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
 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
 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
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
REAÇÕES LUMINOSAS
 Pigmentos fotossintéticos
 Absorvem luz visível em diferentes comprimentos de onda
é
Emissão de luz (λ
mais longo)
é
é
Cla
Cla
Estado-base (de menor energia)
Cla
é
Aceptor
Calor
Absorção de luz (λ)
é
Cla
Cla
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
Ficoeritrina

495-570nm (verde)
Ficocianina

550-630nm
(verde-amarelada)
Aloficocianina
 650-670nm
(vermelho-Alaranjada)
(Lobban & Harrison, 1994)
Esquema da organização das ficobiliproteínas no ficobilissomo de
Porphyridium purpureum Porphyridiales e do arranjo do ficobilissomo
com os fotossistemas (Gantt, 1990)
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
Baixo
400-500nm
650 nm
670 nm
Energia – Absorção de fótons
Gradiente de energia
Alto
 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
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
Estroma
ADP + Pi
ATP
H+
NADPH
NADP+
H+
Pheo
ATP
Sintase
Flavo
Pt.
é
QA
PSII
é
PSI
QB
Cyt.
b6f
Chl
Chl*
é
PC
P680
H
é
Chl
Chl*
P700
éH
H+
O
H+
O
Lúmen
REAÇÕES LUMINOSAS
REAÇÕES LUMINOSAS
ADP + Pi
ATP
 Fotofosforilação cíclica
H+
éFlavo
Pheo
ATP
Sintase
Pt.
QA
PSII
PSI
QB
Cyt.
b6f
é
Chl
P680
PC
é
Chl
Chl*
P700
H+
Lúmen
H+
Estroma
REAÇÕES LUMINOSAS
 Fotoproteção, reparo e fotoinibição
 Energia luminosa em excesso
Intensidade de fótons
Fótons utilizados
para fotossíntese
Excesso de fótons
Dissipação por calor
Produtos fototóxicos
Carotenóides, SOD, aspartato
Oxigênio singleto (1O2*)
Peroxido de hidrogênio (H2O2)
Radical hidroxila (*OH)
Dano à D1 do PSII
Reparo, síntese de novo
D1 oxidada
Fotoinibição
REAÇÕES LUMINOSAS
 Dissipação por calor
Clorofila no estado
Reage com O2
excitado
Carotenóides
Oxigênio singleto
(1O2*)
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
Baixa
Luminosidade
Violaxantina
Anteraxantina
Zeaxantina + Prótons
Proteínas - antena
Alta


Alterações na conformação
Quenching e dissipação por calor
REAÇÕES LUMINOSAS
 Fotoinibição
Excesso de excitação
 Estágios iniciais
 Inibição prolongada
Chega ao centro
de reação do PSII
Reversível
Desmontado e reparado
D1
Inativação e Dano
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