Em formação

8.20: Reações Dependentes de Luz - Biologia


A função geral das reações dependentes de luz é converter a energia solar em energia química na forma de NADPH e ATP. Complexos de proteínas e moléculas de pigmento trabalham juntos para produzir NADPH e ATP.

A etapa real que converte a energia luminosa em energia química ocorre em um complexo multiproteico denominado fotossistema, dois tipos dos quais são encontrados embutidos na membrana tilacóide, fotossistema II (PSII) e fotossistema I (PSI) (Figura 2). Os dois complexos diferem com base no que eles oxidam (ou seja, a fonte do suprimento de elétrons de baixa energia) e no que reduzem (o lugar para onde entregam seus elétrons energizados).

Ambos os fotossistemas têm a mesma estrutura básica; uma série de proteínas de antena às quais as moléculas de clorofila estão ligadas circundam o centro de reação onde ocorre a fotoquímica. Cada fotossistema é atendido pelo complexo de coleta de luz, que passa a energia da luz solar para o centro de reação; consiste em várias proteínas de antena que contêm uma mistura de 300-400 clorofila uma e b moléculas, bem como outros pigmentos como os carotenóides. A absorção de um único fóton ou quantidade distinta ou “pacote” de luz por qualquer uma das clorofilas empurra aquela molécula para um estado excitado. Em suma, a energia da luz agora foi capturada por moléculas biológicas, mas ainda não é armazenada em nenhuma forma útil. A energia é transferida da clorofila para a clorofila até que, eventualmente (após cerca de um milionésimo de segundo), seja entregue ao centro de reação. Até este ponto, apenas a energia foi transferida entre as moléculas, não os elétrons.

Pergunta Prática

No centro de reação do fotossistema II (PSII), a energia da luz solar é usada para extrair elétrons da água. Os elétrons viajam através da cadeia de transporte de elétrons do cloroplasto para o fotossistema I (PSI), o que reduz o NADP+ para NADPH. A cadeia de transporte de elétrons move os prótons através da membrana tilacóide para o lúmen. Ao mesmo tempo, a divisão da água adiciona prótons ao lúmen e a redução do NADPH remove os prótons do estroma. O resultado líquido é um pH baixo no lúmen do tilacóide e um pH alto no estroma. A ATP sintase usa este gradiente eletroquímico para fazer ATP. Qual é a fonte inicial de elétrons para a cadeia de transporte de elétrons do cloroplasto?

  1. agua
  2. oxigênio
  3. dióxido de carbono
  4. NADPH

[revelar-resposta q = ”829552 ″] Mostrar resposta [/ revelar-resposta]
[hidden-answer a = ”829552 ″] Água é a fonte inicial. [/ hidden-answer]

O centro de reação contém um par de clorofila uma moléculas com uma propriedade especial. Essas duas clorofilas podem sofrer oxidação por excitação; eles podem realmente abrir mão de um elétron em um processo chamado fotoactiva. É nesta etapa do centro de reação que a energia da luz é convertida em um elétron excitado. Todas as etapas subsequentes envolvem colocar esse elétron no transportador de energia NADPH para entrega ao ciclo de Calvin, onde o elétron é depositado no carbono para armazenamento de longo prazo na forma de um carboidrato. PSII e PSI são dois componentes principais da fotossíntese cadeia de transporte de elétrons, que também inclui o complexo de citocromo. O complexo citocromo, uma enzima composta por dois complexos de proteínas, transfere os elétrons da molécula carreadora plastoquinona (Pq) para a proteína plastocianina (Pc), permitindo assim a transferência de prótons através da membrana tilacóide e a transferência de elétrons de PSII para PSI.

O centro de reação do PSII (chamado P680) entrega seus elétrons de alta energia, um de cada vez, para o aceitador de elétrons primário, e através da cadeia de transporte de elétrons (Pq para complexo de citocromo para plastocianina) para PSI. O elétron ausente de P680 é substituído pela extração de um elétron de baixa energia da água; assim, a água é dividida e o PSII é reduzido novamente após cada fotoato. Dividindo um H2A molécula O libera dois elétrons, dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio. A divisão de duas moléculas é necessária para formar uma molécula de O diatômico2 gás. Cerca de 10 por cento do oxigênio é usado pelas mitocôndrias na folha para apoiar a fosforilação oxidativa. O restante escapa para a atmosfera, onde é usado por organismos aeróbicos para apoiar a respiração.

