Fase luminosa da fotossíntese: mecanismo e produtos

A fase luminosa da fotossíntese é a parte do processo fotossintético que requer a presença de luz. Assim, a luz inicia reações que resultam na transformação de parte da energia da luz em energia química.

reacções bioquímicas ocorrem nos tilacóides do cloroplasto , onde os pigmentos fotossintéticos que são excitados por luz. Estes são clorofila a , clorofila be carotenóides.

Fase luminosa da fotossíntese: mecanismo e produtos 1

Fase luminosa e fase escura. Maulucioni [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], do Wikimedia Commons

Para que reações dependentes da luz ocorram, são necessários vários elementos. É necessária uma fonte de luz dentro do espectro visível. Da mesma forma, é necessária a presença de água.

A fase luminosa da fotossíntese tem como produto final a formação de ATP (adenosina trifosfato) e NADPH (nicotinamida e adenina dinucleotídeo fosfato). Essas moléculas são usadas como fonte de energia para a fixação de CO 2 na fase escura . O também durante esta fase é libertado 2 , o produto de decomposição da molécula de H 2 O.

Exigências

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Para que reações dependentes da luz ocorram na fotossíntese, é necessário entender as propriedades da luz. Da mesma forma, é necessário conhecer a estrutura dos pigmentos envolvidos.

A luz

A luz possui propriedades de onda e partícula. A energia chega à Terra a partir do sol na forma de ondas de diferentes comprimentos, conhecidas como espectro eletromagnético.

Aproximadamente 40% da luz que atinge o planeta é luz visível. Isto está em comprimentos de onda entre 380-760 nm. Inclui todas as cores do arco-íris, cada uma com um comprimento de onda característico.

Os comprimentos de onda mais eficientes para a fotossíntese são os de violeta a azul (380-470 nm) e vermelho-laranja a vermelho (650-780 nm).

A luz também tem propriedades de partículas. Essas partículas são chamadas fótons e estão associadas a um comprimento de onda específico. A energia de cada fóton é inversamente proporcional ao seu comprimento de onda. Quanto menor o comprimento de onda, mais energia.

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Quando uma molécula absorve um fóton de energia luminosa, um de seus elétrons é energizado. O elétron pode deixar o átomo e ser recebido por uma molécula aceitadora. Este processo ocorre na fase leve da fotossíntese.

Pigmentos

Na membrana do tilacóide (estrutura dos cloroplastos) estão presentes vários pigmentos com a capacidade de absorver a luz visível.Diferentes pigmentos absorvem diferentes comprimentos de onda. Estes pigmentos são clorofila, carotenóides e ficobilinas.

Os carotenóides dão as cores amarela e laranja presentes nas plantas. Ficobilinas são encontradas em cianobactérias e algas vermelhas.

A clorofila é considerada o principal pigmento fotossintético. Essa molécula possui uma longa cauda hidrofóbica de hidrocarbonetos, que a mantém ligada à membrana do tilacóide. Além disso, possui um anel de porfirina que contém um átomo de magnésio. Neste anel, a energia luminosa é absorvida.

Existem diferentes tipos de clorofila. A clorofila a é o pigmento mais diretamente envolvido nas reações leves. A clorofila b absorve a luz em um comprimento de onda diferente e transfere essa energia para a clorofila a .

Cloroplasto é cerca de três vezes mais clorofila um a clorofila b .

Mecanismo

-Sistemas de fotos

Moléculas de clorofila e outros pigmentos são organizados dentro do tilacóide em unidades fotossintéticas.

Cada unidade fotossintética é composta de 200 a 300 moléculas de clorofila a , pequenas quantidades de clorofila b , carotenóides e proteínas. É apresentada uma área chamada centro de reação, que é o local que utiliza energia luminosa.

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Imagem: Fase luminosa da fotossíntese. Autor: Somepics. https://es.m.wikipedia.org/wiki/File:Thylakoid_membrane_3.svg

Os outros pigmentos presentes são chamados complexos de antenas. Eles têm a função de capturar e passar a luz para o centro de reação.

Existem dois tipos de unidades fotossintéticas, chamadas fotossistemas. Eles diferem no fato de seus centros de reação estarem associados a diferentes proteínas. Eles causam uma ligeira mudança em seus espectros de absorção.

