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Fotossíntese 
Artificial
“A bioinspired redox relay that 
mimics radical interactions of the 
Tyr-His pairs of photosystem II”
Espectro eletromagnético 
http://www.apoioescolar24horas.com.br/salaaula/estudos/fisica/035_ondas/
Espectro de absorção 
Biogeogilde Weblog (2009)González, 2010 (UFRGS)
β-carotene
ψ-carotene
Fonte: <https://br.depositphotos.com/13258581/stock-illustration-beta-carotene-structural-formula.html>
Fonte: <https://www.researchgate.net/figure/Figura-1-Formula-estrutural-do-licopeno_fig1_248701608>
Plantier, 2013 (CulturaMix)
Fatores limitantes
Princípio de Blackman: Quando um processo metabólico é influenciado por 
vários fatores, que atuam isoladamente, a velocidade do processo é 
limitada pelo fator de menor intensidade.
Fatores:
❏ Concentração de CO2 no ar
❏ Temperatura
❏ Intensidade luminosa
❏ Comprimento de onda
Fonte: <https://www.vestibulandoweb.com.br/biologia/teoria/fatores-limitantes-fotossintese.asp>
Fatores limitantes 
Fonte: <https://www.vestibulandoweb.com.br/biologia/teoria/fatores-limitantes-fotossintese.asp>
Pereira, 2015 (SlideShare)
Fonte: Khan Academy
Aragão, 2018 (Minuto Biológico)
UFC - Fisiologia vegetal (apostila)
Fase Química 
(Escura)
Ciclo de 
Calvin-Benson
Santos, 2014 (Blog do enem)
Fonte: http://www.projeto-biologico.arizona.edu
Fixação do CO2 e Síntese da glicose
❏ Enzima Rubisco reduz a RuDp e cliva 
a hexose resultante;
❏ Fosforilação de cada 3-fosfoglicerato 
via ATP para produção de 
1,3-difosfoglicerato (pela enzima 
fosfoglicerato quinase);
❏ Redução do 1,3-DPG na formação de 
gliceraldeído-3-fosfato com NADPH 
como agente redutor;
❏ Gliceraldeído-3-fosfato entra em via 
glicolítica para gerar glicose;
Foto-oxidação ou fotólise da água
Equação geral da fotossíntese
Fonte: https://djalmasantos.wordpress.com/2013/03/20/testes-de-fotossintese/
Fotossíntese Artificial
Fotossíntese Artificial Vs Painéis Solares
❏ Produção de Combustíveis Solares;
❏ Eficiência no armazenamento da energia;
❏ Correspondência maior com sistema energético atual.
Combustíveis Solares
- Gás Hidrogênio
- Etanol
O Processo
A triad assembly, with a photosensitizer (P) linked in tandem to a water oxidation catalyst (D) and a hydrogen evolving 
catalyst (A). Electrons flow from D to A when catalysis occurs.
Ligação Tirosina-Histidina (Tyr-His) 
Fonte: http://www.chemspider.com/Chemical-Structure.16568403.html
Complexo de Evolução da Água (fotólise ou 
foto-oxidação)
❏ Transportador intermediário de elétrons, 
conexão entre o complexo de Manganês e 
P680*;
❏ Ligações intermoleculares de hidrogênio, 
entre um grupo fenol e um grupo imidazol 
(estabilidade das ligações);
A bioinspired redox relay that mimics radical interactions of the 
Tyr-His pairs of photosystem II
❏ Uma placa de metal revestida com um material sintetizado em laboratório, que produz e 
armazena energia na forma do gás hidrogênio;
❏ Reproduzir em laboratório a reação de quebra de moléculas de água promovida por energia 
solar.
❏ A novidade do estudo está no design das moléculas fotoativas e dos catalisadores 
nanoparticulados que imitam o sistema fotossintético natural 
A bioinspired redox relay that mimics radical interactions of the 
Tyr-His pairs of photosystem II
❏ Para imitar a estrutura proteica do sistema natural diretamente envolvido no processo de 
quebra das moléculas de água, foi também necessário acrescentar um grupo fenólico à 
porfirina.
❏ Desenhar modelos sintéticos capazes de imitar as complexas interacções proteína/radicais 
que permitem a geração de radicais altamente energéticos mas de longa duração por meio 
de reacções de transferência de elétrons acoplados a prótons (PCET).