À medida que os elétrons se movem através das proteínas que residem entre o PSII e o PSI, eles perdem energia. Essa energia é usada para mover átomos de hidrogênio do lado estromal da membrana para o lúmen do tilacóide. Esses átomos de hidrogênio, mais os produzidos pela divisão da água, se acumulam no lúmen do tilacóide e serão usados ​​para sintetizar ATP em uma etapa posterior. Como os elétrons perderam energia antes de sua chegada em PSI, eles devem ser reenergizados por PSI, portanto, outro fóton é absorvido pela antena PSI. Essa energia é retransmitida para o centro de reação PSI (chamado P700) P700 é oxidado e envia um elétron de alta energia para o NADP+ para formar o NADPH. Assim, o PSII captura a energia para criar gradientes de prótons para fazer ATP e o PSI captura a energia para reduzir o NADP+ em NADPH. Os dois fotossistemas trabalham em conjunto, em parte, para garantir que a produção de NADPH será aproximadamente igual à produção de ATP. Outros mecanismos existem para ajustar essa proporção para corresponder exatamente às necessidades de energia em constante mudança do cloroplasto.

Gerando um Portador de Energia: ATP

Como no espaço intermembranar da mitocôndria durante a respiração celular, o acúmulo de íons de hidrogênio dentro do lúmen do tilacóide cria um gradiente de concentração. A difusão passiva de íons de hidrogênio de alta concentração (no lúmen do tilacóide) para baixa concentração (no estroma) é aproveitada para criar ATP, assim como na cadeia de transporte de elétrons da respiração celular. Os íons acumulam energia por causa da difusão e porque todos eles têm a mesma carga elétrica, se repelindo.

Para liberar essa energia, os íons de hidrogênio passarão por qualquer abertura, semelhante ao jato de água em um buraco em uma represa. No tilacóide, essa abertura é uma passagem através de um canal de proteína especializado chamado ATP sintase. A energia liberada pelo fluxo de íons de hidrogênio permite que a ATP sintase para anexar um terceiro grupo fosfato ao ADP, que forma uma molécula de ATP (Figura 2). O fluxo de íons de hidrogênio através da ATP sintase é chamado de quimiosmose porque os íons se movem de uma área alta para uma área de baixa concentração por meio de uma estrutura semipermeável.

Visite este site e clique na animação para ver o processo de fotossíntese dentro de uma folha.

objetivos de aprendizado

Os pigmentos da primeira parte da fotossíntese, as reações dependentes da luz, absorvem a energia da luz solar. Um fóton atinge os pigmentos da antena do fotossistema II para iniciar a fotossíntese. A energia viaja para o centro de reação que contém clorofila uma para a cadeia de transporte de elétrons, que bombeia íons de hidrogênio para o interior do tilacóide. Essa ação cria uma alta concentração de íons. Os íons fluem pela ATP sintase via quimiosmose para formar moléculas de ATP, que são utilizadas para a formação de moléculas de açúcar no segundo estágio da fotossíntese. O fotossistema I absorve um segundo fóton, o que resulta na formação de uma molécula de NADPH, outra transportadora de energia e potência redutora para as reações independentes de luz.


A reação dependente de luz

A reação da fotossíntese dependente da luz envolve a captura de luz cuja energia é usada para dois propósitos:

  • Para adicionar uma molécula de fosfato inorgânico ao ADP, produzindo assim ATP
  • Para dividir a água pelo processo de fotólise, em íons H + e íons OH-

A reação precisa de energia luminosa.
Ocorre no tilacóide dos cloroplastos.
A reação dependente da luz é útil para fazer três coisas:

1. Fazendo ATP a partir de ADP e fosfato inorgânico

2. Fazendo NADP reduzido de NADP

3. Dividindo a água em prótons, elétrons e oxigênio

A fabricação de ATP

1. Quando uma molécula de clorofila absorve a energia da luz, ela excita os elétrons, elevando-os a um nível de energia mais alto

2. Os elétrons se tornam tão energéticos que deixam a molécula de clorofila por completo

3. Os elétrons que deixam a clorofila são absorvidos por uma molécula chamada portadora de elétrons

4. Tendo perdido um par de elétrons, a molécula de clorofila foi oxidada

5. O portador de elétrons, que ganhou elétrons, foi reduzido

6. Os elétrons agora são passados ​​ao longo de uma série de portadores de elétrons em uma série de reações de redução de oxidação

7. Esses portadores de elétrons formam uma cadeia de transferência que está localizada nas membranas dos tilacóides

8. Cada nova cadeia portadora está com um nível de energia ligeiramente mais alto do que o anterior na cadeia e, portanto, os elétrons perdem energia em cada estágio

