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MINICURSO MEDIDAS DE FOTOSSÍNTESE TEORIA E PRÁTICA NA FISIOLOGIA DE MACROALGAS

II WORKSHOP EM NOVOS BIOATIVOS DE MACROALGAS MANEJO E CULTIVO, CONSERVAÇÃO, BIOTECNOLOGIA E TÉCNICAS DE BIOATIVIDADE. MINICURSO MEDIDAS DE FOTOSSÍNTESE TEORIA E PRÁTICA NA FISIOLOGIA DE MACROALGAS. RESPONSÁVEIS PELO CURSO: Aline Martins (IQ-USP) Dinaelza Pereira (IQ-USP)

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MINICURSO MEDIDAS DE FOTOSSÍNTESE TEORIA E PRÁTICA NA FISIOLOGIA DE MACROALGAS

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Presentation Transcript

  1. II WORKSHOP EM NOVOS BIOATIVOS DE MACROALGAS MANEJO E CULTIVO, CONSERVAÇÃO, BIOTECNOLOGIA E TÉCNICAS DE BIOATIVIDADE MINICURSO MEDIDAS DE FOTOSSÍNTESETEORIA E PRÁTICA NA FISIOLOGIA DE MACROALGAS RESPONSÁVEIS PELO CURSO: Aline Martins (IQ-USP) Dinaelza Pereira (IQ-USP) João Almeida (IQ-USP) Marcella Carneiro (IB-USP)

  2. ESTRUTURA DO CURSO Princípios básicos da bioquímica da fotossíntese; Apresentação do analisador submersível de rendimento fotossintético DIVING-PAM; Atividade prática:  DIVING-PAM;  Determinação de parâmetros fotossintéticos de macroalgas expostas a inibidor de fotossíntese.

  3. A FOTOSSÍNTESE  Rota pela qual a maior parte da energia entra na biosfera;  Transformação de energia luminosa em energia química.

  4. ETAPAS DA FOTOSSÍNTESE

  5. LOCALIZAÇÃO DA FOTOSSÍNTESE  Cloroplastos  Membrana dupla  Estroma  Membrana tilacóide / Grana  Lúmen do tilacóide

  6. LOCALIZAÇÃO DA FOTOSSÍNTESE  Membrana do tilacóide  Contém os pigmentos fotossintetizantes  Reações luminosas da fotossíntese  Estroma  Contém o aparato necessário para a assimilação de CO2  Reações de carboxilação da fotossíntese

  7. REAÇÕES LUMINOSAS Papel da luz na fotossíntese  Natureza da luz  Propriedades dos pigmentos fotossintéticos Estrutura do aparato fotossintético Processos  Início – excitação da clorofila  Término – síntese de ATP e NADPH

  8. REAÇÕES LUMINOSAS Natureza da Luz Ondas Comprimento de onda (l) Frequência (v) – nº de picos em dado intervalo de tempo Partículas Fótons Energia de um fóton – quantum – diretamente proporcional a frequência da luz e inversamente proporcional ao comprimento de onda

  9. REAÇÕES LUMINOSAS Natureza da Luz Partículas Espectro eletromagnético PAR

  10. REAÇÕES LUMINOSAS  Pigmentos fotossintéticos Absorvem luz visível em diferentes comprimentos de onda é é é Aceptor Emissão de luz (λ mais longo) Calor Absorção de luz (λ) Calor é é Cla Cla Cla Cla Cla Estado-base (de menor energia) é

  11. REAÇÕES LUMINOSAS  Pigmentos fotossintéticos

  12. REAÇÕES LUMINOSAS  Pigmentos fotossintéticos Clorofila a • Principal pigmento envolvido na fotossíntese: similaridade entre o espectro de absorção da clorofila e espectro de ação da fotossíntese. Clorofilas b, c e d – Pigmentos acessórios: ampliam a faixa de luz que pode ser utilizada na fotossíntese.

  13. REAÇÕES LUMINOSAS Clorofila Cauda de hidrocarbonetos Ancoramento na porção lipídica da membrana do tilacóide Elétrons frouxamente ligados – Transição de elétrons

  14. REAÇÕES LUMINOSAS Carotenóides Banda de absorção – 400 a 500 nm – coloração vermelha, laranja e amarela; Hidrocarbonetos solúveis em lipídeos; Carotenos e xantofilas; Zeaxantina Pigmentos antena e fotoproteção.

  15. Ficobilissomo Ficoeritrina  495-570nm (verde)  550-630nm (verde-amarelada) Ficocianina  650-670nm (vermelho-Alaranjada) (Lobban & Harrison, 1994) Aloficocianina Esquema da organização das ficobiliproteínas no ficobilissomo de Porphyridium purpureumPorphyridiales e do arranjo do ficobilissomo com os fotossistemas (Gantt, 1990) REAÇÕES LUMINOSAS Ficobiliproteínas Proteínas ligadas covalentemente às ficobilinas (cromóforos); Proteína Pigmentos antena e armazenamento de nitrogênio.

