você enxerga todas as cores? descubra como!

36

voltar ao índice

Seção 4

Você enxerga todas as cores? Descubra como!

Pretende-se que neste bloco temático que o visitante tome conhecimento de uma característica humana, a visão de cores, mergulhe para dentro das células especializadas responsáveis por esse tipo de visão e chegue até o DNA, molécula que contém informações para a formação e funcionamento deste tipo de visão. Em outras palavras a seção exibe a relação entre um fenótipo (visão de cores) e o genótipo (normal ou mutado).

O DNA possui uma linguagem cifrada, que resulta da sequencia das bases nitrogenadas Timina, Adenina, Citosina e Guanina, representadas pelas letras T, A, C e G. A célula é capaz de “ler” esta informação para sintetizar os pigmentos que possibilitam a visão colorida. Uma alteração ou modificação nessa informação (ordem das bases nitrogenadas) causará um produto defeituoso ou ausente, afetando a visão das cores. Em outras palavras o bloco explicita uma relação entre o genótipo e um fenótipo.

Os painéis ou dispositivos interativos do bloco estão abaixo sumarizados.

Teste de daltonismoO visitante é convidado a fazer um teste de daltonismo, isto é, olhar para imagens coloridas e

verificar se enxerga corretamente as cores. O fenótipo escolhido foi a visão de cores. Fenótipo normal = visão de cores normal, fenótipo mutado = daltonismo. O painel apresenta um teste para o defeito mais comum de visão das cores verde/vermelho. Para facilitar a compreensão iremos nos ater a problemas na visão da cor verde.

As células da visão Uma animação representa um mergulho para o interior do olho humano. Este mergulho começa no

olho e em seguida são visualizadas as células da retina: cones e bastonetes. Um zoom para o interior de um cone mostra sua morfologia, o local onde estão acumulados os pigmentos foto receptores e o núcleo da célula, no interior do qual estão os cromossomos. Você sabe em que lugar do nosso olho essas células estão?” O objetivo nesse momento é mostrar que as cores são percebidas não pelo olho todo, mas por células específicas no interior do globo ocular, no caso, os cones. Para entender o fenótipo mostrado é preciso saber qual o tipo de célula responsável por ele e onde tais células estão localizadas.

37

voltar ao índice

Como se faz um pigmento? A informação para isso está no DNA O objetivo deste aparato é mostrar a relação entre o DNA, que está localizado dentro do núcleo da

célula (modelo tridimensional), sua estrutura e a informação que ele contém. Trechos da molécula correspondem a genes, isto é, às receitas para a produção de proteínas. esta informação está relacionada com o fenótipo “visão de cores”.

Como ler o livro da vida? Onde estão todas as receitas que a molécula de DNA do genoma contém? Representando

metaforicamente o genoma humano, ou seja, toda a informação contida no DNA da espécie humana, dois elementos metafóricos foram apresentados: (a) uma maquete representando três livros com 78,3 metros de espessura, ou seja, uma representação da quantidade de informação contida no genoma e (b) um livro, o “Livro da Vida”, com páginas compostas por apenas as letras A, T, C e G, cada uma das páginas com 837 letras. Junto a elas há uma curta frase conceitual “A informação resulta da sequencia das bases nitrogenadas Timina, Adenina, Citosina e Guanina, representadas pelas letras T, A, C e G do DNA. Você consegue entender?” Além disso, um esquema evidencia um pequeno trecho da molécula de DNA, indicando ser o gene, acompanhado da frase “O gene é um trecho do DNA que contém a receita para uma proteína”. Esta frase relaciona o DNA à produção de proteína, contribuindo para o entendimento da mensagem principal desta seção. Antes que o livro possa efetivamente ser lido (próximo painel interativo) instiga-se a curiosidade do visitante perguntando-se “Como ler o livro da vida”? “Que tipo de história o livro contém?”, “Você consegue traduzir o que está escrito?”. Pretende-se que o visitante se dê conta de que existe uma relação entre a linguagem contida no DNA e o produto que a célula fabricará a partir desta linguagem (o que efetivamente ocorrerá no próximo painel interativo).

Leia o livro da vida Neste painel interativo o visitante faz a “tradução” de um trecho de mensagem do DNA em uma

proteína. Uma das sequências do DNA corresponde a ordem correta de bases da proteína opsina e a outra sequencia corresponde a ordem errada, ou seja, uma das bases foi trocada. A tradução da opsina correta leva a formação de um cone normal, e a consequente visão normal de cores. A sequência de DNA errada causa a substituição de um aminoácido na opsina traduzida o que ocasiona o daltonismo. Mock ups de cones funcionais e não funcionais são correlacionados à visão normal e ao daltonismo, respectivamente. Chegamos enfim no fenótipo.

voltar ao índice

38

Uma pessoa com este tipo de DALTONISMO...

• não dirige tranquilamente, pois não sabe com certeza quando parar o carro no semáforo.

• vê o mundo como num filme em branco e preto.