9. Esta energia é usada para combinar uma molécula de fosfato inorgânico com uma molécula de ADP para fazer ATP

Fotólise da Água

1. A perda de elétrons quando a luz atinge uma molécula de clorofila a deixa com falta de elétrons

2. Se a molécula de clorofila continuar absorvendo a energia da luz, esses elétrons devem ser substituídos

3. Os elétrons de substituição são fornecidos a partir de moléculas de água que são divididas usando energia luminosa

4. Esta fotólise da água também produz íons de hidrogênio

5. Esses íons de hidrogênio são absorvidos por um transportador de elétrons chamado NADP

6. Ao absorver os íons de hidrogênio, o NADP torna-se reduzido

7. O NADP reduzido então entra na reação independente de luz junto com os elétrons das moléculas de clorofila

8. O NADP reduzido é importante porque é mais uma fonte potencial de energia química para a planta

9. O subproduto de oxigênio da fotólise da água é usado na respiração ou se difunde para fora da folha como um produto residual da fotossíntese

1. A energia da luz atinge o fotossistema 2 Esta energia da luz excita os elétrons e faz com que a clorofila perca elétrons. Esses elétrons devem ser substituídos. A energia da luz também faz com que a água se divida em prótons, elétrons e oxigênio. Os elétrons da fotólise são usados ​​para substituir os elétrons perdidos do a clorofila

2. O elétron excitado que veio da clorofila tem um nível de energia elevado. O elétron é capturado por um aceitador de elétrons e entra em uma cadeia de elétrons

3. O elétron entra em uma cadeia de elétrons onde passa por uma série de reações redox. Seu nível de energia começa a cair. Os portadores de elétrons estão localizados nas membranas dos tilacóides

4. A energia perdida pelos elétrons conforme eles passam pelo transportador de elétrons é usada para produzir ATP ADP é combinada com Pi Energia é necessária para este processo Esta síntese de ATP é chamada de fotofosforilação. O ATP é então usado como fonte de energia no Calvin Ciclo

5. Uma segunda molécula de clorofila (fotossistema 2) também perde um elétron quando recebe energia luminosa. O elétron da cadeia de transporte é usado para substituir este elétron perdido

6. O elétron perdido do fotossistema 1 ganha energia e é recebido por um aceitador de elétrons

7. O elétron entra em uma segunda cadeia de elétrons

8. No final da segunda cadeia de elétrons, uma enzima chamada NADP + redutase transfere os elétrons para NADP + Um próton da fotólise é adicionado ao NADP + NADP reduzido é produzido NADP reduzido também é usado junto com ATP como fonte de energia química. Ciclo de Calvin

Quimiosmose é o nome do processo em que o movimento dos íons H + através da membrana gera ATP - isso também ocorre na respiração.
Os elétrons excitados perdem energia à medida que se movem ao longo da cadeia de transporte de elétrons.
Essa energia é usada para transportar prótons para o tilacóide, de modo que o tilacóide tenha uma concentração de prótons maior do que o estroma.
Isso forma um gradiente de prótons através da membrana.
Os prótons descem em seu gradiente de concentração, para dentro do estroma por meio de uma enzima ATP sintase.
A energia desse movimento combina ADP e Pi para formar ATP.

Os produtos da reação da fotossíntese dependente da luz, ATP e NADP reduzido, são usados ​​para reduzir o dióxido de carbono no segundo estágio da fotossíntese.
A reação independente da luz ocorre no estroma dos cloroplastos.
A reação também é chamada de ciclo de Calvin.

1. O dióxido de carbono da atmosfera se difunde para a folha através dos estômatos e se difunde para os estômatos e se dissolve na água ao redor das paredes das células do mesofilo. Em seguida, se difunde através da membrana plasmática, citoplasma e membranas de cloroplasto no estroma do cloroplasto

2. No estroma, o dióxido de carbono combina com o bifosfato de ribulose de cinco carbonos RuBP usando uma enzima

3. A combinação de dióxido de carbono e RuBP produz um composto de 6 carbonos que é instável e se divide em duas moléculas do composto de 3 carbonos glicerato 3-fosfato GP

4. ATP e NADP reduzido da reação dependente de luz são usados ​​para reduzir o GP ativado para fosfato triose TP

5. O NADP é reformado e volta para a reação dependente da luz para ser reduzido novamente com a adição de mais hidrogênio

6. Algumas moléculas de triose fosfato são convertidas em substâncias orgânicas úteis, como a glicose

7. A maioria das moléculas de triose fosfato são usadas para regenerar RuBP usando ATP produzido a partir da reação dependente de luz

Produtos do Ciclo de Calvin

O ciclo de Calvin é o ponto de partida para fazer toda a substância orgânica de que uma planta precisa.

