Difusão de CO2

Uma compreensão do mecanismo de fixação de COrequer conhecimento das propriedades físicas e químicas de CO2, particularmente esses relacionaram a sua interação com água. A quantia de qualquer gás dissolvida em água é proporcional a sua pressão parcial (Pgas) sobre a solução (a lei de Henry) e seu coeficiente de absorção de Bunsen (a). O coeficiente de absorção de Bunsen é o volume de gás absorvido por um volume de água a uma pressão de 1 atmosfera e é dependente de temperatura, enquanto diminuindo como as elevações de temperatura. A solubilidade de um gás diminui então com temperatura crescente. Assim, para uma determinada temperatura, onde V0 é o volume normal de um gás ideal a temperatura padrão e pressão (V0 = 22.4 mol-1 de L).

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Pode-se calcular a pressão parcial de um gás multiplicando a fração molar do gás pela pressão total. A fração molar de um gás é seu volume parcial dividido pelo volume total de todo o presente de gases. Assim, a fração molar de CO2 e O2 em ar é 0,0345% e 20,95%, respectivamente. No mar a pressão nivelada atmosférica é aproximadamente 0.1MPa, assim as pressões parciais de CO2 e O2 são 3,4×10-5 e 2,1×10-2MPa, respectivamente,.

Destes valores e esses de a, as concentrações de solução correspondentes de CO2 e O2 podem ser computadas pela equação dada acima. A mesa debaixo de valores de presentes para estas concentrações a temperaturas diferentes. Estes valores colocam constrangimentos consideráveis em carboxilação. Como uma carboxilase, rubisco deve ser capaz de operar eficientemente até mesmo às bastante baixas concentrações de COdisponível para isto. Por causa das dependências de temperatura diferentes dos coeficientes de absorção de Bunsen (CO2) e a (O2), as concentrações destes dois gases variam com temperatura tal que a relação de CO2 para diminuições de O2 como os aumentos de temperatura. Este efeito é biologicamente importante, porque como os aumentos de temperatura, a relação de carboxilação para oxigenação catalisada assim por diminuições de rubisco e a relação de fotorrespiração, a fotossíntese aumenta. A incorporação de CO2 atmosférico em uma solução inclui duas reações:

A solubilização:           CO2 (gas) → CO2 (aq)

E a hidratação:             CO2 (aq) + H2O → H2CO3,     K = 2 x 10–3.

Ambos a baixa proporção de H2CO3 relativo a CO2 (aq) e a dificuldade para distinguir estas dianteiras de espécies experimentalmente a reunir suas concentrações na lei de Henry.

Para a ocorrência da fotossíntese, o dióxido de carbono (CO2) precisa se difundir da atmosfera para a folha e, posteriormente, para o sítio carboxilase da rubisco. Gradientes apropriados são necessários para garantir a difusão de CO2 adequada da superfície foliar até o cloroplasto.

A cutícula que cobre a folha é quase impermeável ao CO2, de modo que a principal via de ingresso dele na folha são os estômatos. O CO2 difundi-se para a câmara sub-estomática e para os espaços de ar entre as células do mesofilo. A difusão para os cloroplastos inicia na camada de água que umedece as paredes das células do mesofilo e continua pela membrana plasmática, pelo citosol e pelo cloroplasto.

Cada trecho desta rota de difusão impõe uma resistência à difusão de CO2, de modo que o suprimento de CO2 para a fotossíntese encontra uma série de pontos de resistência.

O CO2 penetra nos espaços intercelulares da folha através dos poros estomáticos (Figura 1). A partir dos espaços de ar ele se dissolve na água de paredes celulares úmidas e se difunde para a célula e cloroplasto.

A fase gasosa de difusão de CO2 encontra resistência em três componentes: a camada limite, o estômato e os espaços intercelulares da folha, cada um impondo resistência à difusão.

A camada limítrofe consiste de ar relativamente parado junto a superfície foliar. Após a difusão pela camada limítrofe, o segundo tipo de resistência é a estomática. Como o ar ao redor da folha raramente está completamente parado, a resistência da camada limítrofe é muito menor que a resistência estomática. A resistência do ar no espaço intercelular também é geralmente pequena.

Quanto a difusão do COna fase líquida, chamada resistência do mesofilo, esta abrange a difusão dos espaços intercelulares da folha para os sítios de carboxilação do cloroplasto.

image003Figura 1. Pontos de resistência do CO2 do exterior da folha para os cloroplastos. O poro estomático é o ponto de maior resistência à difusão de CO2

(Taiz & Zeiger, 2004).

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