• enxerga os tons de verde de uma floresta de modo diferente do que a maioria da população humana.

Como é que é? Tente responder

Se você não vê VERDE você é DALTÔNICO

Se você lê 29 e 5 você vê a cor verdeSe você lê 70 e 2 você não vê a cor verde

Teste sua visão de cores29 ou 70? 5 ou 2?

voltar ao índice

39

Daltonismo

Pessoas com deficiência de visão de cores são denominadas daltônicas. As deficiências de percepção das cores estão divididas em três categorias de defeitos de visão:

1. vermelho-verde (mais comum – 8% dos homens caucasianos e 0,5% das mulheres) 2. azul-amarelo (mais raro que o 1 – menos do que 1 afetado em cada 10.000 pessoas)3. ausência completa de visão de cores (mais raro – 1 a cada 30.000 pessoas)

Os defeitos do primeiro tipo são os mais comuns – os indivíduos têm dificuldades de distinguir tonalidades de vermelho e verde. Enquanto a maioria da população humana vê as cores do arco-íris como mostrado na figura abaixo, lado esquerdo, indivíduos daltônicos para verde-vermelho veem como na figura da direita; as cores verde e vermelha são vistas com tonalidades de marrom amarelado.

Conheça os cones e os bastonetes. Você sabe em que lugar do nosso olho estas células estão?

Nos cones, células que percebem as cores, existem proteínas que absorvem a luz colorida. Estas proteínas são PIGMENTOS, um para cada cor: vermelho, verde e azul.

As células da visão

voltar ao índice

40

ANIMAÇÃO

41

voltar ao índice

Um mergulho nas células da retina do olho humano

A animação mostra um mergulho no olho humano evidenciando os dois tipos de células sensíveis à luz: cones e bastonetes. Existem três tipos de cones dependendo do tipo de pigmento que eles possuem acumulados em suas membranas. Cada tipo de cone contém um único tipo de pigmento foto sensível. A animação mostra o cone que contem pigmentos que absorvem a luz verde. Tais pigmentos ficam acumulados em dobras membranosas, em forma de discos, localizadas na extremidade da célula oposta àquela em que se localiza o núcleo. O pigmento acumulado é uma opsina que responde a luz com comprimentos de onda correspondente ao verde.

Em seguida a animação focaliza o núcleo do cone, pois é aí, nos cromossomos que está à informação alterada para a síntese da opsina normal ou defeituosa (presente nos daltônicos).

voltar ao índice

42

As informações para a célula fabricar corretamente a proteína do pigmento do olho estão... • em todos aqueles bilhões de letras do genoma.

• em uma molécula inteira de DNA que forma um cromossomo.

• em um gene.

CÉLULA ANIMAL

DNA

CROMOSSOMOSGENE

NÚCLEO


• Esta informação está escrita com as letras T, A, C, G do DNA. Você consegue entender essa linguagem?

• O GENE é um trecho do DNA que contém a receita para uma proteína.

A informação para isso está no DNA

Como se faz um pigmento?

A informação para isso está no DNA

43

voltar ao índice

Cada gene é um segmento funcional do DNA localizado num local específico do cromossomo. Do ponto de vista molecular o gene é um segmento de DNA cuja sequência de nucleotídeos especifica a sequencia de aminoácidos de uma determinada proteína (um gene pode também codificar um RNA funcional, como rRNA ou tRNA, por exemplo).

Cada célula possui uma longa lista de instruções, ou receitas, que quando executadas, dão às células formas e funções características. Essa longa lista de instruções está contida no DNA, que é o material genético de todos os seres vivos. Cada receita corresponde a um gene.

O DNA é uma molécula formada por duas cadeias, ou fitas, compostas por nucleotídeos ligados entre si. Cada nucleotídeo é formado por um açúcar (a desoxirribose), um grupo fosfato e uma das quatro bases nitrogenadas, adenina (A), timina (T), citosina (C) ou guanina (G). As bases são capazes de formar pares entre si: A emparelha com T e G emparelha com C. Cada uma das cadeias da molécula de DNA é caracterizada pela sequencia de nucleotídeos que apresenta (por exemplo, CCTAAACTAAC). Como na molécula de DNA existem duas cadeias emparelhadas, a cadeia representada pela sequencia acima estará emparelhada com outra cuja sequencia de nucleotídeos será complementar (GGATTTATTC). Como consequência da estrutura da molécula de DNA a linguagem do material genético pode ser representada como tendo apenas quatro letras. A informação depende da ordem com que estas letras se encontram, na molécula de DNA.

Sequencias específicas de bases, cada uma com um início e um fim, compõem os genes, as receitas para se sintetizar proteínas. As proteínas são responsáveis por praticamente todas as funções que as células executam. Se o DNA é o material genético de todos os organismos vivos, então por que todos não se parecem e não se comportam do mesmo modo? Isso não acontece, pois cada espécie de planta ou animal possui uma ordem diferente de bases em seu DNA. Em outras palavras, cada espécie possui sua coleção de genes, ou receitas, que é diferente das demais.

