Metabolismo energético das
células: Fotossíntese
Metabolismo energético das células:
Fotossíntese
Introdução
Os fotoautótrofos são todos aqueles
organismos que realizam a fotossíntese,
isto é, a síntese de moléculas orgânicas
a partir de CO2 e H2O, utilizando a
energia da luz solar. São organismos
fotossintetizantes as cianobactérias,
alguns tipos de bactérias, vários protistas
e todas as plantas.
A matéria orgânica resultante dos
processos fotossintéticos é utilizada por
organismos heterotróficos.
Metabolismo energético das células
A fotossíntese representa a principal fonte de formação de matéria
orgânica para todos os seres vivos, além de ser a principal
responsável pela manutenção da taxa de O2 no ar atmosférico.
● A importância da luz para a fotossíntese
A planta em presença de luz libera oxigênio.
O oxigênio é um dos produtos da fotossíntese. Assim, ao
detectarmos a sua presença, estamos evidenciando de forma
indireta que a fotossíntese ocorreu.
Metabolismo energético das células
Metabolismo energético das células
● Luz e pigmentos fotossintetizantes
A luz só pode ser utilizada na fotossíntese devido à presença, nos seres
fotossintetizantes, de pigmentos especializados que conseguem captar a
energia luminosa.
A luz solar é uma forma de energia radiante composta por vários
comprimentos de onda. Cada cor compreende determinados comprimentos
de onda.
Os pigmentos fotossintetizantes têm a propriedade de absorver certos
comprimentos de onda, refletindo os demais. A cor do pigmento é dada pelo
comprimento de onda refletido.
Estes pigmentos estão representados principalmente pelas clorofilas
(verdes); pelos carotenos e xantofilas (amarelados); e pelas ficobilinas
(ficocianina – azul e ficoeritrina – vermelho)
Metabolismo energético das células
Ocorrência de pigmentos nos seres fotossintetizantes
Metabolismo energético das células
As clorofilas são os pigmentos mais
importantes para a fotossíntese. São
elas que conseguem absorver com
maior eficiência os comprimentos de
onda das luzes azul e vermelha, nos
quais a fotossíntese é mais intensa.
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● Plastos
Nos eucariontes, os pigmentos fotossintetizantes ficam no interior de
organelas citoplasmáticas denominadas cromoplastos (cromo = cor). Estes
recebem nomes específicos de acordo com a cor do pigmento
predominante. Ex: xantoplasto – xantofila; cloroplasto – clorofila.
● Cloroplastos
Existem cloroplastos de diversas
formas e em número variável por
célula.
Metabolismo energético das células
Os cloroplastos das células de plantas terrestres, quando examinados,
mostram-se formados por três componentes principais:
A)o envelope – delimita o cloroplasto e é formado por duas membranas (uma
externa e uma interna);
B)os tilacóides – localizam-se as moléculas de cloroplastos;
C)o estroma – corresponde à região do cloroplasto entre o envelope e os
tilacóides. Há ribossomos, DNA e RNA, relacionados com a síntese de
algumas das proteínas dos cloroplastos.
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● A equação geral da fotossíntese
Esta equação mostra que, na presença de luz e clorofila, o gás
carbônico e a água são convertidos numa hexose (açúcar com 6
carbonos), a glicose, havendo liberação de oxigênio.
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● As etapas da fotossíntese
Apesar de ser apresentada em apenas uma equação, a
fotossíntese não ocorre em apenas uma reação química.
Duas etapas :
1)Fotoquímica – reações de claro (necessidade de energia
luminosa).
Ocorre nos tilacóides.
2) Química – reações de escuro (não há necessidade de luz).
Ocorre no estroma dos cloroplastos.
Metabolismo energético das células
Metabolismo energético das células
1) Etapa fotoquímica da fotossíntese
A) Fotólise da água – é a quebra da molécula de água sob a ação da luz,
havendo liberação de oxigênio para a atmosfera e transferência dos
átomos de hidrogênio para transportadores de hidrogênio (NADP).
OBS: O oxigênio liberado pela fotossíntese provém da água e não do CO2!!!
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1) Etapa fotoquímica da fotossíntese
B) Fotofosforilação – adição de fosfato em presença de luz. A substância
que sofre fosforilação na fotossíntese é o ADP, formando ATP.
É através desse processo que a energia luminosa do Sol é transformada
em energia química, que fica armazenada nas moléculas de ATP.
Há participação dos pigmentos fotossintetizantes – função primordial é
captar a energia luminosa, atuando como “antenas” captadoras de luz
(complexos antena). A energia captada pelas moléculas dos pigmentos é
conduzida até a clorofila a, que recebe o nome de centro de reação.
Metabolismo energético das células
Os complexos antena e os centros de reação
formam dois tipos de sistema de fosforilação:
● Fotossistema I – está associado a um centro
de reação, ou seja, a uma molécula de clorofila
a denominada P 700.
● Fotossistema II – está associado a um centro
de reação, ou seja, a uma molécula de clorofila
a denominada P 680.