As moléculas de triose fosfato TP e glicerato 3-fosfato GP são usadas para fazer carboidratos, lipídios e proteínas.
Carboidratos


Biologia: a reação dependente da luz

Na fase dependente da luz da fotossíntese, a luz atinge o fotossistema II, fazendo com que o elétron fique excitado. O elétron excitado salta até um aceptor de elétrons e é então passado para baixo na cadeia de transporte de elétrons. À medida que o elétron desce no ETC, o elétron

perde energia. A energia liberada é usada para produzir ATP. Ao mesmo tempo, a luz está atingindo o Fotossistema I, o que o deixa excitado. Os elétrons são passados ​​para outro aceptor de elétrons e outro ETC. Os elétrons que saem do fotossistema I são substituídos pelos do fotossistema II. Os elétrons do Fotossistema II devem então ser substituídos, para que a água seja dividida (fotólise). O oxigênio é liberado para a atmosfera. No final da segunda ETC, o elétron é captado pelo NADP +. Os íons hidrogênio + resultantes da fotólise também são captados pelo NADP +, formando o NADPH.

A reação dependente da luz ocorre na membrana tilacóide.

Oxigênio - subproduto ou usado na célula

ATP- vai para a reação independente da luz

NADPH- vai à luz reação independente

Estilos de citação:

Biology: The Light Dependent Reaction. (2004, 01 de abril). Em WriteWork.com. Recuperado em 01:16, 01 de julho de 2021, em https://www.writework.com/essay/biology-light-dependent-reaction

Colaboradores do WriteWork. "Biology: The Light Dependent Reaction" WriteWork.com. WriteWork.com, 01 de abril de 2004. Web. 01 de julho de 2021.

Colaboradores do WriteWork, "Biology: The Light Dependent Reaction," WriteWork.com, https://www.writework.com/essay/biology-light-dependent-reaction (acessado em 01 de julho de 2021)

Mais ensaios de Biologia:

Biology Revision.

. HIDROGÊNIO adicionado a ele para se tornar carboidrato, ou seja, ele deve ser quimicamente reduzido. A fotossíntese ocorre em 2 fases diferentes - a dependente da luz e a luz nas fases dependentes. Ocorre dentro dos cloroplastos. As reações dependentes de luz ocorrem no tilacóide.

Os efeitos da qualidade da luz na taxa de medição da fotossíntese por meio de discos flutuantes de espinafre

. reações independentes da luz. Neste experimento, estaremos lidando com as reações dependentes de luz. A química real da reação dependente da luz é com a adição de luz: H2O + ADP + fosfato inorgânico + NADP + ¨ 1 / 2O2 + ATP + NADPH + H. A luz é uma entrada necessária para a fotossíntese.

Investigar os fatores que afetam a taxa de fotossíntese de discos de cotilédones submersos (folha de semente)

. hidrogênio da água. Açúcares hexose e amido são comumente formados, então a seguinte equação é frequentemente usada: energia luminosa 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2 dióxido de carbono água clorofila carboidrato oxigênio A fotossíntese consiste em dois estágios: Estas são as reações dependentes de luz, para as quais a luz.

Notas de biologia: 12ª série

. ATP + NADPH + CO2 = açúcar (CH2O) Energia potencial química usada para conduzir reações anabólicas que criam açúcares ricos em energia Depende de produtos da reação dependente da luz para ocorrer. Atinge a luz.

Relatório de laboratório de biologia sobre os efeitos da fotossíntese

. luz de 700nm) por fotólise. Esse processo libera elétrons e ajuda a fechar o ciclo do estágio dependente da luz. Mas antes que esse processo possa ser iniciado, um gradiente de energia deve ser alcançado. A maior parte da energia é obtida na primeira parte do dependente da luz.

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Absorção de Luz

A energia da luz inicia o processo de fotossíntese quando os pigmentos absorvem a luz. Os pigmentos orgânicos, seja na retina humana ou no tilacóide do cloroplasto, têm uma faixa estreita de níveis de energia que podem absorver. Os níveis de energia mais baixos do que aqueles representados pela luz vermelha são insuficientes para elevar um elétron orbital a um estado excitado e populável (quântico). Níveis de energia mais altos do que os da luz azul separarão fisicamente as moléculas, o que é chamado de branqueamento. Assim, os pigmentos da retina só podem “ver” (absorver) a luz de 700 nm a 400 nm, que é, portanto, chamada de luz visível. Pelas mesmas razões, as moléculas de pigmento das plantas absorvem apenas luz na faixa de comprimento de onda de 700 nm a 400 nm. Os fisiologistas de plantas referem-se a essa faixa para plantas como radiação fotossinteticamente ativa.

A luz visível vista pelos humanos como luz branca realmente existe em um arco-íris de cores. Certos objetos, como um prisma ou uma gota d'água, dispersam a luz branca para revelar as cores ao olho humano. A porção de luz visível do espectro eletromagnético mostra o arco-íris de cores, com o violeta e o azul tendo comprimentos de onda mais curtos e, portanto, energia mais alta. Na outra extremidade do espectro em direção ao vermelho, os comprimentos de onda são mais longos e têm energia mais baixa ([link]).



