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Metabolismo do Carbono na Fotossíntese

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Senndya Brendel

on 26 March 2015

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Transcript of Metabolismo do Carbono na Fotossíntese

Rubisco

Metabolismo do Carbono na Fotossíntese
A fotossíntese ocorre em escala gigantesca em nosso planeta. Para se ter uma ideia da ordem de grandeza processo fotossintético, estima-se 2x10¹¹ toneladas de matéria orgânica seja produzidas anualmente (Lawlor,1987).



Rubisco
A enzima rubisco existe em elevada quantidade nos tecidos fotossintéticos das plantas superiores, sendo provavelmente a proteína mais abundante na superfície do nosso planeta.

A rubisco é uma proteína de elevado peso molecular e constituida por dois tipos de subunidades:

-Uma subunidade grande(L)
-Uma subunidade pequena(S)




Fatores que afetam as taxas da fotorrespiração
Ciclo de Calvin-Benson
Fotorrespiração

Principais fatores que influenciam as taxas de fotorrespiração:
Fotorrespiração
Metabolismo do Carbono na Fotossíntese
Universidade Estadual Vale do Acaraú-UVA
Centro de Ciências Agrárias e Biológicas-CCAB

Equipe: Dougliane Gomes de Souza
Éverton Pimentel Ferreira Lopes
Fco. Fábio Pereira de Souza
Senndya Brendel Sales do Nascimento

Professora: Kátia Parente
Disciplina: Fisiologia Vegetal

A produção dessa enorme quantidade de compostos orgânicos é resultante do metabolismo fotossintético do carbono, sustentado pelo ATP e NADPH gerados durante a etapa fotoquímica da fotossíntese.
Cada uma dessas subunidades é
codificada por genes localizados em
compartimentos celulares diferentes
.
Fonte: http://naturlink.sapo.pt/

Foram Identificados duas formas de rubisco na natureza. A forma mais simples, encontrada em algumas bactérias fotossintetizantes, é construída apenas de subunidades grandes (L), sendo denominada forma II.

Por outro lado, a enzima ativa, presente na maior parte dos organismos fotossintetizantes, é constituída de oito subunidades L e oito subunidades S (L8S8),sendo denominada forma I.
O sítio ativo da enzima situa-se na subunidade L.

Ao se estudar as propriedades sinéticas da Rubisco proveniente de diferentes espécies de plantas C3 , verifica-se a existência de diferenças pequenas, porém significativas (Woodrow e Berry , 1988).

Rubisco
Fonte: http://naturlink.sapo.pt/
A partir de meados da década de 40, Calvin, Benson, Bassham e uma equipe de colaboradores utilizaram o 14CO2 em experimentos com algas verdes dos gêneros dos Chlorella e Scenedesmus.

A técnica de cromatografia permite separar e identificar pequenas moléculas orgânicas presentes numa mistura complexa, como as derivada de um extrato de células vegetais.




Calvin foi capaz de identificar o primeiro produto estável da fotossíntese, um ácido orgânico de três carbonos, o ácido 3-fosfoglicérico.

Depois de mais de uma década foram identificados diferentes compostos orgânicos intermediários e caracterizadas as enzimas envolvidas.

A via metabólica então desvendada envolve 13 reações organizadas de um modo cíclico.

O que é Ciclo de Calvin-Benson

Via metabólica atráves da qual os vegetais fixam CO2 e produzem carboídratos.
Etapas do Ciclo de Calvin - Benson
1. Carboxilativa

Reação catalizada pela rubisco.


2. Redutiva
O 3PGA é convertido em gliceraldeído 3-fosfato, através de duas reações que utilizam o ATP e o NADPH produzidos na etapa fotoquímica da fotossítese.

3. Regenerativa
Se processa a partir da forma do 3PGald.
O clico C3 pode ser dividido em três fases:

Até o início da década de 70, alguns fenômenos fotossintéticos representavam verdadeiros enigmas:


1.
Desde 1920 , a partir dos experimentos de Otto Warburg, sabia-se que a assimilação fotossintética de CO2 é inibida pelo O2 (efeito Warburg).

2.
J. P Decker (1955), ao estudar a fotossíntese de folhas de tabaco (planta C3), mantidas numa câmara selada, observou um aumento na taxa de liberação de CO2 imediatamente após desligar a iluminação incidente sobre as folhas.
As taxas de fotorrespiração são tão dinâmicas quanto as taxas de fotossíntese, sofrendo alterações com:

F
O
T
O
R
R
E
S
P
I
R
A
Ç
Ã
O
Luz


Temperatura

Favorecimento da fotorrespiração
Temperatura Foliar

Solubilidade do CO2
em meio aquoso.