Porfirinas: Solução sintética alternativa para a clorofila
Porfirinas
Biomimetic electron transfer mediator 
A bioinspired redox relay that mimics 
radical interactions of the Tyr-His 
pairs of photosystem II
A bioinspired redox relay that mimics radical interactions of 
the Tyr-His pairs of photosystem II
 Comparação 
A bioinspired redox relay that mimics radical interactions of 
the Tyr-His pairs of photosystem II
Formação da espécie radical fenoxi em tríade-1:
❏ A 13 K resulta resulta num estado radical enérgico intermediário;
❏ A 100 K sofre uma alteração que pode ser interpretada em termos de 
solvatação e reorganização conformacional para produzir um radical fenoxi 
relativamente mais estável.
❏ Esta relaxação imita a observada para o par D2-Tyr D --- His189 em FSII e 
sugere um papel chave da transferência de elétrons acoplados a prótons 
(PCET) em mediar a transferência de elétrons entre os centros reacionais 
naturais e artificiais e catalisadores oxidantes de água.
Ana Paula Campos; Ilustração Alexandre Affonso (FAPESP)
❏ Correspondendo a elétrons no interior do TiO₂ e um sinal isotrópico g = 2,0043, que 
corresponde aos furos localizados na parte orgânica da construção. 
❏ Importante, este espectro indica claramente um número aproximadamente igual de 
elétrons injetados nas nanopartículas TiO₂ e furos no radical orgânico, confirmando 
que a excitação da porfirina (PF₁₀) é seguida por separação de carga por meio de 
transferência de elétrons a partir de PF₁₀ para o semicondutor. 
❏ Os sinais EPR observados com díade-2, ao qual falta o receptor primário de elétrons 
(TiO₂), foram 1% do sinal obtido com o Triad-1
Metodologia e resultados obtidos
Jackson Dirceu Megiatto/Unicamp (2014)
Cenário atual 
❏ Esse aparato ainda não é realidade em grande escala
❏ O material desenvolvido por Megiatto já integra aparelhos fotossintéticos que funcionam como 
pequenas usinas à base de água.
❏ A ideia é conectá-los a células a combustível. Testes preliminares mostram, porém, que o 
sistema ainda é ineficiente para a produção de energia em larga escala.
 Perspectivas futuras 
❏ Nos próximos tempos, seu plano é encontrar uma maneira de melhorar o desempenho do 
material à base de porfirina e a eficiência do processo fotoquímico, com a intenção de 
diminuir o custo de produção de energia.
❏ A ideia é fazer com que as moléculas de porfirina e fenol se organizem sozinhas como se 
fossem peças de um jogo de armar em vez de precisarem ser ligadas quimicamente uma à 
outra.
“Os custos cairiam significativamente e a eficiência aumentaria”
Referências Bibliográficas
GALLO, Luís Antônio; A produtividade agrícola é o resultado final dos eventos bioquímicos que ocorrem nas plantas. 
Piracicaba, SP. Universidade de São Paulo – ESALQ. Disponível em: < http://docentes.esalq.usp.br/luagallo/fotossintese.html>. Acesso em: 
02. Abr. 2019.
 
GONZÁLEZ, Félix H. D.; Fotossíntese. Porto Alegre. RS. Disponível em: < https://www.ufrgs.br/lacvet/restrito/pdf/fotossintese.pdf>. 
Acesso em: 02. Abr. 2019.
SANTOS, Juliana; O Ciclo de Calvin: veja a fase escura da fotossíntese. 2014. Elaborado por Blog do Enem. Disponível em: 
<https://blogdoenem.com.br/biologia-enem-revise-a-fase-escura-ciclo-de-calvin-da-fotossintese-post-3/>. Acesso em: 02 Abr. 2019.
 
VESTIBULANDO WEB (Pag.). Fatores limitantes na fotossíntese. 2014. Disponível em: 
<https://www.vestibulandoweb.com.br/biologia/teoria/fatores-limitantes-fotossintese.asp>. Acesso em: 02 Abr. 2019.
MEGIATTO, J. D. et al. A bioinspired redox relay that mimics radical interactions of the Tyr-His pairs of photosystem II. 
Nature Chemistry. on-line. 9 fev
.
MEGIATTO, J. D. et al. Mimicking the electron transfer chain in photosystem II with a molecular triad thermodynamically 
capable of water oxidation. PNAS. v. 109, p. 15.578-583. 2012.
ZHAO, Y. et. al. Improving the efficiency of water splitting in dye-sensitized solar cells by using a biomimetic electron 
transfermediator. PNAS. v. 109, p. 15.612-616. 2012.
http://revistapesquisa.fapesp.br/2014/03/10/fotossintese-artificial-2/
”
Sometimes, I use big words I don't 
always fully understand in an 
effort to make myself sound more 
photosynthesis.