  16. REAÇÕES LUMINOSAS Pigmentos fotossintetizantes

  17. REAÇÕES LUMINOSAS  Fotossistemas Unidades funcionais da fotossíntese

  18. REAÇÕES LUMINOSAS  Sistemas antena Variam com as diferentes classes de organismos Alto 400-500nm  Plantas superiores: 200 – 300 clorofilas por centro de reação;  Algas e bactérias: milhares de pigmentos por centro de reação. 650 nm Energia – Absorção de fótons Gradiente de energia Adaptação evolutiva a diferentes ambientes 670 nm Baixo Similares entre as diferentes classes de organismos

  19. REAÇÕES LUMINOSAS  Fotossistemas Dois tipos de fotossistemas Fotossistema I – P700 – Pico ótimo de absorção em 700 nm (vermelho-distante); Fotossistema II – P680 – Pico ótimo de absorção em 680 nm(vermelho).  Trabalham de forma simultânea e contínua  PSI – localizado nas lamelas do estroma  PSII – localizado nas lamelas granais Difusão de carreadores de elétrons pela membrana

  20. Estroma ATP Sintase Chl* Chl Chl* Chl* P680 P700 P700 P700 Chl Chl P680 P680 H H O ATP ADP + Pi H+ NADPH NADP+ H+ Flavo Pt. Pheo é QA PSII PSI QB Cyt. b6f é é PC é é H+ H+ O Lúmen

  21. REAÇÕES LUMINOSAS

  22. Estroma ATP Sintase Chl Chl Chl* P700 P700 P700 Chl P680 REAÇÕES LUMINOSAS ATP ADP + Pi  Fotofosforilação cíclica H+ é Flavo Pt. Pheo QA PSII PSI QB é Cyt. b6f é PC H+ H+ Lúmen

  23. REAÇÕES LUMINOSAS  Fotoproteção, reparo e fotoinibição Energia luminosa em excesso Fótons utilizados para fotossíntese Intensidade de fótons Excesso de fótons Dissipação por calor Oxigênio singleto (1O2*) Peroxido de hidrogênio (H2O2) Radical hidroxila (*OH) Produtos fototóxicos Carotenóides, SOD, aspartato Dano à D1 do PSII Reparo, síntese de novo D1 oxidada Fotoinibição

  24. REAÇÕES LUMINOSAS  Dissipação por calor Clorofila no estado excitado Reage com O2 Oxigênio singleto (1O2*) Estado excitado decai ao inicial Carotenóides  Quenching não-fotoquímico Dissipação da excitação da clorofila por processos outros que não a fotoquímica Calor Grande fração da excitações no sistema antena causadas pela iluminação intensa é eliminada por sua conversão em calor

  25. REAÇÕES LUMINOSAS  Quenching não-fotoquímico Ciclo da xantofilas Violaxantina Baixa Anteraxantina Luminosidade Zeaxantina + Prótons Proteínas - antena Alterações na conformação Quenching e dissipação por calor Alta

  26. REAÇÕES LUMINOSAS  Fotoinibição Chega ao centro de reação do PSII Excesso de excitação Reversível Desmontado e reparado Inativação e Dano Estágios iniciais Inibição prolongada D1

  27. REAÇÕES DE CARBOXILAÇÃO  Chamado de Ciclo de Calvin  Síntese de glicose a partir da redução de CO2  Consumo de NADPH e ATP, produzidos tanto na fase “clara” quanto em reações de oxidação de compostos orgânicos

  28. REAÇÕES DE CARBOXILAÇÃO

  29. REAÇÕES DE CARBOXILAÇÃO  Destaque para a 1ª reação  Rubisco  Incorporação de 1 C a um substrato de 5 C  Regeneração de ribulose 1,5-bisfosfato (5 C) ao final do ciclo

  30. REAÇÕES DE CARBOXILAÇÃO  Produção de 1 molécula de glicose (6 C) requer:  6 moléculas de 5 C  6 moléculas de CO2  18 ATP + 12 NADPH  Equação geral do ciclo: 6 CO2 + 11 H2O + 18 ATP + 12 NADPH  1 glicose 6-fosfato + 18 ADP + 17 Pi + 12 NADP+

  31. REAÇÕES DE CARBOXILAÇÃO  Fase escura depende de energia luminosa  Denominação imprópria  Transporte de elétrons da fase “clara” ativa fase “escura” • Enzimas ativas em pH alcalino e elevada concentração de Mg2+ • Frutose 1,6-bisfosfatase, sedoeptulose 1,7-bisfosfatase, ribulose 5-fosfato quinase dependem dos elétrons do PS I

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