Gerando outro portador de energia: NADPH

A função restante da reação dependente da luz é gerar a outra molécula transportadora de energia, NADPH. Conforme o elétron da cadeia de transporte de elétrons chega ao fotossistema I, ele é reenergizado com outro fóton capturado pela clorofila. A energia deste elétron impulsiona a formação de NADPH a partir de NADP + e um íon de hidrogênio (H +). Agora que a energia solar é armazenada em transportadores de energia, ela pode ser usada para fazer uma molécula de açúcar.


O que você aprenderá:

A fotofosforilação é um processo no qual os elétrons passam por ambos os fotossistemas após serem removidos da água. O processo resulta na produção de elétrons NADPH que são removidos de dentro e passam por PSII e PSI antes de terminar em NADPH. Nesse processo, a energia da luz é utilizada para a preparação do ATP a partir do ADP. As etapas básicas envolvidas no processo de fotofosforilação são mencionadas a seguir:

Absorção de luz em PSII: A energia é passada de um pigmento para outro até entrar no centro de reação, depois que um dos pigmentos absorve luz no fotossistema II. Um elétron é impulsionado para um alto nível de energia à medida que a energia é transferida para P680.

Síntese de ATP: O elétron de alta energia perde energia enquanto viaja por uma cadeia de transporte de elétrons. Um gradiente é formado, quando alguns dos impulsores de energia que bombeiam íons de hidrogênio são liberados no interior do tilacóide a partir do estroma. Ocorre um processo denominado quimiosmose, no qual o ATP é produzido quando os íons de hidrogênio descem pelo gradiente e passam pela ATP sintase para o estroma.

Absorção de luz em PSI: O elétron se junta ao par especial de clorofila no núcleo ou centro de reação do P700 após chegar ao fotossistema I. Os elétrons presentes no P700 são aumentados para um nível de energia muito alto quando os pigmentos absorvem a energia da luz e os passam para dentro do centro de reação. Isso leva à transferência de elétrons para uma molécula aceptora.

Formação NADPH: A cadeia de transporte de elétrons tem uma segunda perna curta por onde os elétrons de alta energia viajam. O elétron é passado para o íon NADP + no final da cadeia para formar o NADPH.


Conexão para Cursos AP ®

A fotossíntese consiste em dois estágios: as reações dependentes de luz e as reações independentes de luz ou ciclo de Calvin. As reações dependentes de luz ocorrem quando há luz disponível. A equação geral para a fotossíntese mostra que é uma reação redox que o dióxido de carbono é reduzido e a água é oxidada para produzir oxigênio.

As reações dependentes de luz ocorrem nas membranas tilacóides dos cloroplastos, enquanto o ciclo de Calvin ocorre no estroma dos cloroplastos. Embutidos nas membranas tilacóides estão dois fotossistemas (PSI e PSII), que são complexos de pigmentos que capturam a energia solar. Clorofilas uma e b absorver os comprimentos de onda violeta, azul e vermelho do espectro de luz visível e refletir o verde. Os pigmentos carotenóides absorvem a luz violeta-azulada e refletem a luz amarela com laranja. Fatores ambientais, como duração do dia e temperatura, influenciam os pigmentos predominantes em certas épocas do ano. Embora os dois fotossistemas sejam executados simultaneamente, é mais fácil explorá-los separadamente. Vamos começar com o fotossistema II.

Um fóton de luz atinge os pigmentos da antena de PSII para iniciar a fotossíntese. Na via não cíclica, o PSII captura fótons em um nível de energia ligeiramente mais alto do que o PSI. (Lembre-se de que comprimentos de onda de luz mais curtos transportam mais energia.) A energia absorvida viaja para o centro de reação do pigmento da antena que contém clorofila uma e aumenta a clorofila uma elétrons a um nível de energia mais alto. Os elétrons são aceitos por uma proteína aceptora de elétrons primária e então passam para a cadeia de transporte de elétrons também embutida na membrana tilacóide. A energia absorvida no PSII é suficiente para oxidar (dividir) a água, liberando oxigênio na atmosfera e os elétrons liberados pela oxidação da água substituem os elétrons que foram impulsionados da clorofila do centro de reação. À medida que os elétrons da clorofila do centro de reação passam através da série de proteínas transportadoras de elétrons, os íons de hidrogênio (H +) são bombeados através da membrana por meio de quimiosmose para o interior do tilacóide. Se isso soa familiar, deveria. Estudamos quimiosmose em nossa exploração da respiração celular na respiração celular. Essa ação cria uma alta concentração de íons H + e, à medida que fluem pela ATP sintase, moléculas de ATP são formadas. Essas moléculas de ATP serão utilizadas para fornecer energia livre para a síntese de carboidratos no ciclo de Calvin, a segunda etapa da fotossíntese. A cadeia de transporte de elétrons conecta PSII e PSI. Semelhante aos eventos que ocorrem no PSII, este segundo fotossistema absorve um segundo fóton de luz, resultando na formação de uma molécula de NADPH a partir do NADP+. A energia carregada no NADPH também é usada para alimentar as reações químicas do ciclo de Calvin.

