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Diferenças básicas entre plantas C3, C4, MAC
Caracteristica C3 C4 MAC
Anatomia Células mesófilo Células mesófilo Células com grandes
e bainha do feixe vacúolos
Taxa de cresc. 1 4 0,02
(g. dm-2dia-1)
Estômatos Abertos de dia Abertos de dia Fechados de dia
Temp. Ótima 20-30 oC 30-45 oC 30-45 oC
Enz. chave Rubisco PEPcase,Rubisco PEPcase,Rubisco
Fotorrespir. Alta Baixa Baixa
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Atividades da Rubisco:
Carboxilase
Oxigenase
-Reage com o CO2
-Reage com o O2
Fotorrespiração
Fotossíntese
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FOTORRESPIRAÇÃO (FTR)
• Quando Rubisco reage com o O2
• Fotorrespiração é a perda de CO2 adicional àrespiração mitocondrial
• Ocorre em altos níveis de luz, temperatura e[O2]
• Reduz a fotossíntese líquida (FL)
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FTR afeta a fotossíntese líquida
FL = Fotossíntese líquida Crescimento
FB = Fotossíntese bruta
R = Respiração (RM + FTR)
RM = Respiração mitocondrial
FTR = Fotorrespiração
FL = FB – R (RM + FTR)
Durante o ciclo de vida das plantasa proporção média de FB:R é de 2,5:1
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Possíveis relações entre FB e R
•FB > R crescimento favorecido•FB = R crescimento ñ favorecido•FB < R crescimento ñ favorecido
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2 X RuBP + O2
(5C)
Rubisco (oxigenase)
2 X Ácido 3-fosfoglicérico (3-PGA)
(3 C)2 X Ácido fosfoglicólico (2 C)
Ciclo de
Calvin-Benson2X Ácido glicólico (2C)
fosfatasePi
cloroplasto
peroxissoma
2X Ácido glicólico
2X Glicina (2C)
O2
H2O2
2 X Glicina (2C) 1 X Serina (3C)
NAD+ NADH
NH4+ + CO2mitocôndria
Serina
Glicerato
NAD+
NADH
Glicerato (3C)
ADP
ATP
FOTORRESPIRAÇÃO
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Ocorrência simultânea da fotossíntese e fotorrespiração
Fase fotoquímica eCiclo de Calvin-Benson
Fotorrespiração (FTR)
LUZ
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FOTORRESPIRAÇÃO
•O balanço entre a fotossíntese e afotorrespiração é determinado por 3fatores:
1)As propriedades cinéticas da enzimaRUBISCO
2)As concentrações de CO2 e O2
3)Temperatura
• Razão de [CO2]/[O2] diminui nos tecidosvegetais com o aumento da temperatura
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FOTORRESPIRAÇÃO (FTR)
•A função biológica da fotorrespiraçãoainda é motivo de debate!É possível que a FTR seja importante em condições dedéfict hídrico (ex. alta irradiância com fechamentoestomático): Dissipar excesso de energia (excesso deATP e NADPH)
Estudos com mutantes e plantas transgênicas C3 que nãofotorrespiram sugerem que a FTR pode proteger as plantasC3 da foto-oxidação e foto-inibição.
-FTR +FTR
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2 X RuBP + O2
(5C)
Rubisco (oxigenase)
2 X Ácido 3-fosfoglicérico (3-PGA)
(3 C)2 X Ácido fosfoglicólico (2 C)
Ciclo de
Calvin-Benson2X Ácido glicólico (2C)
fosfatasePi
cloroplasto
Glicerato (3C)
ADP
ATP
FOTORRESPIRAÇÃO
Glicerato (3C)
CO2
Biologia sintética: inserção de enzimas bacterianas de
fotorrespiração em plantas- Libera CO2 no cloroplasto
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FATORES QUE AFETAM A FOTOSSÍNTESE
1.LUZ
2. [CO2]/[O2]
3.Disponibilidade de H2O
4. Temperatura
5.Fatores inerentes as plantas: plantas de sol eplantas de sombra, atividade da Rubisco e doCiclo de Calvin-Benson
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Fot
ossínt
ese
líquida (FL)
Nível de luz (kilolux)
Planta C4
PlantaC3
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Efeito da Luz
S
S
S = ponto de saturação de luz
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folha de sol folha de sombra
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DISSIPAÇÃO DO EXCESSO DE LUZ
• Pigmentos fotoprotetores• Beta-caroteno e xantofilas (violaxantina,
anteraxantina e zeaxantina) dissipam o excesso de energia luminosa na folha
• Caso não seja dissipado o excesso de luz pode haver Foto-inibição e Foto-oxidação
• Plantas de sol tem mais xantofilas
• Folhas de uma mesma árvore podem se adaptar a condições de alta e baixa luminosidade.
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Fot
ossínt
ese
líquida
LUZ
folha de sol
folha de sombra
Efeito da Luz
- O ponto de compensação de luz para as folhas de sol é maior (10 a 20 micromoles de quanta m-2 s-1) do que nas folhas de sombra (1 a 5 micromoles de quanta m-2 s-1). - folhas de sombra tem menos cloroplastos, por isso saturam com luz rapidamente. São mais sensíveis ao sol, podendo haver foto-inibição e foto-oxidação
C
C = ponto de compensação de luz
(uMoles quanta m-2 s-1) 5 15
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Efeito da Temperatura
Fot
ossínt
ese
líquida
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Efeito do O2
Soja: metabolismo C3
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Efeito do CO2
[CO2] ppm
Abso
rção
de C
O2
Lib
era
ção
de C
O2
C
S
C = ponto de compensação de CO2
S = ponto de saturação de CO2
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Efeito do CO2Fo
toss
ínte
se lí
qu
ida
*As espécies com metabolismo C4
necessitam de menosrubisco que as C3.Portanto, requeremmenos nitrogênio para
crescer.
*C4 também podemanter
estômatos menos abertos
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DIFERENÇAS ENTRE PLANTAS METABOLISMOs C3, C4 E MAC
Ponto de Compensação de CO2 (FB = R)
• C3 = 50 ppm• C4 = 5 ppm•MAC = 2 ppm
- Ponto de Saturação de CO2
•C3 = 800ppm•C4 = 200ppm•MAC = 200ppm
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CO2,O2 e produtividade
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Como a fotossíntese mudaráno futuro sob condições de aumento de [CO2] e temperatura?
FACE: Free Air CO2 Enrichment