03/05/2011

Fotossntese fase fotoqumica

Werner C Antunes UEM/DBI

SOL: principal fonte de energia para a vida na Terra

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A Energia pode ser convertida de uma forma em outraEnergia livre(disponvel para trabalho)

vs. Calor(no disp. p/ trabalho)

Toda a vida na terra depende da luz do SOL A FOTOSSNTESE o nico processo de importncia biolgica que pode captar a energia da luz O que significa Fotossntese:literalmente significa Sntese usando Luz a transformao da energia luminosa em energia qumica.

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DEFINIOFotossntese a sntese de compostos orgnicos utilizando a energia luminosaA luz solar fornece energia para o ciclo contnuo de O2 e CO2

BiosferaClulas autotrficasCO2

Autotroficos e heterotroficos H2O vivem em equilbrio dinmico na biosfera

O2

Compostos Orgnicos

Clulas heterotrficas

FotossnteseCO2 + H2OKeq = 10-500

(h)

(CH2O)n + O2

- Fotoqumica (tilacides) Etapas - Fixao e reduo do CO2 (estroma)Memb. externa

CloroplastoLmen do tilacide

Memb. interna estroma grana

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Cloroplasto

Fotoqumica

Fixao CO2

PlastdeosMeristemas S/clorofila S/tilacide Enzimas(-)Leucoplasto(amido)

Cromoplasto Luz Luz Cloroplasto

Proplastdeo Escuro Corpo prolamelar Protoclorofilida Enzimas(-)

Escuro

Estioplasto

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Estrutura do cloroplasto

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Estrutura dos maiores complexos na membrana do tilacide

Cloroplastos e mitocndrias apresentam seu prprio DNA (circular) origem materna Apresentam diviso independente da diviso nuclear Possuem ribossomos e sntese de algumas protenas, e.g. sub-unidade maior da RUBISCO, maioria importada do citosol.

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HISTRICOJoseph Priestley, em 1770, descobre que o ar contido em um vaso consumido pela queima de uma vela e que um ramo de menta restaura o ar. Hoje sabemos que durante a fotossntese as plantas produzem O 2 , o inverso da respirao que consome O2Sem oxignio Oxignio produzido

X X

Em 1780, Ingenhousz descobre que as plantas s produzem O2 sob iluminao das partes verdes.

Mayer, em 1842 prope que a luz solar fornece energia para a formao de produtos orgnicos nos vegetais.Julius Robert Mayer (1814-1878) foi um mdico alemo que antecipou Joules na derivao do equivalente mecnico do calor e a Helmholtz no princpio da conservao da energia".

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Somente em 1937 (aps o necessrio avano da qumica) Hill executa um experimento para verificar como ocorre a converso de energia luminosa em energia qumica.

Aceptor artificial de eltrons O Cl Cl

Extrato foliar contendo cloroplastos

O2OH Cl Cl

Luz N NH

OH

2,6 diclorofenolindofenol (azul na forma oxidada) DCPIPoxi

2,6 diclorofenolindofenol H2 (incolor na forma reduzida) DCPIP red

OH

2H2O + 2A

Luz

2O2 + 2AH2

A = aceptor de eltrons, nas plantas = NADP+; AH2 = NADPH

Conceitos gerais - LUZLuz ao mesmo tempo onda eletromagntica e uma partcula Como onda eletromagntica apresenta comprimento () e freqncia (). c = velocidade da luz = 3,0 x 108 m s-1 c = Como partcula chama-se FTON contm uma quantidade de energia chamada quantum. A energia (E) no constante e depende da freqncia de acordo com a lei de Planck E = hh = constante de Planck = 6,626 x 10-34 Js

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A luz solar origina-se da fuso nuclear de tomos de H formando tomos de hlio e neutros no interior estelar2D 1Tipo de radiao

+ 3T 1Raios gama Raios X < 1 nm

4He 2

+ n0 + hvInfraMicroondas vermelho

Ondas de rdio Milhares de metros

Comprimento de onda

100 nm

< 1 milmetro

1 metro

Violeta Azul Comprimento de onda (nm) Energia (KJ/einstein)

Luz visvel Amarelo Ciano Verde Laranja Vermelho

Alta energia/freqncia

Baixa energia/freqncia

Ftons de luz azul = curto (mais energtico: 1 einstein = 23,93 104 J)

Ftons de luz vermelha = longo (menos energtico: 1 einstein = 17,10 104 J)

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Pigmentos Cloroplastdicos Os cloroplastos possuem muitos pigmentos Clorofila a Clorofila b Carotenides

Carotenos Xantofilas

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PIGMENTOS DA MEMBRANA DO TILACIDE Clorofila Clorofila a (cor verde-azulado, presena de um grupo metil (CH3) no carbono 2 do anel pirrlico II) Clorofila b ( cor verde-amarelado presena de um grupo aldedo (CHO) no carbono 2 do anel pirrlico II)

Carotenides Pigmentos amarelo-alaranjados) Carotenos: so hidrocarbonetos Xantofilas: contm em sua estrutura C,H e O (hidrocarbonetos oxigenados)

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Pigmentos hidrofbicosNcleo porfirnico ou Anel tetrapirrlico

Cauda derivada do FITOL

Participao de xantofilas na proteo contra estresse oxidativo

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Pigmentos hidrofbicosNos Cloroplastos - inseridos nas membranas dos tilacides

- ligaes no covalentes com protenas integrais- organizam-se em fotossistemas (PS I e PS II) - carotenides (ressonncia e foto-oxidao)

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Pigmentos Hidrossolveis(no fotossintticos)

Flavonides

Antocianidina

Antocianina

Exemplos de FlavonidesOCH3 (Peonidina)

Pelargonidina

Cianidina

Delfinidina

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Flavonides

Pigmentos mais importantes para as flores Polinizao Em frutos, importantes para a disperso de sementes Folhas (bloqueio da radiao UV extrema) Proteo contra ataque de herbvoros e fungos

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Pigmentos so materiais que mudam a cor da luz refletida ou transmitida como resultado de absoro seletiva de comprimentos de ondaAZUL AZUL porque no reflete VERMELHO e nem VERDE ROXO ROXO porque absorve todo VERDE

LEI DA EQUIVALNCIA FOTOQUMICA DE EINSTEIN.Uma molcula reagir apenas depois de absorver a energia de 1 fton (h). Mol = quantidade de substncia na qual o n de molculas igual ao n de Avogadro (6,02 1023 molculas), i.e. o n de molculas/partculas encontradas neste mol. Um mol de ftons o n de ftons encontrados nesse mol. igual ao n de Einstein (1 einstein = 6,02 1023 ftons). Um mol de clorofila deve absorver 6,02 x 1023 ftons de energia para iniciar a reao fotossinttica

1 mol de ftons (visvel) = 170 e 300 kJoules

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A capacidade de uma molcula absorver luz depende do arranjo de eltrons em volta do ncleo atmico. Um molcula que absorveu um fton est em estado excitado. Quando retorna ao estado bsico libera a energia como luz (fluorescncia) ou como calor.

Fton

Fton

Estado bsico e absoro de um fton

Estado excitado

Retorno ao estado bsico com emisso de fluorescncia

Molculas isoladas de clorofila, excitadas pela luz, emitem fluorescncia, porm na folha intacta isso corresponde apenas a uma pequena frao da energia (