Universidade Estadual da ParaíbaCentro de Ciências Biológicas e da Saúde

Departamento de BiologiaCurso de Licenciatura em Ciências Biológicas

Componente Curricular: Bioquímica Metabólica Ministrante: Simão Lindoso

Equipe:Érica Luana Ferreira ÁlvaroJefferson Deyveson nascimentoAgda SoaresLadjane Cabral TaíseDebórah Sunnaly3º Período Turno: Noite

A Fase Bioquímica da Fotossíntese

A fotossíntese divide-se em duas fases, a fotoquímica e a bioquímica.

A fase fotoquímica converte a energia luminosa em ATP e NADPH.

O ATP e o NADPH produzidos na fase fotoquímica são utilizados na fase bioquímica.

Estômatos

São estruturas especiais pelas quais o CO2 atinge as células fotossintetizantes.

O Ciclo de Calvin

Em muitas espécies de plantas, a redução do carbonoocorre exclusivamente no estroma dos cloroplastos pormeio de uma série de reações chamadas de Ciclo de

Calvin.

Melvin Calvin;

O ciclo de Calvin é análogo à outras vias

metabólicas ;

- Ribulose-1,5-bifosfato ( RuBP).

Imagem que representa o local onde o ciclo de Calvin ocorre.

O Ciclo de Calvin ocorre em três etapas:

1. Fixação,

2. Redução,

3. Regeneração do Receptor.

1ª etapa do ciclo de Calvin

- O CO2 entra no ciclo e é enzimaticamente combinado a RuBP;

- O intermediário instável resultante é imediatamente hidrolisado;

- Duas moléculas de 3-fosfoglicerato (PGA) são resultantes;

- As moléculas de PGA ( que possuem 3 carbonos) são o primeiro produto detectável do Ciclo de Calvin;

Via de 3C

A RuBP carboxilase/oxigenase ( Rubisco) é a enzima que cataliza essa primeira reação do Ciclo de Calvin;

- Esta enzima compreende mais de 16% das proteínas totais dos cloroplastos;

- Ela corresponde a mais de 40% do total de proteínas solúveis da maioria das folhas.

A 2ª etapa do Ciclo de Calvin

Nessa etapa o 3-fosfoglicerato é reduzido a gliceraldeído-3-fosfato ( PGAL );

Isso ocorre em dois passos:

- Produção de 1,3-bifosfoglicerato;

- Redução de 1,3-bifosfogliceratoa PGAL.

Observação- Há a formação de 12 moléculas de PGAL.

A 3ª etapa do Ciclo de Calvin

Na terceira etapa do ciclo, dez das doze moléculas de gliceraldeído-3-fosfato são usadas para regenerar seis moléculas de ribulose-1,5-bifosfato .

As outras duas saem do ciclo e representam o ganho líquido do mesmo.

Estas reações e a catalisada pela rubisco, levam o CO2 ao nível de uma hexose, transformando-o em uma reserva química de energia à custa de NADPH e ATP, gerados na etapa fotoquímica.

A cada volta completa do ciclo, uma molécula de CO2 é reduzida e uma molécula de RuBP é regenerada.

Qual é o gasto de energia para a síntese de uma

hexose?

São necessárias 6 rodadas no ciclo de Calvin para a síntese de uma hexose;

São gastas 12 moléculas de ATP na fosforilaçãode 12 moléculas de 3-fosfoglicerato a 1,3-bifosfoglicerato;

São consumidas 12 moléculas de NADPH na redução de 12 moléculas de 1,3-bifosfogliceratoà 12 moléculas de gliceraldeído-3-fosfato.

São gastas mais 6 moléculas de ATP na regeneração de 6 moléculas de ribulose-1,5-bifosfato.

Podemos agora escrever uma equação balanceada para a reação global do ciclo de Calvin:

6 CO2 + 18 ATP + 12NADPH + 12 H2O

C6H12O6+ 18 ADP+18Pi+12 NAD P++ 6H+

Foto respiração

A enzima Rubisco, na presença de grande quantidade de CO2 disponível , catalisa a carboxilação da ribulose-1,5-bifosfato com grande eficiência.

