheo é QA PSII PSI QB Cyt. b6f é é P680 Chl P680 Chl* P680 Chl PC P700 Chl é P700 Chl* P700 Chl* é H O H+ H+ O Lúmen

REAÇÕES LUMINOSAS

REAÇÕES LUMINOSAS é PSII PSI é é Estroma Lúmen ATP ADP + Pi  Fotofosforilação cíclica ATP Sintase Estroma H+ é Flavo Pt. Pheo QA PSII PSI QB é Cyt. b6f é P680 Chl PC P700 Chl P700 Chl* P700 Chl H+ H+ Lúmen

Carotenóides, SOD, aspartato REAÇÕES LUMINOSAS  Fotoproteção, reparo e fotoinibição  Energia luminosa em excesso Fótons utilizados para fotossíntese Intensidade de fótons Excesso de fótons Dissipação por calor Produtos fototóxicos Oxigênio singleto (1O2*) Peroxido de hidrogênio (H2O2) Radical hidroxila (*OH) Carotenóides, SOD, aspartato Dano à D1 do PSII D1 oxidada Reparo, síntese de novo Fotoinibição

REAÇÕES LUMINOSAS  Dissipação por calor  Quenching não-fotoquímico Clorofila no estado excitado Reage com O2 Oxigênio singleto (1O2*) Carotenóides Calor Estado excitado decai ao inicial  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

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

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

REAÇÕES DE CARBOXILAÇÃO  Chamado de Ciclo de Calvin  Síntese de glicose a partir da redução de CO2  Consumo de NADPH e ATP, produzidos tanto na fase “clara” quanto em reações de oxidação de compostos orgânicos

REAÇÕES DE CARBOXILAÇÃO

REAÇÕES DE CARBOXILAÇÃO  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  Produção de 1 molécula de glicose (6 C) requer:  6 moléculas de 5 C  6 moléculas de CO2  18 ATP + 12 NADPH  Equação geral do ciclo: 6 CO2 + 11 H2O + 18 ATP + 12 NADPH  1 glicose 6-fosfato + 18 ADP + 17 Pi + 12 NADP+

REAÇÕES DE CARBOXILAÇÃO  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 Mg2+ Frutose 1,6-bisfosfatase, sedoeptulose 1,7-bisfosfatase, ribulose 5-fosfato quinase dependem dos elétrons do PS I