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B) Fotofosforilação:
1) Acíclica – os elétrons excitados não voltam ao mesmo tipo de
moléculas. Por isso, é chamada de acíclica.
Os elétrons excitados que saem da clorofila a P680, vão para a
clorofila a P700 e, em seguida, para o NADP. Nesse trajeto é
formado ATP, e o NADP recebe elétrons.
A clorofila a P680 perde seus elétrons, que serão repostos por
aqueles provenientes da fotólise da água.
Metabolismo energético das células
Metabolismo energético das células
B) Fotofosforilação:
2) Cíclica – os elétrons excitados saem da molécula de clorofila a P700 e
voltam para ela mesma.
A clorofila a P680 não participa desse processo.
Os elétrons excitados passam por receptores de elétrons e liberam
energia aos poucos, que será utilizada na síntese de ATP.
Ao contrário da fotofosforilação acíclica, não há formação de
NADPH2.
Metabolismo energético das células
Metabolismo energético das células
●Interação entre os processos fotoquímicos
Os três processos ocorrem
simultaneamente
nos
cloroplastos.
A fotofosforilação cíclica
produz ATP e nela ocorre o
fechamento do ciclo.
A fotofosforilação acíclica
está relacionada à fotólise
da água.
Metabolismo energético das células
2) Etapa química da fotossíntese (Ciclo de Calvin ou das pentoses)
Essa etapa ocorre no estroma dos cloroplastos sem necessidade de luz.
Esse ciclo começa com a união de CO2 do ar com moléculas orgânicas já
presentes no cloroplasto (fixação do carbono).
Em seguida, ocorre a incorporação de hidrogênios às moléculas de
carbono, formando carboidratos. Quem fornece esses hidrogênios são os
NADPH2 formados na etapa fotoquímica. Nesse processo há necessidade
de energia, que é fornecida pelas moléculas de ATP, produzidas também
nas reações de claro.
Esse ciclo, apesar de não depender diretamente da luz, depende das
reações da fase fotoquímica, pois precisa dos ATPs e dos NADPH2
formados na presença de luz.
Obs: Cada CO2 do
ciclo
gasta
2
NADPH2 e 3 ATP.
Esta fase foi chamada
escura por conta do
aparecimento do PGA
mesmo quando
apagavam a luz nos
experimentos. Porém,
tal composto continua
sendo formado até
poucos instantes
depois, já que
depende do ATP e do
NADPH2 formado na
fase clara.
Metabolismo energético das células
Plantas C3 – Ciclo de Calvin
Plantas C4 – Ciclo de Hatch e Slack + Ciclo
de Calvin
Plantas CAM – Ciclo do ácido málico + Ciclo
de Calvin
Plantas C4 – Cana-de-açúcar, milho e orquídea
A inicial incorporação de CO2 por
algumas plantas utilizam uma via
adicional envolvendo moléculas de
quatro carbonos. Nestas plantas,
conhecidas como C4, o primeiro
produto na incorporação do CO2 é o
oxaloacetato (OAA), uma molécula de
quatro carbonos.
Estas plantas apresentam uma alta
taxa de fotossíntese líquida associado
com um alto ponto de saturação de
luz. Além disso, plantas C4 possuem
uma afinidade extraordinariamente alta
por CO2.
Plantas CAM – crutaláceas, bromeliáceas, cactáceas.
Captam o CO2 no período noturno
porque deste modo há uma redução da
perda de água, já que nestas horas a
temperatura é menor.
Durante a noite, há formação de malato
e este é armazenado no vacúolo.
Durante o dia, o malato é liberado do
vacúolo e sofre uma descarboxilação
pela ação da enzima málica, liberando
CO2. Este será fixado no Ciclo de Calvin.
Descarboxilação
Libera CO2
Ácido málico – 4 Carbonos
Entra no Ciclo de Calvin
Fatores que influem na velocidade
da fotossíntese
Quando a planta está no escuro consome oxigênio, uma vez
que está apenas respirando.
À medida que a intensidade da luz aumenta, a planta inicia a
fotossíntese.
Ponto de saturação
luminosa
Ponto de compensação – todo o oxigênio produzido é
consumido na respiração
Aumentando a concentração de gás carbônico, a
velocidade da fotossíntese aumenta até que outros
fatores passem a ser limitantes.
A temperatura acelera a fotossíntese até certo ponto, depois do
qual as enzimas sofrem desnaturação, e a velocidade da
fotossíntese cai até zero.
Essa alteração só ocorre se houver luz suficiente; com pouca
intensidade luminosa, um aumento da temperatura praticamente
não influi na fotossíntese (nesse caso, a luz é o fator limitante).
Quimiossíntese
Processo restrito a certas bactérias, caracterizado pela
obtenção de glicose a partir do fornecimento de energia
oriunda da oxidação de compostos inorgânicos, com o
consumo de CO2 e água.
Ex: Ferrobactérias
4FeO + O2 → 2 Fe2O3
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6 CO2
Bibliografia
Biologia Hoje - Vol. 1 - Sérgio Linhares E
F. Gewandsznajder
Bio – Sônia Lopes
http://www.sobiologia.com.br/