Fase clara. Fase escura

Fase clara

Hipótese Quimiosmótica

(Mitchell, 1966)



Explica como a fonte de energia e a síntese do ATP são acoplados,



Hidrólise do ATP ou a transferência de elétrons geram:

Potencial elétrico (transmembrana), 

Potencial Químico, pH



Os protons são transportados atráves da membrana resultando

em uma força próton motriz,



Desacopladores são produtos químicos (hidrofóbicos, ácidos

fracos) que atravessam a membrana e desencadeiam um “curto

circuito”

no gradiente eletroquímico,

Quimiosmose precisa:



Membrana impermeável para prótons



Bomba de prótons



ATPase

Similaridades:

Transporte de elétrons gera gradiente de prótons

Gradiente dissipado

Diferenças:

de onde os elétrons recebem a sua energia

Mitocôndria: Alimentação; Cloroplasto:

energia luminosa

Fosforilação oxidativa:

Conversão do potencial de redução em ATP

Oxidação de coenzimas

Redução de oxigênio

Fotossíntese:

Conversão de energia luminosa em potencial redutor

Oxidação de água

Redução de NADP

Transporte de elétrons gera potencial elétrico e químico

Transporte de elétrons gera gradiente de prótons

A fonte de energia

A fonte de energia

Fonte imediata de energia  ATP Fonte imediata de energia  glicose

A rela

A rela

ç

ç

ão entre mitocôndrias

ão entre mitocôndrias

e cloroplastos

Reações Biológicas de oxidação redução



Reações de oxidação e redução envolvem

transferência de elétros:

Oxidação = perda de elétrons,

Redução = captação de elétrons.



Atenção aos átomos H :

Redução = número de ligações C-H aumentam,

Oxidação = número de ligações C-H diminuem.

Potenciais de redução:

 A tendência para que uma reação de oxido-redução ocorra

depende da afinidade relativa do receptor de elétrons de cada par redox,

Mede a afinidade por elétrons

Potenciais de redução padrão, E°:

 É o potencial elétrico gerado por uma reação redox de encontro a um

elétrodo de hidrogênio quando a concentração da espécie reduzida e oxidada está em uma concentração de 1 M, a 25° C, 1 atm e,

Meia reação escolhida como padrão de referência:

H

_{+ e}

_{½ H}

.

Potenciais de redução padrão, E’°:

Equação de Nernst:

Relaciona o potencial de redução padrão (E°) ao potencial de

redução (E) para quaisquer concentrações das espécies oxidadas

e reduzidas na célula.

E = E°

+ RT ln [receptor de elétrons]

n

[doador de elétrons]

R, Constante dos gases = 96,480J/V.mol

T, Temperatura absoluta em K, 25°

= 295K



, Constante de Faraday = 8,315J/mol.K

Potenciais de redução padrão X Variação de energia livre

A variação de energia livre disponível por meio do fluxo de elétrons

(variação de energia livre para uma reação de oxido-redução) é

proporcional ás diferenças nos potenciais de redução (∆E).

∆

G = -n

ΔE

No cloroplasto, duas reações fundamentais ocorrem

durante a fotossíntese:



Produção de ATP e NADPH

reações da

fase clara;



Conversão de CO

em carboidrato

reações

da fase escura



Na fase clara ou reações de transferência de

elétrons

, a radiação da luz excita um elétron da clorofila

que irá

se deslocar numa cadeia de transportadora de

elétrons. H

é

bombeado para o tilacóide produzindo a

força proton-motriz para geração de ATP. Os elétrons

juntamente com o H+, são

dirigidos para o NADP+

formando NADPH. A água é

utilizada como doadora de

elétrons resultando na

liberação de O2.

Na fase escura ou reações

de fixação do carbono

, o

ATP e o NADPH servem

como energia e força redutora

para a conversão de CO

em

Fotossíntese

6CO

C

H

O

Oxidação

Reducão

+ 6O

Luz

+ 6H

O +

INVERSO DA

RESPIRAÇÃO CELULAR!

A energia para os processos biossintéticos vem da reação

ATP + H

O ADP + P

Organismo quimiotrófico Organismo fototrófico

6 carbonos da glicose são oxidados Energia luminosa utilizada para gerar

a CO₂ ATP e NADPH para adicionar CO₂

às moléculas orgânicas

Equações gerais:

C₆ H₁₂ O₆ + 6 O₂ 6 CO₂ + 6 H₂ O 6 CO₂ + 6 H₂ O C₆ H₁₂ O₆ + 6 O₂ Go´_{= -2870 kJ/ mol G}o´_{= 2870 kJ/ mol}

Reação Clara

 Oxidação de água

 Transferência de elétrons para NADP+  Liberação de O₂,

A energia de luz solar é primeiramente absorvida pelos pigmentos da planta. Todos os pigmentos ativos em fotossíntese são encontrados no cloroplasto.