E, dentro das células, onde está o DNA? Nas células dos eucariotos o DNA está distribuído por um ou mais cromossomos. O número e o tamanho dos cromossomos são os mesmos em todas as células somáticas de um organismo, mas variam em organismos diferentes. Cada cromossomo é formado por uma molécula de DNA associado a proteínas. Os cromossomos se coram intensamente com corantes básicos e são visíveis em microscopia óptica apenas durante a divisão celular, quando se tornam altamente compactados.

Em células interfásicas, o material genético é visualizado como uma massa amorfa no interior do núcleo pelo fato das longas moléculas de DNA não estarem muito condensadas. É nessa fase que o material genético apresenta-se funcional, ou seja, transcrevendo mensagens, ou executando as receitas.

A aparência de um organismo, ou o seu fenótipo, é resultante dos genes que estão dentro das células, mais especificamente nos cromossomos. Os genes podem dizer, por exemplo, se o indivíduo terá olhos azuis ou castanhos, cabelos lisos ou crespos, possuir sardas ou não. Como isso ocorre? As informações contidas nos genes, escritas na linguagem do DNA, são copiadas em RNA, num processo denominado transcrição. Em seguida, o RNA migra para o citoplasma onde a informação é traduzida da linguagem do RNA para a linguagem das proteínas. No processo de tradução a ordem de bases do DNA e transformada na ordem de aminoácidos da proteína. As proteínas são importantes porque elas ajudam as células a produzir outras substâncias necessárias para seu funcionamento.

O que os organismos herdam de seus pais são as receitas para a produção de proteínas. Essas receitas, os genes, estão contidas no DNA, que por sua vez compõem os cromossomos. Assim sendo, o DNA produz proteínas, proteínas formam as células e as células compõem um organismo.

44

voltar ao índice

• 3,

2 bi

lhõe

s de

letra

s•

837

letra

s po

r pág

ina

• 3

livro

s co

m 7

8,3

met

ros

de e

spes

sura

No g

enom

a est

ão to

das a

s rec

eita

s de

um se

r vivo

Que

tipo d

e hi

stór

ia o l

ivro c

onté

m?

Rece

itas

para

faze

r pro

teín

as.

Por q

ue as

prot

eína

s são

impo

rtan

tes p

ara a

vida

?Pr

oteí

nas

estã

o en

volvi

das

em q

uase

100

% d

os p

roce

ssos

que

ocor

rem

no

seu

corp

o.

Você

con

segu

e tr

aduz

ir o

que

está

esc

rito

?D

icas

:

•

Cada

com

bina

ção

de 3

letra

s co

rres

pond

e a

um a

min

oáci

do.

• U

ma

prot

eína

é u

ma

sequ

ênci

a de

am

inoá

cido

s.

Como

ler o

livr

o da v

ida?

Aparato interativo

MAQ

UET

E

45

voltar ao índice

O livro da vida

A mesa apresenta um livro “O livro da vida” composto por 502.200 letras A, T, C e Gs. A mesa apresenta também uma que maquete representa o volume de livros necessários para conter os 3,2 bilhões de letras do genoma humano. Em outras palavras, seriam necessários 6.372 volumes do tamanho do Livro da Vida apresentado para conter a informação do genoma humano.

Na linguagem dos cientistas, sequenciar o DNA é estabelecer a ordem com que as “letras” se dispõem na molécula. Sequenciar o genoma de uma espécie é determinar a ordem de bases (letras) de todo o DNA contido numa célula desta espécie. Conhecida a sequência de bases, ou seja, a mensagem contida na molécula tem início um longo e complexo estudo para entendê-las. (Para saber sobre o Projeto Genoma Humano: http://ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/home.shtml)

As perguntas: “Que tipo de história o livro contém?” “Por que, as proteínas são importantes para a vida?” e “Você consegue traduzir o que está escrito?” foram feitas com o objetivo de chamar a atenção para o tipo de informação contida no material genético.

http://ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/home.shtml

46

Leia o livro da vida

AGA GATGCA

1o aminoácido 2o aminoácido 3o aminoácido

AGT GATGCA

1o aminoácido 2o aminoácido 3o aminoácido

Cone Funcional

Use a tabela de tradução para ordenar os aminoácidos de acordo com a sequência do DNA e formar o pigmento que absorve luz e possibilita a visão da cor verde.