Mais rapidamente do que o O2


O papel da fotorrespiração
A fotorrespiração é decorrência de um "defeito" da rubisco: a presença da função oxigenase, origem do glicolato.

Alguns especialistas atribuem a fotorrespiração um papel importante na proteção das plantas contra a fotoinibição da fotossíntese.

A fotorrespiração, representaria um dreno consumidor do excesso de ATP e NADPH, produzidos quando os níveis de radiação são excessivamente elevados.


O CO2 não pode entrar no mesófilo foliar devido ao fechamento dos estômatos, limitando o ciclo redutivo C3, principal processo consumidor da energia fotoquímica.
Mecanismo de Concentração do CO2:
O Ciclo C4 do Carbono
Em algumas espécies de plantas , a fotorrespiração é tão baixa que não pode ser detectada.

Na presença de concentrações suficientemente elevadas de CO2, a reação de oxigenase é suprimida.

Em plantas vasculares, são conhecidos dois mecanismos concentradores de CO2 no sítio de carboxilação da rubisco.
Mecanismo C4
O mecanismo concentrador de CO2 das plantas C4 baseia-se num ciclo de carboxilação que se distribui entre dois tipos diferenciados de células fotossintéticas:
Células
do mesófilo
Bainha perivascular
Ciclo C4 de assimilação fotossintética do carbono
As espécies C4 são predominantemente tropicais e subtropicais, ocorrendo em 18 famílias de plantas superiores (Smith,1998).

Estas incluem culturas importantes como o milho, o sorgo, a cana-de-açúcar, assim como 8 das piores ervas daninhas do mundo.
Tiririca (
Cyperus rotundus
)
Capim-colchão (
Digitaria horizontalis
)
O ciclo C4 pode ser convenientemente dividido em três fases:




O CO2 atmosférico é fixado no citoplasma das células do mesófilo através de reações catalisada pela PEPcase (fase carboxilativa). Dentro das células do mesófilo, o ácido oxaloacético produzido pela ação PEPcase pode ser metabilizado de duas maneiras.

O ciclo bioquímico C4
A via MAC (CAM, DO INGLÊS Crassulacen acid metabolism) é um fotossintético concentrador de CO2 selecionado em resposta à aridez de ambientes terrestres e à limitação na disponibilidade de CO2 em ambientes aquáticos (Keely, 1998).

Períodos de seca podem ocorrer devido a uma condição climática ( desertos, semi-árido), à inconstância no suprimento de água ou, mesmo, à salinidade excessiva em determinado hábitat.

Metabolismo de concentração de CO2: O ciclo C4 do Carbono
São encontradas espécies C3, MAC obrigatórias e facultativas.

As plantas MAC facultativa são aquelas que apresentam um metabolismo MAC em determinadas condições ambientais.

Exemplos: Bromeliáceas e Orquidáceas epífitas de ecossistemas áridos ou de florestas tropicais.

Ananas comosus
(L.) Merr. - Abacaxi
Phalaenopsis amabilis -
Orquídea

A via bioquímica MAC
As plantas MAC são caracterizadas pela fixação maciça de CO2 no período noturno.

O mecanismo MAC fundamenta-se num processo de carboxilação (noturna) seguido de uma etapa de descarboxilação (diurna) esta última responsável pelo suprimento de CO2 para o ciclo C3.

As espécies MAC terrestre abrem os estômatos durante a noite e os mantém fechados durante o dia, contrariamente ao que ocorre com a maioria das plantas terrestres.

O mecanismo MAC aumenta extraordinariamente a eficiência de uso da água, sendo encontrado em plantas adaptadas a ambientes áridos ou sujeitos ao suprimento de água apenas periódico.

Em regiões desérticas, as diferenças entre as temperaturas diurnas e noturnas são enormes, podendo atingir 20°C. Ao mesmo tempo, a presença de elevadas concentrações de CO2 no mesófilo foliar de plantas MAC, durante uma parte no período diurno (1%), minimiza a fotorrespiração.

A continuidade da seca por um tempo prolongado pode levar a uma fechamento completo dos estômatos.