As informações apresentadas e os exemplos destacados na seção suportam os conceitos e objetivos de aprendizagem descritos na Grande Ideia 2 da AP ® Biology Curriculum Framework, conforme mostrado na tabela. Os objetivos de aprendizagem listados na Estrutura do Currículo fornecem uma base transparente para o curso AP ® Biologia, uma experiência laboratorial baseada em investigação, atividades instrucionais e questões do exame AP ®. Um objetivo de aprendizagem mescla o conteúdo exigido com uma ou mais das sete práticas científicas.

Grande Ideia 2 Os sistemas biológicos utilizam energia livre e blocos de construção moleculares para crescer, se reproduzir e manter a homeostase dinâmica.
Compreensão Duradoura 2.A O crescimento, a reprodução e a manutenção dos sistemas vivos requerem energia e matéria livres.
Conhecimento Essencial 2.A.2 As reações de fotossíntese independentes de luz em eucariotos envolvem uma série de reações que capturam a energia livre presente na luz.
Prática de Ciências 1.4 O aluno pode usar representações e modelos para analisar situações ou resolver problemas qualitativa e quantitativamente.
Prática de Ciências 3.1 O aluno pode fazer perguntas científicas.
Objetivo do aprendizado 2.4 O aluno é capaz de usar representações para colocar questões científicas sobre quais mecanismos e características estruturais permitem que os organismos capturem, armazenem e usem energia livre.
Conhecimento Essencial 2.A.2 As reações de fotossíntese independentes de luz em eucariotos envolvem uma série de reações que capturam a energia livre presente na luz.
Prática de Ciências 6.2 O aluno pode construir explicações de fenômenos com base em evidências produzidas por meio de práticas científicas.
Objetivo do aprendizado 2.5 O aluno é capaz de construir explicações sobre os mecanismos e características estruturais das células que permitem que os organismos capturem, armazenem ou usem energia livre.
Grande Ideia 4 Os sistemas biológicos interagem e esses sistemas e suas interações possuem propriedades complexas.
Compreensão Duradoura 4.A As interações dentro dos sistemas biológicos levam a propriedades complexas.
Conhecimento Essencial 4.A.2 Os cloroplastos são organelas especializadas que capturam energia por meio da fotossíntese.
Prática de Ciências 6.4 O aluno pode fazer afirmações e previsões sobre fenômenos naturais com base em teorias e modelos científicos.
Objetivo do aprendizado 4.4 O aluno é capaz de fazer uma previsão sobre as interações das organelas subcelulares.
Conhecimento Essencial 4.A.2 Os cloroplastos são organelas especializadas que capturam energia por meio da fotossíntese.
Prática de Ciências 6.2 O aluno pode construir explicações de fenômenos com base em evidências produzidas por meio de práticas científicas.
Objetivo do aprendizado 4.5 O aluno é capaz de construir explicações baseadas em evidências científicas de como as interações de estruturas subcelulares fornecem funções essenciais.
Conhecimento Essencial 4.A.2 Os cloroplastos são organelas especializadas que capturam energia por meio da fotossíntese.
Prática de Ciências 1.4 O aluno pode usar representações e modelos para analisar situações ou resolver problemas qualitativa e quantitativamente.
Objetivo do aprendizado 4.6 O aluno é capaz de usar representações e modelos para analisar situações qualitativamente para descrever como as interações de estruturas subcelulares, que possuem funções especializadas, fornecem funções essenciais.

O Auxiliar de Avaliação de Práticas Científicas contém perguntas de teste adicionais para esta seção que o ajudarão a se preparar para o exame AP. Essas questões abordam os seguintes padrões:

  • [APLO 2.5]
  • [APLO 2.16]
  • [APLO 2.18]
  • [APLO 1.9]
  • [APLO 1.32]
  • [APLO 4.14]
  • [APLO 2.2]
  • [APLO 2.3]
  • [APLO 2.23]
  • [APLO 1.15]
  • [APLO 1.29]

Como a luz pode ser usada para fazer comida? Quando uma pessoa acende uma lâmpada, a energia elétrica se transforma em energia luminosa. Como todas as outras formas de energia cinética, a luz pode viajar, mudar de forma e ser aproveitada para trabalhar. No caso da fotossíntese, a energia da luz é convertida em energia química, que os fotoautótrofos usam para construir moléculas de carboidratos (Figura 8.9). No entanto, os autótrofos usam apenas alguns componentes específicos da luz do sol.