Cone Funcional

voltar ao índice

ACGTAGCTAGCTGTCAGCTGATCGCAGTCAGTCGACTAGCATAGACATGCTAGCATGCTAGACATGCTGCATCAACGGCTGACTCGGCCGATGCCATGGACACGACCTGCATGCCAGCTTACGCTGCTAG

ALANINA


ASPARTATO


ARGININA


ALANINA


ASPARTATO


SERINA

Cone funcional Cone não funcional

aminoácido

Cone não funcional

1o aminoácido 2o aminoácido

CAGCTTACGCTGCTAGCAGCTTACGCTGCTAG CAGCTTACGCTGCTAGCAGCTTACGCTGCTAG

Cone funcional

47

Ler o livro da vida significa sintetizar proteínas

Como a célula lê a informação contida no DNA? Como a célula traduz a informação contida no DNA em uma proteína que absorve luz em um determinado comprimento de onda e permite a visão das cores? A principal mensagem deste bloco é mostrar a tradução da linguagem do DNA (isto é, a sequencia de bases do gene) para a linguagem da proteína (isto é, a sequencia de aminoácidos no polipeptídeo). Se houver alguma alteração na sequência de bases do dNA, uma mutação, a proteína sintetizada a partir desta informação será defeituosa. No daltônico, pelo menos um dos tipos de opsina é defeituoso.

A maquinaria celular usa as instruções do DNA para sintetizar as proteínas. Pretende-se que o visitante possa “construir de modo interativo” um trecho de proteína a partir de uma sequência do DNA, usando para isso o código genético. O RNA mensageiro foi omitido para simplificar a compreensão.

Maiores detalhes da síntese proteica e sua relação com a síntese de proteínas pode ser encontrada no interativo http://learn.genetics.utah.edu/content/begin/dna/transcribe/.

O painel apresenta também a relação entre os pedaços de opsina sintetizados (correta e mutada) e o fenótipo do daltonismo: a cor verde da bandeira brasileira como vista por indivíduos normais e por indivíduos daltônicos. Além disso, o painel mostra mock ups de cones de indivíduos normais (contendo opsina “verde” nas dobras membranosas) e daltônicos (sem opsina acumulada).

voltar ao índice

http://learn.genetics.utah.edu/content/begin/dna/transcribe/

48

Seção 5

De onde vem a energia em você?

A mensagem principal desta seção é a de que a conversão da energia luminosa em energia química é armazenada, nos vegetais, sob a forma de moléculas orgânicas e está presente nos alimentos dos quais os animais retiram a energia para sobreviver. Em última análise, pretende-se mostrar que a vida na Terra depende da energia solar, e que ela é convertida pelo processo da fotossíntese e armazenada nos tecidos vegetais.

As inter-relações conceituais que a seção pretende garantir estão apresentadas a seguir: a energia luminosa é convertida em energia química pela fotossíntese, a energia química é armazenada em moléculas orgânicas que servem de alimento para os animais possibilitando deste modo a vida na Terra.

A transposição museográfica incluiu as contextualizações descritas a seguir:• a planta e a interação com o meio ambiente • o local na planta onde ocorre a fotossíntese (partes verdes da planta, que possuem cloroplastos);

visualização em microscopia óptica de células vegetais vivas e de cloroplastos• a representação física, por meio de um modelo dinâmico e interativo, do processo de fotossíntese,

invisível para o olho humano• o consumo da energia química nos vegetais e sua utilização pelos seres humanos como fonte

de alimento.

A planta no meio ambienteA principal mensagem é mostrar a relação da planta com o meio ambiente e que ela depende dele

para viver. Num painel interativo são mostrados os fluxos de água e dos gases CO2 e O2 durante os processos de respiração e de fotossíntese. Botões interativos “dia” e “noite” iluminam os processos que ocorrem nestes períodos. Assim como os animais, as plantas também respiram de forma aeróbia, liberando dióxido de carbono e consumindo oxigênio.

Onde ocorre a fotossíntese? Observando uma folha viva de Elodea ao microscópio o visitante poderá visualizar o interior do tecido

epitelial e as células contendo cloroplastos (onde ocorre a fotossíntese). A célula vegetal é representada por meio de um modelo tridimensional. Para direcionar a observação desse material, haverá um desafio (identificar na preparação citológica as células e os cloroplastos) cujo intuito é despertar a curiosidade sobre o que está sendo exibido nos microscópios, e orientar a visualização das estruturas desejadas.

voltar ao índice

49

Para que serve a Fotossíntese?

Os fenômenos principais que ocorrem durante o processo da fotossíntese, estão representados de modo metafórico em um aparato interativo. Nele, o visitante é convidado a atuar no papel da luz solar. Ao girar o disco que representa a luz do sol, os demais processos da fotossíntese entram em atividade. Inicialmente a clorofila que se encontra no interior dos cloroplastos absorve a energia da luz solar, é excitada nesse processo e esta excitação se manifesta por meio de sua iluminação de leds localizados na seta que representa a clorofila. Essa energia absorvida é responsável pela quebra da molécula de água em moléculas de oxigênio, que são liberadas na atmosfera e em moléculas de hidrogênio, que formam um fluxo de elétrons que é convertido em energia química. A reação continua para que essa energia química possa ser utilizada posteriormente. O armazenamento da energia química ocorre com a formação de glicose, a partir da união de moléculas de gás carbônico.

Você depende da energia química armazenada na fotossíntese? Essa energia está em todos os nossos alimentos!

