UFRPE – Universidade Federal Rural de Pernambuco Engenharia Agrícola e Ambiental – EAA1 Bioquímica Vegetal – Professor: Egídio Bezerra Neto

Fotossíntese

Aluna: Janaci Santos

Recife, Março de 2010

Introdução

A revisão de literatura sobre a fotossíntese é de grande e suma importância para nosso maior aprendizado na área da bioquímica vegetal, portanto vamos de início relatar um pouco sobre a fotossíntese que tem uma grande importância não só na sobrevivência dos seres autótrofos, mas também na nossa sobrevivência e na contribuição para nosso bem está. A fotossíntese inicia a maior parte das cadeias alimentares na Terra. Sem ela, os animais e muitos outros seres heterotróficos seriam incapazes de sobreviver porque a base da sua alimentação está sempre baseada nas substâncias orgânicas proporcionadas pelas plantas verdes.

Excetuando as formas de energia nuclear, todas as outras formas de energia utilizadas pelo homem moderno provêem do sol. A fotossíntese pode ser considerada como um dos processos biológicos mais importantes na Terra. Por liberar oxigênio e consumir dióxido de carbono, a fotossíntese transformou o mundo no ambiente habitável que conhecemos hoje.

Fotossíntese e o Alimento

Todas as nossas necessidades energéticas nos são fornecidas pelos vegetais, seja diretamente, ou através dos animais herbívoros. A Fotossíntese e a Energia A celulose é um dos produtos da fotossíntese que constitui a maior parte da madeira seca. Quando a lenha é queimada, a celulose é convertida em CO2 e água com o desprendimento da energia armazenada em sua estrutura. Assim como na respiração, a queima de combustíveis libera a energia armazenada para ser convertida em formas de energia útil; por exemplo, quando queimamos álcool nos nossos automóveis, estamos convertendo a energia química em energia cinética. Além do álcool que é amplamente utilizado no Brasil como combustível, no norte do país o bagaço de cana é largamente empregado para gerar energia nas usinas de beneficiamento da cana de açúcar. A Fotossíntese, as Fibras e os Materiais sintéticos

Hoje em dia fala-se muito em reciclagem de papel como forma de se evitar a degradação do ambiente, seja no acúmulo de dejetos, seja na preservação das florestas. A matéria-prima do papel é a celulose e a partir desta, uma gama de materiais são sintetizados com as mais diversas finalidades: roupas, filtros, fibras naturais e artificiais e vários outros polímeros derivados da celulose. Outros materiais que têm como origem a fotossíntese são as borrachas naturais. A Fotossíntese e o Ambiente Atualmente há uma discussão em torno do efeito estufa que seria causado pelo

CO2 entre vários outros gases. Como fora dito anteriormente, durante a fotossíntese,

CO2 é convertido em carboidratos e outros compostos, com a produção de O2. A Fotossíntese e a Eletrônica

À primeira vista, a fotossíntese tem pouca ou nenhuma associação com a eletrônica, entretanto há potencialmente uma forte conexão entre esses dois campos do conhecimento. Hoje, procuram-se desenvolver tecnologias de transmissão de informação que sejam mais rápidas e compactas possíveis, chegando-se até à dimensão molecular (nanotecnologia). Procura-se substituir os elétrons pela luz nos processos de transmissão de informação, como hoje já é feito nos cabos de fibra óptica na telefonia. É neste ponto em que se faz a interface entre os dois campos de conhecimento, a fotossíntese e a eletrônica. Ao compreendermos como as plantas absorvem luz e como controlam o movimento desta energia absorvida, da antena para os centros de reação e como converter a luz em energia elétrica e finalmente em energia química, nós poderemos construir computadores em escala molecular. A Fotossíntese e a Medicina

A luz pode ser altamente maléfica se não for devidamente controlada, temos como exemplos os inúmeros casos de câncer de pele. As plantas têm que absorver luz com o mínimo de dano para ela mesma. A compreensão das causas dos danos causados pela luz e os mecanismos naturais de proteção, pode beneficiar-nos em áreas alheias à fotossíntese como a medicina.