Entretanto, a Rubisco não é absolutamente especifica para o CO2

como substrato.

- Condensação do O2 com a RuBP;

- Formação de uma molécula de 3-fosfoglicerato e de uma molécula de fosfoglicolato;

- Atividade oxigenase da enzima.

A foto respiração ocorre quando a Rubisco liga-se ao O2 ao invés de ao CO2.

Imagem representando a atividade carboxilase e a atividade oxigenase da rubisco

- Nenhum carbono é fixado nessa reação e é necessário uma via de aproveitamento para recuperar parte do esqueleto carbônico do fosfoglicolato.

- Essa via de recuperação é longa e emprega 3 organelas celulares:

Nessa via de recuperação o fosfoglicolato é transformado em glicolato que entra em peroxissomos;

No peroxissoma o glicolato é oxidado a glioxolato;

- Nessa reação há a liberação de H2O2.

Ainda no peroxissomo o glioxilato será transaminado, produzindo glicina.

Os cloroplastos, as mitocôndrias e os peroxissomos.

Duas moléculas de glicina podem ser utilizadas para formar serina com a liberação de CO2 e NH4+;

A amônia é aproveitada pela reação da glutamina sintetase.

Esta via serve para reciclar três dos quatro átomos de carbono de duas moléculas de glicolato.

- Contudo, um deles é perdido como CO2 .

Este processo é chamado de foto respiração pois consome O2 e libera CO2.

Este é um processo de desperdício onde carbono orgânico é transformado em CO2 haja a produção de ATP ou NADPH.

Além disso, a atividade oxigenase da Rubisco aumenta mais rapidamente com o aumento da temperatura do que a atividade carboxilase, gerando assim um problema para as plantas trópicais.

A via de quatro carbonos

• O ciclo de Calvin não é a única via usada nas reações de fixação do carbono.

• Em algumas espécies de plantas o primeiro produto detectável da fixação do CO2 é o oxaloacetato.

• Plantas C4 ;

• A via C4 é também referida como a via Hatch-Slack.

• Nessa via o oxaloacetato é formado quando o CO2 é fixado ao fosfoenolpiruvato (PEP).

- Enzima PEP carboxilase Encontrada no citossol das células do mesofilo de plantas C4.

O oxaloacetato é então reduzido a

Malato.

Próximo passo: o malato move-se

Das células do mesofilo para as célula

da bainha do feixe .

- CO2;

- Piruvato;

- Separação espacial .

Observação:

As duas enzimas de carboxilação da

Fotossíntese usam diferentes formas

de moléculas de CO2 como substrato

Rubisco

PEP carboxilase

- A PEP carboxilase tem alta afinidade pelo íon bicarbonato e não é afetada pela presença ou alta concentração de O2.

CO2

HCO3-

Metabolismo ácido das Crassuláceas (CAM)

Outra estratégia para a fixação de CO2 evoluiu de forma independente em muitas plantas suculentas.

Tal estratégia é chamada de metabolismo ácido das crassuláceas (CAM).

Plantas CAM;

As plantas CAM utilizam tanto a via C4 quanto o ciclo de Calvin

As plantas CAM diferem das plantas C4 por possuírem uma separação temporal entre a via C4 e o ciclo de Calvin.

As plantas CAM possuem a capacidade de fixar CO2 escuro;

- O produto inicial da carboxilação é oxaloacetato, que é imediatamente reduzido a malato.

- O malato é estocado nos vacúolos sob a forma de ácido málico.

- Durante o período de luz o ácido málico é retomado do vacúolo e descarboxilado.

• A pré-condição estrutural de todas as plantas CAM é a presença de células que possuem vacúolos grandes e cloroplastos.

- As plantas CAM acumulam CO2 durante a noite.

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Referências

Raven, Peter H.

Biologia vegetal/ Peter H. Raven, Ray F. Evert , Susan E. Eichhorn.

Tradução Ana Claudia de Macêdo Vieira

7ª edição-Rio de Janeiro; Guanabara Koogan, 2007

Stryer ; Lubert

Bioquímica/ Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer.

5ª edição- Rio de Janeiro; Guanabara Koogan, 2004