As clorofilas a e b possuem dois picos de absorção: um na região do azul-violeta (430 nm) e outro no vermelho (665 nm). Clorofila absorve a luz azul e vermelho, refletindo o verde.

Experimento clássico para determinar o comprimento

de onda onde acontece mais fotossíntese

A energia de fótons absorvida pelos pimentos fotorreceptores é

transferida para o centro da reação de clorofila

A ativação da clorofila

O elétron excitado da clorofila pode dissipar sua energia de excitação de diversas maneiras. A clorofila excitada pode decair ao seu estado basal:

1...Por meio de emissão de calor e um fóton (3 – 6 % da energia luminosa absorvida) 2. Por transferência de energia de ressonância (de pigmentos da antena para os centros

de fotorreação)

3. Por transferência de um elétron a uma molécula aceptora, portanto, reduzindo.

O elétron transferido é ligado menos fortemente ao doador em seu estado excitado do que no seu estado basal. A Chl+_{, um radical livre catiônico, precisa um elétron arrancado}

A clorofila

Centro reativo

Cadeia que encaixa a clorofila na membrana

Radiação utilizada na fotossíntese

A

eletromagnéticas emitidas pelo sol: 380 nm (azul) a 750 nm (vermelho). Os seres vivos provavelmente se especializaram em utilizar esta banda espectral devido às seguintes razões:

a) a maior quantidade de radiação que atinge a terra encontra-se dentro desta faixa;

b) radiações de comprimento de onda menor do que 380 nm (ultravioleta) são muito energéticas e destroem a maioria das ligações químicas importantes em substâncias orgânicas, tais como as pontes de hidrogênio;

c) radiações de comprimento de onda superior a 750 nm (infrevermelho) provocam um aumento excessivo de sua energia cinética, ou calor.

Pigmentos fotossintetizantes -

absorve a luz. Pigmentos diferentes absorvem a energia luminosa em diferentes comprimentos de onda. Os principais pigmentos da fotossíntese são as clorofilas, já que desempenham um papel fundamental no processo sendo, por isto mesmo,

indispensáveis. As clorofilas a e b possuem dois picos de absorção: um na região do azul-violeta (430 nm) e outro no vermelho (665 nm). Estes pigmentos absorvem

muito pouco na faixa do verde e por isto as plantas em sua maioria apresentam esta cor predominante em suas folhagens. Os pigmentos acessórios ampliam o espectro de abserção da luz por um vegetal, já que possuem máximos de absorção em faixas

A luz irradia a clorofila e eleva os seus elétrons a um estado excitado

(pigmento de antena). A energia é passada por transferência de energia de ressonância até o centro de reação da fotossistema II.

4 elétrons elevados do centro de reação são transferidos para plastoquinonas. A clorofila recupera os elétrons da seguinte maneira:

2 Moléculas de água que se ligam ao magnésio da clorofila são fotolisadas em

um O₂ , 4 prótons e 4 elétrons. Os prótons e elétrons formam gradientes eletroquímicos, O oxigênio é liberada para a atmosfera.

O mecanismo de geração de O

em cloroplastos

O centro de absorçaõ de fótons PS II (P 680) é excitado pela luz (formação de P680+₎

e transmite eletrons para plastoquinona. Um radical tirosina arranca elétrons da água e transmite-os no centro da reação do fotossistema II.

O P680 (PSII) forma um cátion P680+, que oxida água. Os elétrons da água são transportados por uma cadeia de quinonas reduzidas para o citocromo b₆ -f, concomitantemente há um translado de prótons para dentro do lúmen do tilacóide.

O citocromo b6f passa os seus elétrons para plastocianina que atinge P700 no PSI e gera um forte agente redutor.

O elétron arrancado do P700 (PSI) é transportado por uma cadeia de transportadores de elétrons (ferrodoxinas) até reduzir NADP+ a NADPH (rota não-cíclica).

Rota cíclica (independente de PSII e não produz O₂ ) transporta prótons pela membrana do tilacóide e há produção de ATP.