Metodologia

A Descoberta da Fotossíntese

Na primeira metade do século 17, o médico Van Helmont cultivou uma planta em um jarro com terra e regou a planta somente com água da chuva. Ele observou que após 5 anos, a planta tinha crescido bastante, mas a quantidade de terra no jarro quase não decresceu. Van Helmont concluiu que o material utilizado pela planta para o seu crescimento veio da água utilizada para regá-la. Em 1727 o botânico inglês Stephan Hales observou que as plantas usavam principalmente o ar como fonte de nutrientes para o seu crescimento. Entre 1771 e 1777, o químico Joseph Priestly descobriu que quando ele colocava uma vela no interior de um jarro emborcado, a chama extinguiase rapidamente sem que a cera fosse completamente consumida. Posteriormente ele observou que se um camundongo fosse colocado nas mesmas condições ele morreria. Ele mostrou então que o ar que fora consumido pela vela e pelo camundongo, poderia ser restaurado por uma planta. Em 1778, Jan Ingenhousz repetiu os experimentos de Priestly e observou que era a luz a responsável pela restauração do ar. Ele observou também que somente as partes verdes das plantas tinham essas propriedades. Em

1796, Jean Senebier mostrou que o CO2 era quem consumia o ar e que o mesmo era fixado pelas plantas durante a fotossíntese. Logo em seguida, Theodore de Saussure mostrou que o aumento da massa das plantas durante o seu crescimento não poderia ser devido somente à fixação de CO2, mas também devido à incorporação da água. Assim a reação básica da fotossíntese foi concluída:

nCO2 + nH2O + luz ---> (CH2O)n + nO2 onde “n” é o número de mol das espécies moleculares envolvidas.

O que é fotossíntese?

A fotossíntese é o processo através do qual plantas, seres autotróficos (seres que produzem seu próprio alimento) e alguns outros organismos transformam energia luminosa em energia química processando o dióxido de carbono e outros compostos (CO2), água (H2O) e minerais em compostos orgânicos e produzindo oxigênio gasoso (O2). Os organismos clorofilados (plantas, algas e certas bactérias) captam a energia solar e a utilizam para a produção de elementos essenciais, portanto o sol é a fonte primária de energia. Os animais não fazem fotossíntese, mas obtém energia se alimentando de organismos produtores (fotossintetizantes) ou de consumidores primários. A fotossíntese pode ser representada pelas seguintes equações:

LuzLuz
Equação 6H2O + 6CO2 -> 6O2 + C6H12O6Equação 12H2O + 6CO2 → 6O2 +C6H12O6 + 6H2O
simplificadaclorofila não simplificada clorofila

A água e o CO2 são pouco energéticos, enquanto que os carboidratos formados são altamente energéticos. Portanto a fotossíntese transforma energia da radiação solar em energia química.

Através da fotossíntese as plantas produzem oxigênio e carboidratos a partir do gás carbônico. Na respiração ela consome oxigênio e libera gás carbônico no ambiente, entretanto em condições normais, a taxa de fotossíntese é cerca de 30 vezes maior que a respiração na mesma planta, podendo ocorrer momentos em que ambas serão equivalentes.

As etapas da fotossíntese

Com estas técnicas, descobriu-se, por exemplo, que a fotossíntese ocorre ao longo de duas etapas:

A fase fotoquímica, fase luminosa ou fase clara (fase dependente da luz solar) é a primeira fase do processo fotossintético. A energia luminosa é captada por meio de pigmentos fotossintetisantes, capazes de conduzi-la até o centro de reação.

A fase química ou "fase escura", onde se observa um ciclo descoberto pelos cientistas Melvin Calvin, Andrew Benson e James Bassham.

Plantas jovens consomem mais dióxido de carbono e libertam mais oxigénio, pois o carbono é incorporado a sua estrutura física durante o crescimento.