Para que o visitante relacione a energia solar (que foi convertida em energia química e armazenada nos vegetais) com a sobrevivência dos animais foi elaborado um painel interativo. A energia que o ser humano utiliza para desempenhar as mais variadas atividades, de respirar a produzir hormônios, na realidade provém dos alimentos de origem vegetal, absorvida por nós durante a digestão dos alimentos. Mesmo os alimentos de origem animal, como a carne bovina, trazem para nós a energia química armazenada nos vegetais, já que o gado tem sua alimentação baseada em vegetais. Pode-se dizer que a energia química, uma vez formada nas plantas pela fotossíntese, transita pela cadeia alimentar até chegar a nós, sendo consumida aos poucos por cada animal que a consome consecutivamente até chegar à nossa mesa. Manuseando um painel interativo com prismas giratórios o visitante deve perceber a relação existente entre os alimentos que ele consome diariamente, a energia química neles contida, a origem da energia consumida e exemplos de como a energia consumida pode ser gasta. As faces de prismas mostrando alimentos consumidos no café da manhã, almoço e jantar devem ser correlacionadas com a origem do alimento (direta ou indiretamente proveniente de vegetal), a quantidade de energia contida em cada um deles (quilocalorias) e exemplos de atividades que consomem a energia do alimento consumido.

voltar ao índice

50

• As plantas dependem do ambiente para viver.• A planta faz FOTOSSÍNTESE a partir de água e gás carbônico na presença de LUZ.

A planta no meio ambiente

Então uma árvore...

• consegue fazer fotossíntese no inverno quando sua folhas caem.

• precisa de cloroplastos para sobreviver.

• é feita de células só nas folhas.

noitedia


FOTO

SS

ÍNTE

SE

RE

SP

IRAÇ

ÃO

co2co2

o2

o2

h2osais minerais

h2osais minerais

???

voltar ao índice

51

As plantas e o meio ambiente

Aqui o visitante deve perceber que um vegetal não está isolado de seu meio ambiente. Ele se comunica com ele através do fluxo de elementos químicos, sejam eles gases ou líquidos, que penetram e deixam o vegetal por locais diferentes. Neste bloco queremos ressaltar os fluxos dos principais elementos químicos utilizados na fotossíntese, e por ela liberados, que são os seguintes: O2 (gás oxigênio), CO2 (gás carbônico) e H2O (água). A reação que mostra quais elementos são consumidos e quais são liberados pela planta na fotossíntese é a seguinte:

6 CO2 + 6 H2O energia luminosa C6H2O2 + 6 O2

A equação acima resume a fotossíntese mostrando os principais participantes e produtos. Esta equação mostra que as partes verdes das plantas necessitam apenas da energia luminosa do sol, gás carbônico do ar e água do solo para produzir moléculas de glicose (C6H2O2). O outro produto principal da reação da fotossíntese é o gás oxigênio (O2). A fotossíntese é assim o processo pelo qual as partes verdes da planta usam a energia solar para produzir moléculas de alimento a partir de gás carbônico e água. Este é o processo químico mais importante da Terra, pois ele produz alimento para a grande maioria dos organismos – plantas, animais, protistas, fungos e bactérias.

A entrada e saída dos gases O2 e CO2 se dá pela superfície das folhas, enquanto a entrada de água se dá pelas raízes, como mostrado na animação nos links http://www.goalfinder.com/preview/SPLPHE9.swf?productid=39 e http://www.catie.org.uk/images/Plant_Life_Rev01_04.swf

voltar ao índice

http://www.goalfinder.com/preview/SPLPHE9.swf?productid=39

http://www.goalfinder.com/preview/SPLPHE9.swf?productid=39

http://www.catie.org.uk/images/Plant_Life_Rev01_04.swf

52

Onde acontece a FOTOSSÍNTESE?On

de ac

onte

ce a

FOTO

SSÍN

TESE

?

Cadê a CÉLULA?D

ESAFIO

: tente achar na preparação as duas estruturasindicadas na figura abaixo

Cloroplasto

célula inteiracélula vegetal cé

lula

vege

tal

DES

AFI

O: t

ente

ach

ar n

a pr

epar

ação

as

duas

est

rutu

ras

indi

cada

s na

figu

ra a

baixo

Clor

opla

sto

célu

la in

teir

a

Cadê

a CÉ

LULA

?

voltar ao índice

ão as duas estruturas

célula inteiracélula vegetal cé

lula

vege

tal

ão a

s du

as e

stru

tura

s

53

A fotossíntese ocorre dentro dos cloroplastos das células das folhas

Uma vez que os elementos químicos adentram o vegetal, eles servem de ingredientes para a fotossíntese, processo que ocorre em um local específico da planta. O que é mais importante que o visitante perceba é que a fotossíntese acontece dentro da célula vegetal das folhas das plantas, mais especificamente dentro da organela chamada cloroplasto. Dessa forma, o visitante é convidado a fazer um “mergulho” para o interior da folha e lá encontrar o cloroplasto.

