8 fotossíntese e quimiossíntese

Margarida Barbosa Teixeira

OBTENÇÃO DE MATÉRIA PELOS

SERES AUTOTRÓFICOS

Nutrição autotrófica2

Os seres autotróficos utilizam uma fonte de energia externa para produzirem compostos orgânicos a partir de substâncias minerais.

Energia luminosa Energia química

Plantas, alguns protistas (algas) e algumas bactérias

Algumas bactérias

ATP – fonte de energia nas células3

Na fotossíntese e na quimiossíntese, a produção de ATP é fundamental para a produção de compostos orgânicos.

As células não conseguem utilizar diretamente a energia luminosa nem a energia química dos compostos inorgânicos.

A fonte de energia diretamente utilizável pelas células é o composto ATP – Adenosina trifosfato.

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AMP + P ADP

ADP + P ATP

AMP - Adenosina monofosfato

ADP - Adenosina difosfato

ATP - Adenosina trifosfato

ATP – fonte de energia nas células

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As moléculas de ATP são a forma mais comum de circulação de energia numa célula, pois podem ser facilmente hidrolisadas.


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As moléculas de ATP são compostos intermediários que transferem energia de um tipo de reacção para outro.


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Processo utilizado pelos seres fotoautotróficos para a produção de matéria orgânica, a partir de água, dióxido de carbono e energia solar.

Fotossíntese

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Fotossíntese

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Fotossíntese

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Estruturas envolvidas na fotossíntese

Nas plantas, as folhas são os órgãos fotossintéticos mais importantes.

A fotossíntese ocorre nos cloroplastos das folhas, onde existe uma grande quantidade de pigmentos fotossintéticos.

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Corte transversal de uma folha

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Ultra estrutura do cloroplasto

É na membrana dos tilacóides que se localizam os pigmentos fotossintéticos

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Extração e separação dos pigmentos fotossintéticos

Das folhas de espinafre sujeitas à extração de pigmentos por trituração com solvente orgânico e areia fina, foi obtido um extrato de clorofila bruta.

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Cromatografia Técnica de separação dos constituintes de uma mistura atendendo a

propriedades como a solubilidade, tamanho e massa. Os pigmentos são separados em função da solubilidade das moléculas e da

aderência destes ao papel cromatográfico. As moléculas com maior solubilidade e/ou menor peso molecular percorrem

uma maior distância no papel do que as moléculas com menor solubilidade e/ou maior peso molecular.

Verte-se a clorofila bruta sobre a placa de Petri onde é colocado, na vertical, o papel de filtro dobrado em ângulo.

Observa-se a ascensão do solvente (acetona) e dos pigmentos fotossintéticos.


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As folhas possuem diferentes tipos de pigmentos:

Carotenos - laranja Xantófilas - amarela Clorofila a – verde intensa Clorofila b – verde-amarelada


As clorofilas são responsáveis pela cor verde, característica de muitas plantas, pois existem em maior número do que os carotenóides.

No Outono, muitas folhas perdem a sua cor verde, devido a alterações das

clorofilas, apresentando os tons laranja e amarelo dos carotenóides.

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Captação da energia luminosa

A energia radiante do sol é formada por radiações de diferentes comprimentos de onda, constituindo o espectro solar.

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Os pigmentos existentes nas membranas dos tilacóides, no interior dos cloroplastos, absorvem as radiações do espetro de luz visível.

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Espetro de absorção dos pigmentos fotossintéticosCapacidade de absorção de uma radiação, por um pigmento, em função

do respetivo comprimento de onda.

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Experiência de Engelmann (1883)Quais os comprimentos de onda eficazes no processo de fotossíntese?

Engelmann fez uma preparação com espirogira (alga verde filamentosa) e bactérias aeróbias (gastam O2 na respiração).

A preparação foi colocada num microscópio apetrechado com um prisma óptico no sistema de iluminação.

Inicialmente as bactérias estavam dispersas uniformemente na preparação.

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As bactérias passaram a estar mais concentradas nas zonas onde incidiam as radiações de comprimento de onda correspondente ao azul-violeta e laranja-vermelho.

Experiência de Engelmann

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Conclusão: As radiações mais eficazes para a fotossíntese são as radiações correspondentes às faixas azul-violeta e vermelho-laranja.

As bactérias deslocaram-se para as zonas onde há maior libertação de oxigénio.