O mecanismo MAC e a sobrevivência das plantas
Considerações Finais
Introdução
Ciclo de Calvin-Benson
CO2
O2
Temperatura
foliar
Metabolismo de concentração de CO2: O ciclo C4 do Carbono
Google imagens
Google imagens
Google imagens
Google imagens
Concluimos que a fotossíntese é considerada um dos fenômenos biológicos mais importantes no Planeta Terra. Onde há liberação de oxigênio e o consumo de dióxido de carbono.
A maior quantidade dos carbonos fixados na fotossíntese das plantas, são para formar os carboidratos, onde os principais são a sacarose e o amido (produtos da fotossíntese).
Os carboidratos fornecem energia para a respiração e esqueletos de carbono para síntese de biomoléculas, eles constituem um importante composto estrutural do organismo das plantas.



REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

KERBAUY, B.G.. Fotossíntese. In: MAJEROWICZ, Nidia. Fisiologia vegetal. São paulo: Guanabara Koogam S.A, 2004. 5, p. 140-160.
Fotorrespiração
Mecanismo de Concentração do CO2:O Ciclo C4 do Carbono
Mecanismo de Concentração do CO2: O Ciclo C4 do Carbono
Metabolismo do Carbono na Fotossíntese
A formação de moléculas orgânicas tem início com a reação de fixação do CO2 - Rubisco;

A rubisco desencadeia uma rede de reações bioquímicas.

Enzima bifuncional catalisa tanto a carboxilação como a oxigenação do seu substrato.

O ciclo C3 ou Ciclo de Calvin Benson Reponsável pela geração de carboidratos.

Ciclo C2 ou Via fotorrespiratória Consumo de O2 e perda de CO2 já fixado.

O metabolismo do carbono nos organismos fotossintetizantes é dependente do balanço integrado de dois ciclos que se opõem mutualmente.
ATMOSFERA
ATMOSFERA
CICLO C3
CICLO C2
CO2
RUBISCO
O2
CARBOIDRATO
GANHO DE CARBONO

PERDA DE CARBONO
Nas plantas vasculares são conhecidos dois mecanismos de CO2:





Ambos os mecanismos concentram CO2 no sítio ativo da rubisco através de um ''bombeamento'' bioquímico de CO2 (Leegood, 1993)
Metabolismo do Carbono na Fotossíntese
Metabolismo C4
Metabolismo ácido
das crassúlaceas ( MAC)
Concentração de O2 (%)
Quantidade de
O2
no meio ambiente
Taxa de fotossíntese de
plantas com metabolismo
C3
Concentração de CO2 estável (
Ponto de compensação de CO2
)
Taxa de fixação de CO2 pela fotossíntese

=
Taxa de liberação de CO2 pela respiração e fotorrespiração
Estabelecimento da concentração de CO2
3.
A origem bioquímica do glicolato gerado durante a fotossíntese. Demostrou-se, então, que o CO2 e o O2 moleculares competem pelo sítio ativo da Rubisco e pelo mesmo substrato (RuBP)

CICLO C2
O 2-fosfoglicolato, gerado pela função oxigenase da rubisco, é ponto de partida da via bioquímica C2.


Enzimas localizadas em 3 organelas:
Cloroplasto Peroxissomo Mitocôndria
Células de
bainha perivascular
Carboxilativa
Descarboxilativa
Regenerativa
O ciclo bioquímico C4
Maneiras de metabolização

Redução do cetoácido a hidroxidoácido
Reação citoplasmática mediada por uma
asparato aminotransferase
A reação de carboxilação é comum a todas as plantas C4, porém existem variações bioquímicas na fase de descarboxilação.
Plantas que descarboxilam malato no interior dos cloroplastos das células da bainha perivascular através da enzima
málica depende NADP
.

Milho
Sorgo
Cana-de-açúcar
Planta daninha
Plantas onde a enzima descarboxiladora dominante é a enzima
málica depende NAD,
localizada nas mitocôndrias.
Panicum miliacium
Amaranthus sp.
Já em plantas aquáticas o mecanismo MAC permite a sobrevivência em ambientes densamente ocupados por fictoplântons, algas ou outras plantas aquáticas, a disponibilidade de CO2 é extremamente limitante durante o período diurno.

A grande vantagem das plantas dotadas de mecanismo MAC é sua capacidade de utilizar o CO2 liberado pela respiração noturno de outras plantas e animais que ocupam seu hábitat.
O mecanismo MAC e a sobrevivência das plantas
GRATOS PELA ATENÇÃO !
Fotos : google imagens
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Ciclo de Calvin-Benson
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