Em dois microscópios são exibidas folhas da planta aquática Elodea, num aumento de 450 vezes. Um modelo de célula vegetal com todos os seus componentes estruturais está colocado próximo aos microscópios. Esta é uma boa oportunidade para o professor explicar a diferença entre o que pode ser visualizado nas células observadas em microscópio óptica, ao vivo, e o modelo de célula que apresenta todas as organelas celulares.

voltar ao índice

54

fonte luminos

a

A en

ergi

a quí

mica

é ac

umul

ada n

os ve

geta

is

gire

aqui

e n ergia quím i

c a

clor

opla

sto

clor

ofila

voltar ao índice

55

A pa

rtir

da lu

z do

sol,

da ág

ua e

do g

ás ca

rbôn

ico

a fot

ossí

ntes

e pr

oduz

ene

rgia

quím

ica.

Para

que

serv

e a f

otos

sínt

ese?

lege

nda

hidr

ogên

io

oxig

ênio

carb

ono

água

voltar ao índice

56

voltar ao índice

Os cloroplastos e a fotossíntese

É no interior dos cloroplastos que ocorre a fotossíntese. Assim como as mitocôndrias, os cloroplastos possuem uma membrana interna e uma externa, com um espaço intermembrana entre elas. A membrana interna do cloroplasto delimita um segundo compartimento, o qual é preenchido por um fluido espesso, o estroma. No estroma são sintetizados os açucares a partir de gás carbônico. Suspenso no estroma está um elaborado sistema de sacos membranosos semelhantes a discos, chamados tilacóides, o terceiro compartimento dos cloroplastos. Nos tilacóides as membranas se arranjam como uma pilha de moedas; cada pilha é um granum e o conjunto de pilhas, grana. Dentro das membranas dos tilacóides estão as moléculas de clorofila que capturam a energia solar. Nos tilacóides também estão a maioria da maquinaria molecular que converte a energia luminosa em energia química.

Tilacóide Membrana externa

Membrana interna

GranumEstroma

A fotossíntese ocorre em dois estágios ou fases. Na primeira fase ocorrem as reações que convertem energia luminosa em energia química e produzem O2 liberado como refugo. Nos passos da segunda fase (conhecida como ciclo de Calvin) são montadas moléculas de glicose usando CO2 e as moléculas energéticas produzidas na primeira fase.

As reações da primeira fase ocorrem nas membranas dos tilacóides. A luz absorvida pela clorofila fornece a energia que alimenta a maquinaria que produz glicose. A energia luminosa é usada para fazer ATP a partir de ADP e fosfato. A energia luminosa é também usada para conduzir uma transferência de elétrons da água para o NADP+, um transportador de hidrogênio semelhante ao NAD+, que carrega hidrogênio na respiração celular. Enzimas reduzem NADP+ a NADPH pela adição de um par de elétrons excitados pela luz juntamente com um H+. Esta reação guarda temporariamente os elétrons energizados. NADP+ é reduzido a NADPH, a água é dividida (oxidada), liberando O2. Em resumo, as reações da primeira fase (luminosa) da fotossíntese são os passos que absorvem a energia luminosa e a convertem em energia química armazenada em ATP e NADPH. Essas reações não produzem açúcar, que será sintetizado apenas nas reações da segunda fase da fotossíntese.

57

As reações da segunda fase ocorrem no estroma do cloroplasto. A incorporação dos carbonos do CO2 em compostos orgânicos é chamada de fixação de carbono. Após a fixação dos carbonos, enzimas do ciclo de Calvin fazem açúcar por meio da redução do carbono fixado – adicionando elétrons de alta energia e H+. É o NADPH produzido na primeira fase que fornece esses elétrons energizados para as reações de redução do ciclo de Calvin.

As plantas usam os açúcares produzidos na fotossíntese como combustível na respiração celular e como material de partida para a síntese de outras moléculas orgânicas, como por exemplo, as moléculas estruturais de celulose. A maioria das plantas produz muito mais açúcar do que necessitam. Elas armazenam o excesso de açúcar como amido, uma parte nos cloroplastos e outra nas raízes, tubérculos e frutos. Este açúcar armazenado é a principal fonte de alimento para muitos animais.

Numa escala global, a fotossíntese cria bilhões de toneladas de matéria orgânica a cada ano, uma produção que nenhum outro processo químico na Terra se equipara. Os seres humanos e outros animais, por exemplo, não produzem nenhum de seus alimentos e são totalmente dependentes da matéria orgânica produzida pela fotossíntese. Mesmo a energia que adquirimos ao ingerir carne foi originalmente capturada pela fotossíntese. A energia de um hambúrguer, por exemplo, é proveniente da energia do sol que foi convertida para a forma química nos cloroplastos das células do pasto ingerido pelo gado.

voltar ao índice

NDPH+

ATP

Luz

H2O CO2

O2

Reaçõesde Fixação de Carbono

Açúcares,ácidos graxose aminoácidos

58

voltar ao índice

A engenhoca da fotossíntese

Uma imagem de cloroplasto está apresentada na “engenhoca da fotossíntese”, indicando que o processo da fotossíntese ocorre em seu interior.

