Mecanismos da Fotossíntese: Transporte de Elétrons e Vias C4

Transporte de Elétrons (Não Cíclico e Cíclico)

O Transporte de Elétrons (e⁻) ocorre na membrana do tilacoide do cloroplasto. Por meio da fotólise da H₂O, são liberados O₂, 4e⁻ e 4H⁺. Quatro átomos de manganês (Mn) presentes no lúmen são reduzidos pelos e⁻ provenientes da quebra das moléculas de H₂O. Como cada fóton absorvido remove um e⁻ do P680, este centro de reação repõe o elétron extraindo-o do aglomerado de íons de Mn, que primeiramente entra no PSII e reduz a tirosina. Esta, por sua vez, oxida-se, passando os e⁻ para o P680.

O centro de reação passa os e⁻ para a Feofitina (Pheo). Deste ponto, os e⁻ se ligam a QA na proteína D2, que os repassa para QB na proteína D1. Quando QB é reduzida, chama-se 2PQ (Plastoquinona), que sai do PSII. Cada PQ se liga a 2H⁺ vindos do estroma, formando PQH₂. O PQH₂ se quebra em 2H⁺, 4e⁻ e 2 Plastoquinonas (PQ). Os 2H⁺ vão para o lúmen. A PQ fica no espaço entre-membranas e os 4e⁻ são mandados para o Complexo Citocromo b₆f: 2e⁻ para o Citb₆ e 2e⁻ para 2Fe-2S, que os encaminham para o CitF. A Plastocianina (PC) é oxidada no lúmen e pega 2e⁻ no CitF, ficando reduzida. Esses e⁻ vão para o P700, transferindo-se para o PSI, que os envia para A₀ (molécula de clorofila) e, posteriormente, para A₁ (vitamina), daí para 4Fe-S e depois para a Ferredoxina (Fd). Por fim, 2NADP⁺ são reduzidos com esses e⁻, formando 2NADPH. Essa reação ocorre no estroma (no transporte não cíclico).

Transporte Cíclico

Quando não houver a redução do NADP⁺ ou se faltar NADP⁺, a planta segue o caminho cíclico. Assim, 2e⁻ saem da Fd via Citb₆, formando novamente PQ, que se liga a 2H⁺ vindos do estroma, resultando em PQH₂. O PQH₂ se quebra em 2H⁺, PQ e 2e⁻. Esses e⁻ são transferidos para 2Fe-2S e, em seguida, para o CitF, seguindo para o PSI, como foi dito anteriormente, e os 2H⁺ vão para o lúmen.

Fotorrespiração e Plantas C3/C4

A Fotorrespiração acontece devido à atividade da enzima Rubisco, que sofrerá interferência das concentrações de CO₂ e O₂ no ambiente. Nessas condições, a Rubisco trabalha aproximadamente 70% com carboxilação e 30% sem carboxilação (oxigenação), incorporando O₂ na fotorrespiração.

A fotorrespiração interfere na via C3 de maneira que:

• São necessários 4 moléculas de 3-PGA (3-Fosfoglicerato) para regenerar 2 moléculas de RuBP (Ribulosa-1,5-bifosfato), que, por sua vez, serão posteriormente utilizadas no Ciclo de Calvin.
• Porém, só há produção de 3 moléculas de 3-PGA, perdendo dessa forma eficiência fotossintética.

As plantas C4 não possuem fotorrespiração mensurável, não interferindo na eficiência fotossintética.

Vias de Fixação de Carbono C4

Via C4: Enzima Málica/NADP⁺

1. O CO₂ entra por difusão no mesofilo e reage com H₂O, formando HCO₃⁻.
2. O PEP (Fosfoenolpiruvato, 3C) reage com o HCO₃⁻, com a ação da enzima PEP-carboxilase, formando OAA (Oxaloacetato, 4C).
3. O OAA entra no cloroplasto do mesofilo. O NADPH reduz o OAA em Malato (4C), que sai do cloroplasto do mesofilo e vai para o cloroplasto da bainha.
4. Lá, a Enzima Málica/NADP⁺ quebra o Malato, liberando CO₂ e Piruvato. Essa quebra libera e⁻ e regenera NADPH.
5. O Piruvato volta para o mesofilo e regenera o PEP (gasto de 1 ATP). Para não gastar ATP metabólico, o Piruvato entra no cloroplasto do mesofilo (que sintetiza bastante ATP) e forma o PEP, que sai do cloroplasto para o citoplasma para reagir com o HCO₃⁻.

O CO₂ que está no cloroplasto da bainha reage com a RuBP (5C) sob a ação da Rubisco e forma 2 (3-PGA). Adiciona-se 2 ATP e se forma 2 (1,3-PGA). Adiciona-se 2 NADPH e se forma 2 (3-PGALD). Esse composto formará uma hexose a cada 6 voltas no ciclo e manutenção, formando Ribose-5-Fosfato (R-5-P).

Via C4: Enzima Málica/NAD⁺

1. A rota começa também com a entrada de CO₂ por difusão, que reage com a H₂O, formando HCO₃⁻ + H⁺.
2. O HCO₃⁻ reage com o PEP pela ação da PEP-carboxilase e forma o OAA.
3. O OAA, com a entrada de NH₂, forma o Aspartato.
4. O Aspartato vai para a mitocôndria da bainha. Chegando lá, ele perde o radical amina e volta a ser OAA.
5. O OAA é reduzido pelo NADH, formando o Malato.
6. O Malato é descarboxilado pela Enzima Málica/NAD⁺. O Malato é quebrado, perde o CO₂ (que entra no Ciclo de Calvin) e forma Piruvato.
7. O Piruvato sai da mitocôndria e vai para o citoplasma.
8. O NH₂ que foi liberado pelo Aspartato entra no Piruvato e forma um composto chamado Alanina. A Alanina volta para o citoplasma do mesofilo.
9. A Alanina libera NH₂, formando o Piruvato. Este Piruvato entra no cloroplasto para receber ATP e formar o PEP.
10. O PEP sai do cloroplasto e volta para participar de novo na reação com o HCO₃⁻. O Ciclo de Calvin ocorre sempre da mesma forma.

Via C4: PEP-Carboxiquinase

1. O CO₂ da mesma forma entra por difusão e reage com a H₂O, formando HCO₃⁻ + H⁺.
2. O HCO₃⁻ reage com o PEP, formando o OAA.
3. Entra um radical amina e forma o Aspartato.
4. Nesse caso, não há participação do cloroplasto do mesofilo e de nenhuma organela do citoplasma. O Aspartato, então, vai do citoplasma do mesofilo para a bainha, onde perde o radical amina e forma o OAA.
5. Esse OAA gasta ATP e, em seguida, sofre a ação da enzima PEP-Carboxiquinase.
6. Essa enzima descarboxila o OAA, que libera um CO₂ (para o Ciclo de Calvin) e se transforma em PEP.
7. O PEP perde um ATP e se transforma em Piruvato.
8. O Piruvato, com a entrada de NH₂ que saiu do Aspartato, forma a Alanina.
9. A Alanina, então, sai da bainha e entra no mesofilo. A Alanina perde NH₂ e forma o Piruvato, que entra no cloroplasto.
10. O Piruvato, já dentro do cloroplasto, recebe ATP e forma o PEP. O CO₂ que saiu do OAA entra no Ciclo de Calvin.