A clorofila é responsável pela absorção de energia luminosa que será utilizada numa reação complexa na qual o dióxido de carbono reage com a água, formando-se glicose (base dos hidratos de carbono), que é armazenada e utilizada pelas plantas, libertando-se, como resíduo desta operação, moléculas de oxigênio.

É importante realçar que a fase escura não ocorre apenas à noite ou na ausência de luz, o nome refere-se ao fato desta fase não necessitar da luz para funcionar. Ela acontece logo após a fase clara numa reação em cadeia até que o substrato se esgote.

Estrutura do cloroplasto

Vamos esclarecer um pouco sobre a organela chamada de cloroplasto para que possamos entender melhor a fotossíntese que ocorre nessa organela que se localizam principalmente no mesófilo foliar.

Envelope: Membrana dupla de revestimento do cloroplasto; Estroma: Matriz fluida, que contém várias estruturas membranosas, chamadas grana; Grana: Estruturas com várias camadas membranosas, em forma de discos; Lamelas: Conjunto de canais membranosos que interligam os grana. Tilacóides: Discos membranosos que formam o granum, e encontram-se empilhados.

Fase fotoquímica ou fase clara

Fotofosforilação cíclica

Os dois fotossistemas trabalham juntos, porém o fotossistema 1 pode atuar de forma independente, mas sozinho ele só trabalha para a produção de ATP para o metabolismo celular.

Ao invés de ser transferido para o NADP+ o elétron emitido pela P700 excitada vai para ferredoxina e para a cadeia transportadora de elétrons, entre o FS1 e o FS2 e descem através de outra cadeia até a molécula aprisionadora do FS1, estimulando o transporte de íons H+ e promovendo a produção de ATP. Os aceptores da cadeia transportadora são chamados de citocromos e o aceptor final chama plastocianina. Quando o elétron chega na plastocianina, ele retorna à P700, formando um ciclo.

Fotofosforilação acíclica

A fotofosforilação acíclica utiliza os dois fotossistemas e tem início quando a clorofila P680 é excitada e doa um elétron para um aceptor Q do grupo das quinonas ficando com carga elétrica positiva e o aceptor Q com carga negativa.

Esse poder oxidante da clorofila a provoca a fotólise da água. A reação ocorre com 2 moléculas de água, que tem 4 elétrons captados por 4 moléculas de clorofila a. Como resultado desta reação temos a produção de 1 molécula de gás oxigênio e 4 íons de H+. O ATP produzido durante a fotossíntese é resultado da fotólise da água, que gera um gradiente de prótons na membrana do tilacóide.

O aceptor Q transfere seu elétron para a plastocianina, porém antes passa por aceptores, liberando de forma gradativa sua energia para bombear os íons H+ presentes no estroma para o lúmen do tilacóide.

No FS2 as moléculas do complexo antena ficam excitadas e os elétrons vão para a molécula aprisionadora P700. O elétron desta molécula é transportado por uma série de transportadores e o resultado deste processo é a redução do NADP+ à NADPH, enquanto ocorre a oxidação da P700. A P700 tem os seus elétrons repostos pela cadeia transportadora do FS1.

H2O + NADP+ -> NADPH + H + ½ O2

Nos dois fotossistemas há clorofila a e b, porém em proporções diferentes. Enquanto o fotossistema 1 tem mais clorofila a, o fotossistema tem mais clorofila b. O fotossistema que absorve luz com comprimento de onda próximo a 700 nm é chamado de P700 e o que absorve luz com comprimento de onda próximo da 680 nm é chamado de P680.

Quando os pigmentos recebem energia luminosa e ficam excitados, ocorre o deslocamento de elétrons para níveis energéticos mais elevados. A substância que doou elétrons fica oxidada e a receptora reduz, evidenciando então uma reação de óxido-redução.

