Questões Fundamentais sobre Fotossíntese e Metabolismo

Onde ocorrem a fase fotoquímica e a fixação de CO2?

As reações luminosas (fase fotoquímica) ocorrem na membrana tilacoide dos cloroplastos, enquanto as reações de carboxilação (fixação do CO₂) ocorrem no estroma dos cloroplastos.

Quais os pigmentos do sistema antena e sua função?

Os pigmentos que compõem o sistema antena são:

• 200 a 300 clorofilas a e b;
• Carotenoides;
• Proteínas LHC-I e LHC-II.

O sistema antena coleta luz e a transfere até o centro de reação (CR), onde ocorrem reações químicas de oxidação e redução.

Caminhos da energia do fóton após a captação

Cloroplasto → clorofila → complexo antena → centro de reação → fotoquímica.

Diferença entre clorofila a e b

A clorofila a transforma energia luminosa em energia química, enquanto a clorofila b atua como pigmento acessório. A clorofila a também difere da clorofila b por apresentar, na posição 3 do grupo tetrapirrólico, o radical -CH₃ (metila) no lugar do -CHO (aldeído).

Minerais essenciais na constituição da clorofila

Carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e magnésio.

Função dos carotenoides na fase fotoquímica

Transferir a energia absorvida da luz para a clorofila a.

Complexos proteicos do transporte de elétrons

• Fotossistema II;
• Fotossistema I;
• Citocromo b₆f;
• ATP sintase.

Transporte acíclico de elétrons

Os fótons excitam os centros de reação dos fotossistemas II e I, transferindo elétrons para um nível superior de energia. O elétron passa por carreadores e reduz o P700 (para elétrons do PSII) ou o NADP⁺ (para elétrons do PSI). O fotossistema II oxida a água a O₂, reduzindo o P680. A oxidação da água e o transporte de elétrons resultam na liberação de prótons no lúmen do tilacoide, enquanto a redução do NADP⁺ a NADPH consome prótons do estroma, gerando um gradiente eletroquímico.

Transporte cíclico de elétrons

No transporte cíclico, a ferredoxina desloca-se até o fotossistema I e cede elétrons para a enzima oxidorredutase da ferredoxina-plastoquinona. Esta enzima transfere os elétrons à plastoquinona, que captura prótons do estroma e os transporta ao complexo citocromo b₆f, permitindo o bombeamento de mais prótons para o lúmen.

Produção de ATP pela ATP sintase

A ATP sintase produz ATP à medida que prótons atravessam seu canal central, retornando do lúmen para o estroma.

Fotofosforilação vs. Fosforilação oxidativa

A fotofosforilação é a produção de ATP dirigida pela luz, enquanto a fosforilação oxidativa é a produção de ATP durante a respiração celular.

Mecanismo de ação de herbicidas

Diuron: bloqueia o fluxo de elétrons nos aceptores quinona do fotossistema II.
Paraquat: aceita elétrons do primeiro aceptor do fotossistema primário, reagindo com o oxigênio para formar superóxido, prejudicial aos lipídeos do cloroplasto.

O que é fotoinibição?

Fotoinibição é o estresse fisiológico em organismos fotossintéticos sob grande exposição à luz, agravado por altas temperaturas ou falta de água, resultando em redução drástica da fotossíntese.

Principais vias de assimilação de CO2

• Fotossíntese C₃ ou Ciclo de Calvin;
• Fotossíntese C₄;
• Fotossíntese CAM.

Aceitadores de CO2 e enzimas nas plantas C3, C4 e CAM

Plantas C3: aceptor é a Ribulose-1,5-bifosfato; enzima é a Rubisco.
Plantas C4: aceptor é o fosfoenolpiruvato; enzima é a PEP carboxilase.
Plantas CAM: aceptor é o fosfoenolpiruvato; enzima é a PEP carboxilase.

Primeiro produto estável da fixação de CO2

Plantas C3: 3-fosfoglicerato.
Plantas C4: malato ou aspartato.
Plantas CAM: oxaloacetato, convertido em malato.

Atividade do Ciclo de Calvin

O ciclo é ativo durante o dia porque a ativação da enzima Rubisco, que catalisa a assimilação do CO₂, depende da presença de luz.

Processo de ativação da Rubisco

O CO₂ de ativação reage com o grupo ε-NH da lisina, unindo-se ao magnésio para formar o complexo ativado. A ativação é promovida pelo aumento do pH (7 para 8) e da concentração de magnésio no estroma sob luz.

O que é fotorrespiração?

É o fenômeno de liberação de CO₂ estimulado pela luz, metabolicamente ligado à fotossíntese.

Fatores do balanço entre ciclos C3 e C2

• Propriedades da Rubisco (carboxilase e oxigenase);
• Concentração de CO₂ e O₂;
• Temperatura (altas temperaturas reduzem a solubilidade do CO₂ e aumentam a do O₂).

Funções da fotorrespiração

• Recuperar parte do CO₂ deslocado;
• Evitar a fotoxidação e fotoinibição sob alta luz e baixo CO₂;
• Dissipar o excesso de ATP e NADPH das reações luminosas.

Organelas envolvidas na fotorrespiração (Ciclo C2)

Cloroplasto, mitocôndria e peroxissomo.