Nestas zonas a intensidade fotossintética é maior.

Experiência de Engelmann

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Espetro de acção da fotossínteseEficiência fotossintética em função do comprimento de onda das

radiações absorvidas

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Os picos de absorção correspondem às radiações das zonas violeta-azul e vermelho-laranja.

É nas zonas de comprimento de onda correspondentes ao violeta-azul e vermelho-laranja que se verificam taxas mais elevadas de fotossíntese.

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As radiações correspondentes às faixas violeta-azul e vermelho-laranja são as mais eficazes na fotossíntese das plantas porque são as mais absorvidas.

Nas plantas os pigmentos mais importantes na realização da fotossíntese são:

a clorofila a a clorofila b pigmentos verdes que: absorvem radiações correspondentes às faixas

violeta-azul e vermelho-laranja, refletem radiações correspondentes à faixa

verde, por isso, são verdes.

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Relação entre os materiais utilizados na fotossíntese e os produtos resultantes

As bactérias sulfurosas são anaeróbias. Na fotossíntese utilizam sulfureto de hidrogénio (H2S). Na presença de CO2 sintetizam compostos orgânicos e libertam

enxofre.

Experiência de Van Niel (1930)

Comparou as equações gerais da fotossíntese em bactérias sulfurosas e em plantas:

CO2 + 2H2S (CH2O) + 2S + H2O

CO2 + 2H2O (CH2O) + O2 + H2O

O oxigénio libertado pelas plantas e algas na fotossíntese provem da água.

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Experiência de Rubem e Hamen (1940…)

O oxigénio libertado na fotossíntese provem da água.

Confirma a experiência de Van Niel. O oxigénio da água não é utilizado na síntese dos compostos

orgânicos.

Colocaram uma suspensão de algas do género Chlorella em água marcada com o isótopo de oxigénio 18O2 e expuseram-nas à luz.

Recolheram o oxigénio que se libertava e verificaram que se tratava de 18O2.

Este isótopo não aparecia nos compostos orgânicos sintetizados.

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Experiência de Gaffron (1951) Introduziram numa suspensão de

algas, fortemente iluminada, CO2 radioativo (14CO2) .

Após 10 minutos à luz, colocaram a suspensão de algas na obscuridade.

Verificaram que o CO2 continuava a ser incorporado nos compostos orgânicos durante 15 a 20 segundos.

Se a iluminação inicial não ocorrer ou se for reduzida a menos de 10 minutos cessa a fixação de CO2, após as algas serem transferidas para a obscuridade.

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Experiência de Gaffron (1951)

A fixação de CO2 decorre na obscuridade, desde que previamente a alga tenha estado à luz.

A energia luminosa não intervém diretamente na fixação de CO2. O CO2 intervém na formação dos compostos orgânicos produzidos

no decurso da fotossíntese.

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Experiência de Calvin (1950…) Colocaram uma suspensão de algas

do género Chlorella num reservatório iluminado onde borbulhava ar enriquecido em CO2.

Daí as algas passavam para uma tubagem transparente por ação de uma bomba, até um banho de álcool em ebulição.

Injetaram CO2 radioativo (14CO2) em pontos variáveis da tubagem, de modo a fazer variar a exposição das algas ao carbono radioativo.

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Experiência de Calvin (1950…) Extraíram e identificaram produtos

formados em diferentes momentos. Comparando os resultados,

reconstituíram a ordem de aparecimento das diferentes substâncias orgânicas após a fixação de 14CO2 .

O CO2 intervém na formação das moléculas orgânicas produzidas no decurso da fotossíntese.

No processo fotossintético o CO2 é incorporado em sucessivas e diferentes moléculas orgânicas.

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Mecanismo da Fotossíntese

A fotossíntese compreende duas fases sucessivas:Fase fotoquímica – as reações dependem da luz.Fase química - as reações não dependem diretamente da luz.

Reação de redução – por ganho de iões hidrogénio e de electrões.

Reação de oxidação – por perda de iões hidrogénio e de electrões.

Transportador de Hidrogénio – T

T + 2H+ + 2e TH2

Forma Forma oxidada reduzida

NADP+ – Transportador de hidrogénio que intervém na fotossíntese.

NADP+ - transportador de hidrogénio na forma oxidada (T).

NADPH - transportador de hidrogénio na forma reduzida (TH2).

