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Reações dependentes da luz (fotofosforilação)

1954
  • Daniel I. Arnon
Cloroplastos em um ambiente de laboratório destacando as reações dependentes da luz na fisiologia das plantas.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

The first stage of fotossíntese, the light-dependent reactions, occurs in the thylakoid membranes of chloroplasts. Light energy is captured by chlorophyll to split water (photolysis), releasing oxygen, protons ([latex]H^+[/latex]), and electrons ([latex]e^-[/latex]). This energy is used to create two energy-carrying molecules: adenosine triphosphate (ATP) and nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH), which power the subsequent Ciclo de Calvin.

As reações dependentes da luz são iniciadas quando os fótons atingem as moléculas de pigmento no Fotossistema II (PSII). Isso excita elétrons, que são então transferidos ao longo de uma cadeia de transporte de elétrons. Para repor esses elétrons, o PSII quebra moléculas de água no complexo de evolução de oxigênio, um processo chamado fotólise, que libera O₂ como subproduto. À medida que os elétrons se movem pela cadeia de transporte até o Fotossistema I (PSI), sua energia é utilizada para... bombear prótons do estroma para o lúmen do tilacoide, criando uma força próton-motriz.

No PSI, os elétrons são reenergizados por outro fóton e utilizados para reduzir o NADP+ a NADPH. O gradiente de prótons estabelecido através da membrana tilacoidal impulsiona uma enzima chamada ATP sintase, que sintetiza ATP a partir de ADP e fosfato inorgânico à medida que os prótons retornam ao estroma. Esse processo é conhecido como fotofosforilação. Em alguns casos, pode ocorrer uma via cíclica envolvendo apenas o PSI, que gera ATP, mas não NADPH, ajudando a equilibrar as necessidades energéticas da célula.

UNESCO Nomenclature: 2417
Fisiologia Vegetal

Tipo

Processo Bioquímico

Interrupção

Fundamentais

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • descoberta dos cloroplastos por Hugo Von Mohl
  • isolamento de clorofila por Pierre Joseph Pelletier e Joseph Bienaimé Caventou
  • A demonstração de Robert Hill de que cloroplastos isolados produzem oxigênio na presença de luz e um aceptor de elétrons artificial (a reação de Hill).
  • Descoberta do ATP como a principal moeda energética da célula

Aplicações

  • research into artificial fotossíntese
  • desenvolvimento de herbicidas que têm como alvo as cadeias de transporte de elétrons
  • compreensão da conversão de energia solar
  • produção de bio-hidrogênio a partir de algas

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • bio-solar cells mimicking the thylakoid membrane structure
  • light-activated drug delivery systems using photosensitive molecules
  • herbicides that specifically block photosystem II electron flow
  • algal bioreactors optimized for NADPH overproduction for biofuel synthesis
  • nanoparticle-based artificial leaves for water splitting and fuel generation
  • sensors for detecting water stress in crops by measuring chlorophyll fluorescence
  • development of sunscreens that mimic the photoprotective mechanisms of plants
  • light-driven catalisadores for industrial chemical synthesis
  • genetic modification of crops to improve tolerance to high-light stress
  • water purification systems using light-activated catalysts inspired by photolysis
Relacionado a: reações dependentes da luz, fotofosforilação, tilacoide, clorofila, fotossistema II, fotossistema I, cadeia de transporte de elétrons, ATP, NADPH, fotólise.

Contexto histórico

Reações dependentes da luz (fotofosforilação)

1940
1950
1950
1954
1960
1967
1970
1930
1940
1950
1951
1958
1960
1970
1973

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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