• O visitante gira o círculo da energia luminosa, fazendo com que se acenda a molécula da clorofila

• As moléculas de água, ao se aproximarem da clorofila energizada, serão separadas em duas partes, oxigênio e hidrogênio

• Os hidrogênios caminham em direção à roda da energia química, fazendo-a girar;• A cada volta da energia química é liberada uma molécula de gás carbônico, representada por

uma bolinha de gude, que desce até uma pequena bandeja;• Após 6 voltas da energia química, ou seja, com a liberação de 6 moléculas de gás carbônico, a

bandeja no final do caminho se enche e libera uma molécula completa de glicose que seguirá para uma segunda armazenagem em moléculas que contém a energia química em sua ligações.

Oxidação e redução (Bayardo Torres, IQUSP)

Oxidar é retirar elétrons de um composto. Reduzir é doar elétrons para um composto. Em muitas reações químicas ocorrem transferências de elétrons de um composto para o outro; estas reações são chamadas reações de óxido-redução.

Para obter a energia de que necessitam para suas atividades, os seres vivos recorrem a reações de óxido-redução. Os compostos dos quais os elétrons são retirados são os alimentos. O composto que recebe os elétrons retirados dos alimentos é o oxigênio. O processo completo chama-se respiração. As reações em que o oxigênio reage diretamente com um composto são chamadas de combustão. É o que ocorre, por exemplo, quando se prende fogo a uma folha de papel: há uma reação de combustão entre a glicose (componente da celulose, que forma o papel) e o oxigênio. No caso dos seres vivos, a reação não se dá diretamente entre os alimentos e o oxigênio, mas por meio de uma série de reações intermediárias, que constituem o metabolismo degradativo.

No caso da reação direta entre um composto e o oxigênio a energia resultante aparece como calor. Quando os organismos oxidam os alimentos também há liberação de energia; a diferença é que nem toda a energia é perdida como calor. Uma parte desta energia é aproveitada pelos organismos para sintetizar uma molécula importante, a adenosina trifosfato (ATP), utilizada na maioria dos processos vitais que requerem energia.

Os compostos dos quais é possível retirar elétrons variam com o organismo considerado. No caso dos animais, apenas carboidratos, proteínas e lipídios servem a este fim. No grupo das bactérias há uma diversidade muito maior e, além dos já mencionados, podem servir de fonte primária de elétrons inúmeros compostos, que incluem substâncias inorgânicas e até íons, como sulfatos, nitratos e íons de ferro. As células (de plantas verdes ou bactérias) que fazem fotossíntese retiram elétrons da água, resultando na liberação de oxigênio. Ou seja, oxidam H2O a O2.

59

voltar ao índice

Você depende da energia químicaarmazenada na fotossíntese!

Esta energia está em todos os nossos alimentos.

Café da manhã

Almoço

Jantar

Sem a energia produzida na fotossíntese e armazenada nas plantas...

• teríamos forças para respirar e andar normalmente.

• os animais morreriam.

• os vegetarianos precisariam comer carne.


Jantar

pão francês

•pão francês (50g)•135 calorias•30 minutos de caminhada

queijo

•1 fatia de queijo (15g) •47 calorias•10 minutos de bicicleta

manteiga

•1 colher de chá de manteiga (10g)•74 calorias•15 minutos de ginástica

maçã

•1 maçã (130g)•85 calorias•10 minutos de natação

macarrão

•1 xícara de chá de macarrão (100g) •154 calorias•90 minutos de estudo

hambúrguer

•hambúrguer (56g)•116 calorias•30 minutos passeando no shopping

chocolate

•1 chocolate (30g)•96 calorias•25 minutos de musculação

suco de abacaxi

arroz

•4 colheres de arroz (80g) •88 calorias•65 minutos dormindo

frango

•1 filé de frango (50g)•50 calorias•5 minutos dançando forró

azeite

•1 colher de sopa de azeite (10g)•90 calorias•60 minutos jogando cartas

alface

•2 folhas de alface (20g) •4 calorias•3 minutos sentado

60

voltar ao índice

A energia dos alimentos

O objetivo deste bloco da exposição é mostrar que a energia a que comumente nos referimos no nosso dia-a-dia e que utilizamos para desempenhar as mais variadas atividades, de respirar a produzir hormônios, na realidade provém dos alimentos de origem vegetal, de uma maneira ou outra. Isso porque a energia química que utilizamos em todas as nossas funções é a mesma armazenada pelos vegetais durante o processo da fotossíntese, e que é absorvida por nós durante a digestão dos alimentos. Mesmo os alimentos de origem animal, como a carne bovina, trazem para nós a energia química gerada uma vez nos vegetais, já que o boi tem sua alimentação baseada em vegetais. Pode-se dizer que a energia química, uma vez formada nas plantas pela fotossíntese, transita pela cadeia alimentar até chegar a nós, sendo consumida aos poucos por cada animal que a consome consecutivamente até chegar à nossa mesa.