No fotossistema I, a clorofila a associada ao centro de reação tem um pico de absorção de 700 nm (P 700 ). No fotossistema II, o pico de absorção ocorre a 680 nm (P 680 ).

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-Fotólise

Durante esse processo, ocorre a ruptura da molécula de água. O fotossistema II participa. Um fóton de luz atinge a molécula P 680 e leva um elétron a um nível mais alto de energia.

Os elétrons excitados são recebidos por uma molécula de feofitina, que é um aceitador intermediário. Posteriormente, eles atravessam a membrana do tilacóide, onde são aceitos por uma molécula de plastoquinona. Os elétrons são finalmente transferidos para P 700 do fotossistema I.

Os elétrons que foram cedidos pelo P 680 são substituídos por outros da água. Uma proteína que contém manganês (proteína Z) é necessária para quebrar a molécula de água.

Quando H 2 O é quebrado , dois prótons (H + ) e oxigênio são liberados. Requer que duas moléculas de água são clivados por uma molécula é libertado ó 2 .

-Fotofosforilação

Existem dois tipos de fotofosforilação, dependendo da direção do fluxo de elétrons.

Fotofosforilação não cíclica

O fotossistema I e II participam nele. É chamado não-cíclico porque o fluxo de elétrons segue um caminho.

Quando ocorre a excitação das moléculas de clorofila, os elétrons se movem através de uma cadeia de transporte de elétrons.

Começa no fotossistema I quando um fóton de luz é absorvido por uma molécula P 700 . O elétron excitado é transferido para um aceitador primário (Fe-S) que contém ferro e sulfeto.

Então vai para uma molécula de ferredoxina. Posteriormente, o elétron vai para uma molécula de transporte (FAD). Isso produz uma molécula NADP + que a reduz a NADPH.

Os elétrons produzidos pelo fotossistema II na fotólise substituirão os produzidos pelo P 700 . Isso ocorre através de uma cadeia de transporte formada por pigmentos contendo ferro (citocromos). Além disso, plastocianinas (proteínas que têm cobre) estão envolvidas.

Durante esse processo, são produzidas moléculas de NADPH e ATP. A enzima ATPsintetase está envolvida na formação de ATP.

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Fotofosforilação cíclica

Ocorre apenas no fotossistema I. Quando as moléculas do centro de reação P 700 são excitadas, os elétrons são recebidos por uma molécula P 430 .

Posteriormente, os elétrons são incorporados na cadeia de transporte entre os dois fotossistemas. No processo, moléculas de ATP são produzidas. Diferentemente da fotofosforilação não cíclica, o NADPH não ocorre ou o O 2 é liberado .

No final do processo de transporte de elétrons, eles retornam ao centro de reação do fotossistema I. É por isso que é chamado de fotofosforilação cíclica.

Produtos finais

No final da fase leve, o O 2 é liberado no ambiente como subproduto da fotólise. Esse oxigênio entra na atmosfera e é usado na respiração de organismos aeróbicos.

Outro produto final da fase leve é ​​o NADPH, uma coenzima (parte de uma enzima não protéica) que participará da fixação do CO 2 durante o ciclo de Calvin (fase escura da fotossíntese).

O ATP é um nucleotídeo usado para obter a energia necessária nos processos metabólicos dos seres vivos. Isso é consumido na síntese de glicose.

Referências

  1. Petroutsos D.R Tokutsu, S Maruyama, S Flori, A Greiner, L Magneschi, L Cusant, T Kottke. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi e J Minagaza (2016) Um fotorreceptor de luz azul medeia a regulação de feedback da fotossíntese. Nature 537: 563-566.
  2. Salisbury F e C Ross (1994) Plant Physiology. Grupo de publicação Iberoamerica. México DF. 759 pp.
  3. Solomon E, L. Berg e D. Martín (1999) Biology. Quinta Edição Editores Interamericanos da MGraw-Hill. México DF. 1237 pp.
  4. Stearn K (1997) Biologia introdutória das plantas. WC Brown Publishers. EUA 570 pp.
  5. Yamori W, T Shikanai e A Makino (2015) O fluxo de elétrons cíclico do fotossistema I via complexo semelhante ao cloroplasto NADH desidrogenase desempenha um papel fisiológico para a fotossíntese em condições de pouca luz. Nature Scientific Report 5: 1-12.

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