Rota ciclica

Transporte de elétrons

PSII oxida água e PSI reduz NADP+

A rota cíclica produz ATP mas não NADPH + H+ _{nem O} 2

•

Fotofosforilação Cíclica: só fotossistema I

Produz ATP, sem formação de NADPH e O2

•

As atividades relativas dos fluxos cíclico e acíclico

de elétrons podem ser reguladas pela célula para

determinar a quantidade de energia luminosa que é

convertida em força redutora (NADPH) e

quantidade que é convertida em altas energias das

ligações fosfato (ATP).

Transporte de elétrons pelo complexo citocromo b

f

Ligação de fotossistemas I e II

4 elétrons

Plastoqinol reduzido (PQH₂ ) formado pelo fotossistema II passa os elétrons para citocroma b6 (PQH₂ passa para plastoquinona, PQ). O citocromo b6 reduz o pastoquinol que leva prótons de fora para dentro da tilacoida.

Finalmente o plastoquinol reduz o citocromo f e transfere os elétrons para

•

Fotofosforilação Acíclica: fotossistema I e

II

2 H2O + 4 fótons 4 H+ + 4 è + O2

Fotossistema II

H+ + NADP+ NADPH

Fotossistema I

Fotossistema I

A equação geral das duas etapas: Etapa 1 transforma a energia da luz para um gradiente eletroquímico para gerar ATP Etapa 2 utiliza a energia elétrica para reduzir NADP.

2H₂ O 4 (H+ _{+ e}-_{) +O} 2

2 NADP+ 4 (H+ _+e-_{) 2 NADPH + 2H}+

3 ADP+Pi ATP

9ADP+9 Pi+ 2 H₂ O + 2NADP+ _{9 ATP+ 2NADPH + 2H}+ _+O 2

A equação geral das duas etapas: Etapa 1 transforma a energia da luz em um gradiente eletroquímico para gerar ATP Etapa 2 utiliza a energia elétrica para reduzir NADP.

8 fótons são absorvidos para transferir 4 elétrons da água para NADPH

2H₂ O 4 (H+ _{+ e}-_{) +O} 2

2 NADP+ 4 (H+ _+e-_{) 2 NADPH + 2H}+

3 ADP+Pi 3 ATP

3 ADP+3 Pi+ 2 H₂ O + 2NADP+ _{3 ATP+ 2NADPH + 2H}+ _+O 2

 Autotróficas: sintetizam seu próprio 

alimento.

BACTÉRIAS FOTOSSINTETIZANTES

6 CO

2

+ 12 H

2

S C

6

H

12

O

6

+ 6 H

2

O + 12 S

Não utilizam água

como substrato

doador de H

Não liberam

oxigênio

Fotossíntese

Fase clara

Fase escura

LUZ

CO

ATP

H

O

NADPH

O

C

H

O

CICLO DE

CALVIN

Fosforilação

Oxidativa

Fotofosforilação

Na mitocôndria, o doador inicial é um elétron de

uma coenzima reduzida (NADH ou FADH2) e o

aceptor final é o O

. Na mitocôndria, o transporte

de prótons para fora muda o potencial da

membrana e força os prótons para dentro da

mitocôndria.

No cloroplasto, os elétrons doados pela água são

transportados pela pastoquinona e a plastocianina,

para o aceptor NADP+.

Os prótons são deslocados para dentro do lúmen

do tilacóide (tornando ácido e gerando um

gradiente eletroquímico pelo diferencias de pH).

Resumo (parte I)

A fotossíntese se separa nas reações de luz clara e reações independentes de luz. Pigmentos fotorreceptores absorvem a energia de luz de comprimentos de ondas 400 -700 nm, entram num estado excitado e transmitem a energia para o

fotossistema (P680) [Formação de radical de tirosina; P680+_{]. A redução do centro}

da reação P680 acontece com a oxidação da água e retira se elétrons da água. A água se oxida para O₂ , os prótons são liberados para lumen tilacoidal e os elétrons são transferidos para plastoquinona e o complexo b₆ f. O transporte de elétrons pelo plastoquinona é acompanhado com transporte de prótons para dentro do lumen tilacoidal.

O complexo b₆ f acopla PS II com PSI.

O fotossistema I (PS700) é excitado pelo um fóton e transfere o elétron retirado para ferredoxina e da ferredoxina para NADP+. O NADP+ é reduzido para NADPH.

A rota ciclica envolve o fotossistema I (PS700), ferredoxina, o complexo b₆ f, e a plastocianina. A rota ciclica produz ATP, mas não NADPH nem O₂ .

Nas condições anaeróbicas, H₂ S serve com doador de elétrons. H₂ S é oxidado para S e os elétrons transportado através da membrana