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QBQ1252: Bioquımica Metabolica – Quımica USP – Sao Paulo

Fotossıntese

Guilherme Menegon Arantes

Instituto de Quımica

Universidade de Sao Paulo

[email protected] http://gaznevada.iq.usp.br

Universidade de Sao Paulo


Resumo da aula

• Energia luminosa, organelas e pigmentos.

• Fotossıntese em bacterias. Estruturas e mecanismos:

– Centro Reacional

– Citocromo bc1 (∼ b6f)

– Absorcao de luz e transferencia eletronica

• Fotossıntese em plantas:

– Organizacao dos Fotossistemas I e II

• Fixacao de CO2 no ciclo de Calvin

Instituto de Quımica - Departamento de Bioquımica


Energia luminosa solar dirige a vida

• Dependente de luz: Oxidacao de H2O a O2 e formacao de

ATP e NADPH.

• Independente de luz: Fixacao de CO2 para producao de

carboidratos (trioses).

• Melhor eficiencia total de conversao (∼ 30%) conhecida.

• Plantas, algas unicelulares e proteo-bacterias

fotossintetizam com proteınas e mecanismos semelhantes.



Principais pigmentos e coenzimas



Eficiencia depende do comprimento de luz

• Proteınas antenas (light harvesting, LH) equipadas com

dezenas de clorofilas ajudam absorcao.



Fotossıntese × Fosforilacao oxidativa



Fotossistema e ciclo-Q em bacterias roxas

• Absorcao de luz e separacao de carga acontecem no

Centro reacional (RC), reduzindo quinona + 2H+ → QH2

• QH2 difunde pela membrana, e oxidada pela Citocromo

bc1 e contribui para gradiente de [H+] → Ciclo-Q.

• Citocromo bc2 reduzida pela bc1 regenera o RC.



Mecanismo em dois tipos de bacterias

Vejamos as estruturas do RC e da citocromo bc1...



Fluxo de e− e estrutura do RC de bacterias roxas



Cromatofagos e separacao de carga no RC



Fotossistemas em cloroplastos

• PSI e PSII em serie via citocromo b6f → eficiencia ↑.

• Citocromos b6f e bc1 sao semelhantes. Plastocianina (PC,

contem Cu) e Ferredoxina (Fd, contem [FeS]) sao

proteınas transportadoras de eletrons (e−).



Mecanismo em serie nos cloroplastos



Organizacao do PS II

• Fluxo de e− somente por um domınio. Complexo de

Mn4Ca oxida agua, gera todo O2 atmosferico e contribui

para gradiente de [H+].

• Similar ao RC, onde o fluxo de e− tambem nao e simetrico.



Organizacao do PS I

• Fluxo de e− pelos dois bracos. Energia transferida ao par

especial por dezenas de clorofilas complexadas.

• FX , FA e FB sao complexos de [FeS]



Diferentes sentidos nas ATP sintases

• Gradiente de [H+] gerado na fotossıntese (e pelo ciclo-Q

acoplado) tambem e usado por ATP sintases embebidas

na membrana de cloroplastos e (foto)bacterias.



Fixacao de CO2 no ciclo de Calvin

• Ocorre nos cloroplastos em 3 estagios: CO2 → triose

fosfatos

• CO2 + ribulose 1,5-bifosfatorubisco−→ hexose instavel → 2

3-fosfoglicerato

• Fixar 3 CO2 “custa” 9 ATP e 6 NADPH



Mecanismo da fixacao catalisado pela Rubisco



Pontos centrais da aula

• Diversos organismos fotossintetizam por mecanismos

relacionados.

• Evento central de separacao de carga por transferencia

eletronica acontece no par especial do centro reacional.

Energia luminosa e canalizada por proteınas antenas.

• Citocromos bc1 e b6f oxidam quinol reduzido pelo RC e

contribuem para gradiente de [H+], usado por ATP

sintases.

• Fotossistemas I e II operam em serie, possuem centros

metalicos de Fe e Mn e dezenas de pigmentos clorofila.

• Fixacao de CO2 para gerar trioses ocorre no ciclo de

Calvin, com etapa inicial catalisada pela rubisco.


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