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NADP+NADP+(Dinucleótido de Adenina Nicotinamida Fosfato)

NADP+ + 2e- + 2 H+ NADPH + H+

NADP+NADP+(Dinucleótido de Adenina Nicotinamida Fosfato)

NADP+ + 2e- + 2 H+ NADPH + H+

redução

oxidaçãoForma

oxidadaForma

reduzida

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A energia luminosa absorvida pelos pigmentos fotossintéticos permite:

- Fotólise da água (oxidação) H2O → 2H+ + 2e- + ½ O2

- Redução de transportadores de hidrogénios NADP+ + 2H+ + 2e- →NADPH + H+

Estas reacções de oxidação-redução mobilizam energia que permite a fosforilação de ADP em ATP. ADP + Pi + energia → ATP + H2O

Fase Fotoquímica - fase dependente diretamente da luz

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NADP+ + 2H+ + 2e- → NADPH + H+

H2O → 2H+ + 2e- + ½ O2

ADP + Pi + energia → ATP + H2O

Fase Fotoquímica

Síntese de NADPH e ATP Fase Química

NADPH + H+ → NADP+ + 2H+ + 2e-

ATP + H2O →ADP + Pi + energia

Oxidação de NADPH H+ e e-

Hidrólise de ATP energiaNecessários à incorporação de CO2 em glicose

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Incorporação de CO2 por moléculas de 5 carbonos (pentoses), formando-se moléculas de 3 carbonos (trioses).

A oxidação de transportadores de hidrogénio (NADPH) permite a redução de moléculas intermediárias do ciclo.

A hidrólise do ATP fornece energia para a síntese das moléculas orgânicas.

Fase Química (Ciclo de Calvin) - fase não dependente diretamente da luz

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Parte das trioses são utilizadas na

regeneração de moléculas acetoras de CO2 (pentoses).

A partir das moléculas intermediárias do ciclo forma-se glicose (na fotossíntese) e outras moléculas orgânicas (noutras biossínteses), tais como aminoácidos e ácidos gordos.

Fase Química (Ciclo de Calvin) - fase não dependente diretamente da luz

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Quimiossíntese

A quimiossíntese compreende duas fases sucessivas:

Fase das reações de oxirredução.

Ciclo das Pentoses ou Ciclo do Carbono.

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Quimiossíntese

A oxidação de substratos minerais permite:- redução de transportadores de hidrogénios,- mobilização de energia que permite a fosforilação de ADP em ATP.

Fase das reações de oxirredução É usada a energia

proveniente da oxidação de compostos minerais.

Os compostos minerais são os dadores primários de electrões.

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Quimiossíntese

Incorporação de CO2 por moléculas orgânicas que intervêm nas reações cíclicas.

A hidrólise do ATP fornece energia para a síntese das moléculas orgânicas.

A oxidação de transportadores de hidrogénio (NADPH) permite a redução de moléculas intermediárias do ciclo e consequentemente a síntese de glicose.

Ciclo do Carbono ou Ciclo das pentoses

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Quimiossíntese

As fontes hidrotermais dos fundos oceânicos emitem águas ricas em sulfureto de enxofre.

Nestas zonas existem bactérias sulfurosas que utilizam a energia química resultante da oxidação do sulfureto de hidrogénio para incorporar o CO2 na síntese de compostos orgânicos.

Estas bactérias sulfurosas permitem a instalação de ecossistemas ricos e variados.

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Fotossíntese e Quimiossíntese

SemelhançasSíntese de compostos orgânicos a partir de compostos inorgânicos.1ª etapa - Redução de transportadores de hidrogénios.- Mobilização de energia que permite a síntese de ATP.

2ª etapa Processo cíclico em que ocorre:- fixação de CO2,- oxidação dos transportadores e redução de moléculas intermediárias das reacções cíclicas,- hidrólise do ATP,- síntese de compostos orgânicos.

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Fotossíntese e Quimiossíntese

DiferençasFonte de energia que desencadeia o processo:Fotossíntese - energia luminosa absorvida pelos pigmentos fotossintéticos.Quimiossíntese - energia química resultante da oxidação de substratos minerais .

Fonte de hidrogeniões e de electrões.Fotossíntese - protões e electrões provêm da água.Quimiossíntese - protões e electrões provêm da oxidação dos compostos minerais (não há intervenção de água).

8 fotossíntese e quimiossíntese

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