obtenção de matéria pelos seres autotróficos · relembrando… seres heterotróficos…...
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Biologia e Geologia – 10º ano
Fotossíntese Quimiossíntese
Obtenção de matéria pelos seres autotróficos:
Relembrando…
Seres heterotróficos… Necessitam de obter matéria orgânica e não orgânica
(água, minerais, vitaminas, lípidos, glícidos e proteínas) do meio ambiente, alimentando-se de outros organismos ou dos seus produtos.
Seres autotróficos… Produzem matéria orgânica a partir de matéria
mineral, utilizando uma fonte de energia externa.
E que fonte de energia é essa???
Energia luminosa - FOTOSSÍNTESE Plantas, algas, algumas bactérias (ex.
cianobactérias)
Energia química – QUIMIOSSÍNTESE (na ausência de luz solar) Algumas bactérias (ex.
bactérias nitrificantes) Sere
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Fotossíntese
Processo em que seres vivos como as plantas, algas e alguns tipos de
bactérias (fotossintéticos), convertem a energia luminosa em energia
química (ATP), fixa o dióxido de carbono atmosférico em matéria orgânica,
libertando ainda oxigénio para a atmosfera.
Conclusão tirada?? O aumento do peso resultou da adição de água e não do solo Que variáveis não foram controladas?? Consumo e produção de gases atmosféricos.
- Na Grécia antiga sabia-se que solos fertilizados permitiam o
crescimento das plantas.
- Acreditava-se que o desenvolvimento destas dependia apenas dos
nutrientes que estas “comiam” a partir do solo
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Mas, no séc. XVII, Van Helmont realizou a seguinte experiência…
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Mais tarde, no séc. XVIII, Joseph Priestley realizou a seguinte experiência…
Ao fim e algum tempo a chama extingue-se
Não havendo renovação de ar no interior da campânula, o ratinho morre
ao fim de algum tempo
Na presença de uma planta o ratinho sobrevive
Conclusão – as plantas renovam o ar!
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Jan Ingenhousz, no séc. XVIII, identificou o gás libertado
Conclusão – Os seres autotróficos libertam oxigénio!
Mas de onde provêm esse oxigénio??
Da água (H2O) ou do dióxido de carbono atmosférico (CO2)??
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Van Niel, 1930
CO2 + 2H2S CH2O + H2O + 2S
- Estudou bactérias sulfurosas
- Produzem glicose
- utilizam na fotossíntese H2S em vez de H2O
- Na presença de Luz libertam S (enxofre) e produzem compostos
orgânicos
- Vivem em meios sem O2
Van Niel comparou a equação da quimiossíntese nas bactérias sulfurosas…
… com a equação geral da fotossíntese nas plantas:
CO2 + 2H2O CH2O + H2O + O2
Pela sua teoria, o O2 tem origem na H2O e não no CO2
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Calvin, 1941
- Algas verdes Chlorella
- Colocadas em H2O, em que o O é radioactivo (18O)
- Iluminaram as algas
- O O2 libertado da fotossíntese é 18O2
- O oxigénio da glicose não é o radioactivo
Qual será, então, a origem do O2 libertado pelas plantas??
Tem origem na água e não no dióxido de carbono!
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Calvin, 1941
- Algas verdes Chlorella
- Colocadas em CO2, em que o C é radioactivo (14C2)
- O C da glicose é radioactivo.
CONCLUSÃO:
O carbono do CO2 é necessário para formar os compostos orgânicos
- Então o Dióxido de Carbono é preciso para o quê???
Como se processa a fotossíntese? Actividade do manual, página 76 e 77
Experiências de Graffon, 1951
- A uma suspensão de algas, fortemente iluminada, foi fornecido dióxido de
carbono radioactivo (14CO2). Após uma hora de iluminação, as algas foram
colocadas na obscuridade, verificando-se que o CO2 continuava a ser
absorvido durante 15 a 20 segundos.
- Se a iluminação inicial não se fizer pelo menos durante uma hora, a
incorporação de CO2 cessa assim que se transferem as algas para a
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Para que se inicie o processo fotossintético é necessário luz? Sim, embora o processo possa decorrer alguns segundos na sua ausência.
A incorporação de CO2 depende directamente da acção da luz?? A captação de CO2 continua a realizar-se durante algum tempo na
obscuridade, se tiver ocorrido iluminação prévia suficiente.
