MINICURSO

MEDIDAS DE FOTOSSÍNTESETEORIA E PRÁTICA NA FISIOLOGIA DE MACROALGAS

II WORKSHOP EM NOVOS BIOATIVOS DE MACROALGAS

MANEJO E CULTIVO, CONSERVAÇÃO, BIOTECNOLOGIA E

TÉCNICAS DE BIOATIVIDADE

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

Início – excitação da clorofila Término – síntese de ATP e NADPH

Estrutura do aparato fotossintético

Processos

Natureza da luz Propriedades dos pigmentos fotossintéticos

Natureza da Luz

REAÇÕES LUMINOSAS

Partículas

Fótons

Energia de um fóton – quantum – diretamente proporcional a

frequência da luz e inversamente proporcional ao comprimento de

onda

Ondas

Comprimento de onda (l) Frequência (v) – nº de picos em dado

intervalo de tempo

Natureza da Luz

REAÇÕES LUMINOSAS

Partículas

Espectro eletromagnético

PAR

Pigmentos fotossintéticos

Absorvem luz visível em diferentes comprimentos de onda

REAÇÕES LUMINOSAS

Estado-base (de menor energia)

Ab

sorç

ão d

e lu

z (λ

)

éCla

éCla

Calor

Cla

é

Em

issã

o d

e lu

z (λ

m

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lon

go)

Cla

é

Cal

or

Cla

Aceptor

é

é

Pigmentos fotossintéticos

REAÇÕES LUMINOSAS

Pigmentos fotossintéticos

REAÇÕES LUMINOSAS

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.

Clorofila

REAÇÕES LUMINOSAS

Cauda de hidrocarbonetos

Ancoramento na porção lipídica da membrana do tilacóide Elétrons frouxamente ligados –

Transição de elétrons

Carotenóides

Banda de absorção – 400 a 500 nm – coloração vermelha, laranja e amarela;

Hidrocarbonetos solúveis em lipídeos;

Carotenos e xantofilas;

Pigmentos antena e fotoproteção.

Zeaxantina

REAÇÕES LUMINOSAS

Ficobiliproteínas

Pigmentos antena e armazenamento de nitrogênio.

Proteínas ligadas covalentemente às ficobilinas (cromóforos);

Ficobilissomo

Esquema da organização das ficobiliproteínas no ficobilissomo de Porphyridium purpureum Porphyridiales e do arranjo do ficobilissomo com os fotossistemas (Gantt, 1990)

Ficoeritrina

Aloficocianina

Ficocianina

495-570nm (verde)

550-630nm(verde-amarelada)

650-670nm (vermelho-Alaranjada) (Lobban & Harrison, 1994)

REAÇÕES LUMINOSAS

Proteína

Pigmentos fotossintetizantes

REAÇÕES LUMINOSAS

Fotossistemas

Unidades funcionais da fotossíntese

REAÇÕES LUMINOSAS

Sistemas antena

REAÇÕES LUMINOSAS

Similares entre as diferentes classes de organismos

Adaptação evolutiva a diferentes ambientes

Variam com as diferentes classes de organismos

Plantas superiores: 200 – 300 clorofilas por centro de reação; Algas e bactérias: milhares de pigmentos por centro de reação.

Gra

die

nte

de

ener

gia

Alto

Baixo

En

ergi

a –

Ab

sorç

ão d

e fó

ton

s400-500nm

650 nm

670 nm

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

REAÇÕES LUMINOSAS

PSI – localizado nas lamelas do estroma

PSII – localizado nas lamelas granais

Difusão de carreadores de elétrons pela membrana

ATPSintase

Estroma

PSII

Lúmen

Pheo

QA

PC

FlavoPt.

é

NADP+

NADPH

H H

O

é

H+

O

H+

ADP + PiATP

P680

Chl

P680

Chl*

PSIQB

Cyt. b6f

éé

éP700

Chl*

P700

Chl

P700

Chl*

P680

Chl

H+

H+

REAÇÕES LUMINOSAS

Fotofosforilação cíclica ATP

SintaseEstroma

PSII

Lúmen

Pheo

QA

PC

FlavoPt.

H+H+

P680

Chl

PSIQB

Cyt. b6f

é

P700

Chl

P700

Chl*

H+

é

é

P700

Chl

ADP + PiATP

REAÇÕES LUMINOSAS

Fotoproteção, reparo e fotoinibição

Energia luminosa em excesso

Intensidade de

fótons

Fótons utilizados

para fotossíntese

Excesso de fótons

Produtos fototóxicosOxigênio singleto (1O2*)Peroxido de hidrogênio (H2O2)Radical hidroxila (*OH)

Dissipação por calor

Carotenóides, SOD, aspartato

Dano à D1 do PSII

D1 oxidada Fotoinibição

Reparo, síntese de novo

REAÇÕES LUMINOSAS

Dissipação por calor

REAÇÕES LUMINOSAS

Clorofila no estado

excitadoReage com O2 Oxigênio singleto

(1O2*)

CarotenóidesEstado excitado

decai ao inicial

Calor

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 xantofilasL

um

inos

idad

e

Baixa

Alta

Violaxantina

Anteraxantina

Zeaxantina + Prótons Proteínas - antena

Alterações na conformação

Quenching e dissipação por calor

REAÇÕES LUMINOSAS

Fotoinibição

Excesso de excitaçãoChega ao centro

de reação do PSIIInativação e Dano

Estágios iniciais Reversível

Inibição prolongada Desmontado e reparado

D1

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

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

REAÇÕES DE CARBOXILAÇÃO