O fotossistema 1 possui um redutor poderoso e um oxidante fraco (P700) enquanto o fotossistema 2 é o mais lábil e fluorescente dos fotossistemas. Ele catalisa a transferência de elétrons entre a água e a plastoquinona, formando um sistema oxidante-redutor chamado esquema Z. Quem faz a ligação entre os 2 fotossistemas é a plastoquinona, plastocianina e citocromos, cada um com seu potencial de óxidoredução.

Os fotossistemas são os complexos responsáveis pela conversão da energia luminosa em energia química

Fase Química ou Fase Escura

Nessa fase chamada de ciclo de Calvin ou ciclo das pentoses, que ocorre no estroma do cloroplasto, o tilacóide fornece ATP e NADPH2 ao estroma do cloroplasto, onde se encontra a pentose (ribulose fosfato), essa pentose ativada por um fosfato, fixa o carbono que provém do dióxido de carbono do ar sob a ação catalisadora da "rubisco" (ribulose bifosfato carboxilase-oxidase) e em seguida é hidrogenada pelo

NAPH2 formando o aldeído que dará origem à glicose. Para a síntese de uma molécula de glicose são fixadas seis de dióxido de carbono, permitindo que o processo recicle a ribulose fosfato. A devolvendo ao estroma. Desta fase resulta a formação de compostos orgânicos como a glicose, necessária à atividade da planta. Esta fase é denominada fase escura, no entanto é um termo utilizado de forma inadequada, pois para a "rubisco" entrar em atividade determinando a fixação do CO2 atmosférico para a formação de moléculas de glicose, ela precisa estar num estado reduzido, e para isso acontecer é necessário que a luz esteja presente.

Fixação do Carbono de Forma diferenciada

Ciclo C3

Utilizando o isótopo radioativo 14CO2 durante 5 segundos verificou-se que a radioatividade se concentrava em um açúcar com 3 carbonos, o ácido fosfoglicério (PGA).

Ciclo C4 Utilizando à mesma técnica, concluiu que o primeiro açúcar formado tinha 4 carbonos e que este ciclo requer 2 ATP a mais que o ciclo C3 na assimilação do CO2. Esse processo ocorre com plantas de clima árido e gramíneas tropicais, por conta do baixo consumo de água por unidade de matéria produzida e baixa perda de CO2 na luz.

Os Fatores Limitantes da Fotossíntese Intensidade luminosa

Comprimento de onda e intensidade da luz: A velocidade da fotossíntese está diretamente relacionada com a quantidade de luz, até ser atingido o nível de saturação.

Temperatura

As reações na região limitada pela luz não são sensíveis à temperatura. Em condições ideais de luminosidade e concentração de gás carbônico a taxa de fotossíntese tende aumentar conforme a temperatura aumenta, porém quando esta fica muito alta, pode causar danos para a fotossíntese e para a planta.

Gás Carbônico

Em regiões limitadas pela luz, se acrescentarmos mais gás carbônico podemos perceber um aumento na taxa de fotossíntese. A concentração deste gás na atmosfera varia entre 0,03 a 0,04% e isso não é suficiente para a planta utilizar na fotossíntese. Por isso o CO2 é considerado fator limitante da fotossíntese. Chamamos de ponto de compensação de CO2 o momento em que o consumo de gás carbônico na fotossíntese equivale ao liberado pela planta na respiração e varia conforme a espécie considerada.

Água

A água é fundamental como fonte de hidrogênio para a produção da matéria orgânica. Em regiões secas as plantas têm a água como um grande fator limitante.

Morfologia foliar

Conclusão

A revisão de literatura foi bastante esclarecedora e de grande importância para nos fazer lembrar de conteúdos passados e de conteúdos assimilados com o novo estudo.

Bibliografia

RAVEN, P.H. Biologia vegetal, 6ª ed. New York: New York and Basingstoke, 2001. 874 pgs. SILVA JÚNIOR, C. ; SASSON, S. Biologia, 3ª ed. Saraiva, 2003. 640 pgs.

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