Clorofila – a (Verde-escuro); b (verde -amarelada); c; d
Carotenóides – xantófilas (amarelas); carotenos (laranja)
Os pigmentos fotossintéticos são moléculas capazes de absorver radiações luminosas, sendo essenciais para o processo fotossintético.
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? Em seres eucariontes realiza-se a nível dos CLOROPLASTOS.
Os pigmentos fotossintéticos localizam-se na membrana que constitui os tilacóides (com enzimas e transportadores de electrões).
O espaço membranar – tilacóides – ocorre a fase fotossintética dependente da luz.
No estroma decorre a fase independente da luz
Actividade prática – manual página 72
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Análise e interpretação da actividade prática da página 72
Qual a função dos pigmentos fotossintéticos?
Macerar as folhas num almofariz com acetona ou etanol
Filtrar a solução de pigmentos fotossintéticos
Verter o filtrado e colocar papel de filtro
Cromatografia dos diferentes pigmentos fotossintéticos
Tem a função de absorver luz visível utilizada no processo fotossintético.
Mas dentro do espectro da luz visível, há diferentes comprimentos de onda aos quais os pigmentos respondem de forma diferente…
Sucessivamente: clorofila a, clorofila b, xantófilas e carotenos
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Como captam os pigmentos fotossintéticos a energia luminosa? - A luz propaga-se através de partículas – Fotões
- Quanto menor o comprimento de onda, maior a energia que transportam.
- Quando um electrão absorve energia do fotão passa do estado fundamental ao estado excitado – nível de energia superior.
- Quando o electrão regressa ao estado fundamental liberta essa energia – calor ou fluorescência.
Reacções de oxidação - redução
Perda de electrões Ganho de electrões
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- Espirogira (alga filamentosa)
- Observação microscópica
- preparação atravessada pela luz com prisma óptico
- Suspensão de bactérias aeróbias (precisam de oxigénio) no meio de montagem
- Bactérias dispostas uniformemente no início.
Actividade do manual, pág. 74
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Qual a influência do comprimento de onda das radiações na taxa da fotossíntese?
Resultado: - Bactérias aglomeradas em volta do filamento em zonas que recebem radiação azul-violeta e vermelho-alaranjado.
Conclusão: - Há mais bactérias onde há mais oxigénio. - Nos locais onde existe mais oxigénio, a taxa fotossintética é superior, já que o O2 é um produto da fotossíntese. - Radiações azul e vermelho são as mais eficazes para a fotossíntese.
Qual a relação entre a cor das folhas e o espectro de absorção da radiação solar pelos pigmentos fotossintéticos?
As folhas são verdes já que esta radiação não é absorvida, mas sim reflectida.
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(Se colocarmos uma planta num local iluminado somente com luz verde, ela morre)
Capacidade de absorção de uma radiação por um pigmento em função do respectivo comprimento de onda.
Eficiência fotossintética em função do comprimento de onda das radiações absorvidas.
Espectro de absorção
Espectro da acção da
fotossíntese
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do A fotossíntese
ocorre em duas
fases: uma
dependente da luz
(Fase Fotoquímica)
e outra
independente da luz
(Fase química ou
Ciclo de Calvin)
LUZ H2O
02
CO2
GLICOSE
NADPH
ATP
Fase dependente da luz/fotoquímica (membrana dos tilacóides):
- Transformação de energia luminosa em química;
- Decomposição da molécula de água (liberta-se oxigénio);
- Produção de ATP e NADPH necessários para a realização da fase independente da luz.
Fase independente da luz/química/obscura (estroma): - Utiliza o ATP e NADPH produzidos na fase fotoquímica;
- Utiliza o dióxido de carbono atmosférico para produzir glicose (matéria orgânica).
NADP – Nicotinamida adenina dinucleótido fosfato – coenzima que actua como transportador de átomos de hidrogénio e electrões em reacções de oxidação/redução.
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ATP
ADP + P + Energia ATP + H2O
ATP + H2O ADP + P + Energia
Reacção endoenergética
Síntese
ADP + P ATP Reacção exoenergética
Hidrólise
Fosforilação de ATP
Desfosforilação de ATP
As moléculas de ATP funcionam como “euros energéticos”, utilizados pelas células para “pagar as despesas”
provocadas pelos processos anabólicos.
FASE FOTOQUÍMICA
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- A luz é captada, absorvida pela clorofila e armazenada em moléculas de ATP (possível reserva energética). - O objectivo desta fase é criar um campo eléctrico em torno das moléculas de água. - Nesta mesma etapa, dá-se a fotólise da água (desdobramento das moléculas da água em iões de oxigénio e hidrogénio, devido à radiação). O hidrogénio formado (ião H+) é inserido na molécula NADH+ que servirá no próximo processo para oxirredução.