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Reações dependentes de luz - reações dependentes de luz

Patrick leciona Biologia AP há 14 anos e é o vencedor de vários prêmios de ensino.

o reação dependente da luz é a primeira etapa da fotossíntese que converte a energia luminosa em ATP. o reação dependente da luz ocorre dentro dos cloroplastos ao longo da membrana tilacóide.

A fotossíntese é um processo de 2 etapas. A primeira etapa desse processo é a coleta da energia do sol, e essa etapa é chamada de & quotthe as reações dependentes da luz & quot, porque depende da luz. Então, o que acontece é que aconteceu na membrana do tilacóide e cria o ATP e o NADPH necessários para a última metade da fotossíntese do ciclo de Calvin. E faz isso por meio de um processo conhecido como quimiosmose. Vamos dar uma olhada nisso mais de perto. Sempre quero ajudar as crianças a se lembrarem de que uma planta é feita de milhares de milhões de células individuais. Cada célula possui dezenas a centenas de cloroplastos e cada um desses cloroplastos está realizando a fotossíntese. Se olharmos mais de perto o cloroplasto, veremos essas pilhas de membrana que estão em pilhas chamadas granum e cada disco individual é chamado de tilacóide e é na membrana do tilacóide que você encontra as moléculas embutidas que compõem a luz mecanismos de processos dependentes. Então, aqui vemos as reações dependentes de luz ou às vezes apenas curtas para reações de luz e o que está acontecendo é que a coleta de luz está sendo usada para gerar a molécula de energia ATP e o transportador de elétrons de alta energia chamado NADPH que o ciclo de Calvin requer.

Onde consegue os materiais de construção para isso? Bem, você obtém íons de difosfato e fosfato de adenosina que foram usados ​​pelo ciclo de Calvin, bem como portadores de elétrons vazios positivos de NADP que também foram usados ​​pelo ciclo de Calvin. Em última análise, o gás oxigênio é expulso como um produto residual das reações dependentes da luz. O oxigênio veio da água. Agora que examinamos o básico, vamos nos aprofundar nos detalhes. Agora você pode ver um diagrama como este em seu livro de texto, não fique muito preocupado com isso, eu não vou passar e, em seguida, exigir que você memorize & quotoh aquele poço de plástico que eu conheço & quot, em vez disso, irei concentre-se no processo geral para que você possa voltar para sua aula e ir & quotoh eu entendi isso. & quot Tudo bem, então isso depende de 2 grandes coleções de pigmentos de coleta de luz ou moléculas de clorofila.

E eles são chamados de fotossistema 2 e fotossistema 1, é realmente uma pena para vocês que este tenha nomes primeiro e depois este um segundo. Desculpe, porque geralmente quando descrevemos o que está acontecendo durante a fotossíntese, falamos sobre o número 2 primeiro e depois o número um, tudo bem. Então, o que basicamente acontece é que a energia na forma de luz é absorvida por pigmentos especiais como mencionei antes, chamados de clorofila, eles passam essa energia para um dos centrais chamados de centro de reação e essa molécula do centro de reação pode realmente perder alguns elétrons e esses elétrons carregam a energia. Assim como uma bola de base, se eu a arremessar de repente, ela ganha energia. Então, ele joga fora esses elétrons de alta energia e você pode usar a energia desses elétrons de alta energia para fazer coisas, assim como você usa elétrons de alta energia para fazer um ventilador se mover, seu iPod para funcionar ou sua TV para funcionar. Agora, se você continuar removendo elétrons das moléculas, esses elétrons estão sendo usados ​​para formar as ligações dessas moléculas e, assim, as moléculas se desintegrarão. Portanto, precisamos obter substituições e esse é o trabalho desta extremidade do fotossistema, onde você tem uma enzima especial que pode pegar elétrons da água.

O que faz com que a água se desfaça em íons de hidrogênio e gás oxigênio, agora esses íons de hidrogênio foram carregados positivamente, por quê? Porque tiramos seus elétrons. Agora aqui nós vemos algo chamado genericamente de sistema de transporte de elétrons ou sistema portador de elétrons e o que acontece você tem um monte de moléculas agindo como fios e que permitem a passagem de elétrons. E essa coisa bem aqui no meio que atua como uma bomba e o que faz é pegar os íons de hidrogênio de fora do tilacóide e os empurra para dentro do tilacóide. Agora, já começamos a fazer alguns íons de hidrogênio dentro daqui, então estamos forçando ainda mais aqui e esses íons de hidrogênio serão repelidos por este processo, na verdade, porque já existem vários íons de hidrogênio e todos eles estão carregados positivamente . É por isso que requer energia para forçá-los a entrar, assim como você está tentando enfiar as crianças em um armário pequeno ou qualquer outro lugar. A pressão começa a aumentar, não coloque as crianças no armário.