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) A - Fotólise da água: a molécula de água é decomposta por acção da luz. Resultam 2 electrões, oxigénio e dois hidrogeniões.
B - Oxidação da clorofila a: estas moléculas captam a luz o que provoca a sua excitação. Cada uma destas moléculas perde 2 electrões, ficando oxidada.
Principais etapas:
Principais etapas:
C - Fluxo de electrões: ao nível da membrana existem transportadores de electrões – cadeias transportadoras – onde se verifica uma diminuição do nível energético. Os electrões provenientes da clorofila a vão transferindo energia que vai sendo utilizada para produzir ATP – fotofosforilação (a energia provém da luz).
ADP + P + Energia ATP + H2O
D – Redução do NADP+ -os hidrogeniões provenientes da fotólise, juntamente com os electrões que percorreram as cadeias transportadoras – fluxo de electrões – são utilizados nesta redução.
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es Fluxo acíclico de electrões
Fluxo cíclico de electrões - Apenas ocorrem nas
clorofilas do
fotossistema I
- Os electrões são
transferidos para o
aceitador primário, mas
não são transportados
até ao NADP+.
Regressam às clorofilas
do fotossistema I
- Aqui só há síntese de
ATP e não de NADPH.
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FASE QUÍMICA (CICLO DE CALVIN)
Conjunto de reacções da fotossíntese que não estão
directamente dependentes da luz.
Durante esta fase ocorre fixação do dióxido de
carbono, ou seja, ocorre síntese de moléculas
orgânicas (glícidos, prótidos, lípidos) em que
este é incorporado utilizando a energia química
armazenada na fase fotoquímica.
Ciclo de Calvin ou do carbono
- Regeneração de uma pentose (ribulose difosfato – RudP) a partir de uma
triose (ácido fosfoglicérico – PGAL) que é o responsável pela formação da
glicose;
- São consumidos o dióxido de carbono atmosférico, o ATP e o NADPH
formados regulado por enzimas;
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6 Moléculas de CO2
Composto intermédio (INSTÁVEL)
6 C
12 PGA
3C
12 PGAL
3C
2 PGAL
3C
1 GLICOSE
6C
10 PGAL
3C
6 RuP
5C
6 RudP
5C
12 ATP
12 ADP + 12 P
12 NADPH
12 NADP+
6 ATP
6 ADP + 6 P CICLO
DE CALVIN
1. Quantas fases se podem distinguir no ciclo de Calvin?
2. Qual a molécula que se combina, inicialmente, com o dióxido de carbono?
3. De onde vem o cabono presente na molécula de glicose?
4. Em que fases do ciclo é utilizado o ATP e o NADPH proveniente da fase dependente da luz?
5. Quantas moléculas de PGAL (aldeído fosfoglicérico) são utilizadas para sintetizar compostos orgânicos (ex: glicose) e para regenerar a ribulose difosfato?
Exercício de aplicação:
LUZ H2O
02
CO2
GLICOSE
NADPH
ATP
Exercício de aplicação:
Processo de formação de matéria orgânica
a partir de substâncias inorgânicas,
utilizando a energia que se liberta na
oxidação de vários tipos de substratos
inorgânicos .
Organismos quimiautotróficos Ex: bactérias nitrificantes, oxidantes de enxofre e de ferro.
A – Oxidação do substrato inorgânico Da oxidação do substrato resulta a formação de um fluxo de hidrogeniões e electrões, onde há transferências de energia que vão ser utilizadas na síntese de ATP. No final, este vão reduzir o NADP+, formando-se NADPH.
B – Redução do dióxido de carbono Processo equivalente ao ciclo de Calvin na fotossíntese. Um composto aceptor, fixa o dióxido de carbono que é reduzido e fosforilado, formando-se compostos orgânicos.
1- Indique a função dos compostos minerais que sofrem oxidação.
2 – Que produtos se formam a partir das reacções de oxidação?
3 – Qual o destino do ATP e do NADPH formados a partir de reacções de oxidação?
4 – Indique as semelhanças e diferenças entre fotossíntese e quimiossíntese.
Exercício de aplicação:
ANIMAÇÕES
http://www.wiley.com/legacy/college/boyer/0470003790/animations/photosynthesis/photosynthesis.htm)