Eventualmente, esses elétrons perderam sua energia por quê? Ele tem sido usado para fazer alguma coisa, então temos esse elétron de baixa energia. Felizmente, o fotossistema 1 também ao mesmo tempo tem absorvido luz e dado sua energia a partir dessa luz para alguns elétrons de alta energia. Eles vão para esta molécula aqui que dá esses elétrons de alta energia para o portador de elétrons positivo NADP. Se você der a ele 2 elétrons, ele se torna carregado negativamente e pega um íon de hidrogênio novamente de fora e se torna o NADPH que é uma das duas coisas exigidas pelo ciclo de Calvin para operar na fixação de carbono. Assim, o NADPH vai para as enzimas que estão flutuando ao redor do estroma para fazer o ciclo de Calvin.

A última coisa que precisamos gerar para o ciclo de Calvin é o ATP, e é aí que entram em ação todos os íons de hidrogênio que construímos dentro da membrana tilacóide. Agora, essa alta concentração de íons de hidrogênio nos dá a capacidade de fazer algum trabalho. Essa diferença de íons de hidrogênio de um lado para o outro é chamada de gradiente quimiosmótico, é mais do que apenas um gradiente de concentração porque todos esses íons de hidrogênio que temos adicionado a este lado e removidos daquele lado eles veem recebeu uma carga e então nós temos uma região positiva dentro daqui, comparativamente a parte externa é negativa, então eles são atraídos para o outro lado, bem como se repelem. E essa coisa aqui é uma molécula ou coleção de moléculas, na verdade e coletivamente chamada de ATP sintase, é um canal especializado que, conforme os íons de hidrogênio vão descendo pelo gradiente, como se fosse água através de uma represa.

Eles forçam a turbina da barragem a girar para gerar eletricidade, assim como os íons de hidrogênio passam por este canal, eles forçam a ATP sintase aqui a girar literalmente, ela gira e conforme gira muda de forma, agarra um ADP e fosfato e os empurra juntos para fazer ATP e então esse ATP flutua para o ciclo de Calvin e aí está. As reações de luz, a absorção de luz cria este gradiente quimiosmótico para que você possa criar ATP e a absorção de luz cria elétrons de alta energia que dão uma volta até o ciclo de Calvin no NADPH.


8.20: Reações Dependentes de Luz - Biologia

A fotossíntese é freqüentemente descrita em dois estágios - o processo dependente da luz, que requer luz, e o processo independente da luz, que não requer luz.

Visão geral

O processo dependente da luz ocorre nas membranas tilacóides do cloroplasto. O processo, ilustrado abaixo, começa quando a luz atinge uma molécula de clorofila e excita os elétrons para um estado de energia superior. A água é dividida para substituir os elétrons, liberando oxigênio como subproduto. Em uma série de reações dentro de uma cadeia redox, ou cadeia de transporte de elétrons, a energia do elétron é convertida em ATP e NADPH. O ATP e o NADPH são usados ​​para criar carboidratos durante o processo independente da luz.

Detalhes

Os eucariotos fotossintéticos e as cianobactérias têm dois fotossistemas & # 150 Fotossistema II e Fotossistema I. A energia da luz causa a excitação e a perda de um elétron da clorofila do centro de reação PSII (P680). A água é oxidada para repor o elétron perdido, gerando íons H + e íons oxigênio (O -2). Esses íons O -2 se combinam para formar o O diatômico2. O elétron excitado é impulsionado para um estado de energia superior. Os elétrons são passados ​​de um fotossistema para um redox ou cadeia de transporte de elétrons, eventualmente anexando-se a uma molécula de clorofila no fotossistema I (P700).

A luz atua sobre a clorofila no fotossistema I, fazendo com que um elétron seja impulsionado para um potencial ainda mais alto. O elétron está ligado a um aceptor primário de elétrons (diferente daquele associado ao Fotossistema II). O elétron é passado novamente por uma série de reações redox, eventualmente se juntando ao NADP + e H + para formar o NADPH. Os elétrons fluem continuamente da água para o NADPH. No fotossistema II, o bombeamento de íons H + para o espaço interior das membranas tilacóides cria um gradiente de prótons, que é acoplado à produção de ATP.


Assista o vídeo: Resolução UFRGS 2019. Q19 BIOLOGIA (Janeiro 2022).