O painel interativo apresenta exemplos de alimentos consumidos no café da manhã, no almoço e na jantar, englobando as mais variadas categorias, tais como massas, legumes, carnes e doces, e para cada um desses alimentos, está associada quantidade de energia química armazenada de cada um (quilicalorias) e a origem desses alimentos. Os visitantes devem associar prismas correspondentes a cada alimento apresentado.

O processamento do alimento ocorre em quatro estágios

A ingestão, ou ato de comer, é o primeiro estágio do processamento de alimentos.Na digestão, o segundo estágio, os alimentos são quebrados em moléculas suficientemente

pequenas para serem absorvidas pelo corpo. A maioria da matéria orgânica dos alimentos é formada por proteínas, gorduras e carboidratos – todos são polímeros grandes (unidades moleculares múltiplas formadas por pequenos monômeros). Os animais não podem usar diretamente estes materiais por duas razões. Primeiro, como macromoléculas, estes polímeros são muito grandes para passarem pela membrana plasmática das células. Segundo, um animal precisa de monômeros para fazer os polímeros de seu próprio corpo. A maioria dos polímeros nos alimentos (por exemplo, proteínas do feijão) é diferente daqueles que constituem o corpo dos animais. Por isso, os animais tem que quebrar os polímeros dos alimentos em monômeros e então usar esses monômeros para sintetizar os tipos de polímeros que necessita.

Todos os animais usam os mesmos monômeros. Por exemplo, baleias, humanos e plantas todos fazem suas proteínas a partir de 20 tipos de aminoácidos. A digestão quebra as moléculas dos alimentos em seus monômeros. As proteínas são quebradas em aminoácidos; polissacarídeos e dissacarídeos são quebrados em açucares simples; gordura é quebrada em glicerol e ácidos graxos; ácidos nucleicos são quebrados em nucleotídeos.

Na digestão o alimento é primeiro quebrado mecanicamente em pedaços pequenos. Em seguida ocorre a quebra química chamada hidrolise. Catalisada por enzimas especificas , a hidrolise quebra as ligações químicas dos polímeros do alimento, por meio de adição de água. neste processo, os polímeros são quebrados em monômeros, que são moléculas pequenas.

Os dois últimos estágios de processamento dos alimentos ocorrem após a digestão. No terceiro estágio, absorção, as células que revestem o trato digestório absorvem pequenas moléculas de nutrientes. A seguir, as moléculas são transportadas pelo sangue até outras células do corpo, onde são incorporadas por elas e posteriormente quebradas para fornecer energia. Em uma baleia, assim como na maioria dos animais que comem mais do que seu corpo pode usar imediatamente, muitas das moléculas de nutrientes são convertidas em gordura para armazenamento. No quarto e último estágio de processamento dos alimentos, eliminação, o material não digerido sai do aparelho digestório.

61

voltar ao índice

A energia química alimenta nosso corpo

Ler um livro, caminhar até a escola, comer e digerir alimentos, pensar, e qualquer outra atividade que nosso corpo desempenha requer combustível na forma de energia química. O metabolismo celular produz a moeda de energia do corpo, o ATP, oxidando pequenas moléculas (por exemplo, glicose) originadas pela digestão dos alimentos. Geralmente as células usam os carboidratos e gorduras fontes de combustível, porém quando eles estão em pequenas quantidades, células podem usar proteínas. O conteúdo de enrgia dos alimentos é medido em quilocalorias (1Kcal = 1.000 calorias). As clororias listadas nos alimentos são na verdade quilocalorias.

O metabolismo celular deve continuamente conduzir vários processos para manter o animal vivo. Isto inclui respiração, batimento cardíaco e manutenção da temperatura do corpo. O numero de quilocalorias que um animal em repouso necessita para abastecer esses processos essenciais por um tempo determinado é denominado taxa metabólica basal. Esta taxa para humanos adultos é em média 1.300 – 1.800 kcal/dia. Isto é mais ou menos equivalente ao consumo diário de energia para uma lâmpada de 100 watt. Mas, esta é apenas a taxa basal – a quantidade de energia que consumimos se nos mantivermos em repouso. Qualquer atividade, mesmo ficar sentado em uma cadeira, consome calorias adicionais.

A respiração celular acumula a energia em moléculas de ATP!

A captação de energia é a função básica da respiração celular. A equação química abaixo sumariza a respiração celular realizada, por exemplo, por uma célula muscular ou qualquer outra que usa O2 para obter energia a partir de glicose. Neste processo, a glicose libera a energia armazenada em suas ligações químicas, que a célula armazena nas ligações químicas do ATP.

C6H12o6 + 6 o2 6 Co2 + 6 H2o + Atpsglicose oxigênio gás carbônico água energia

A energia que necessitamos para a manutenção do organismo e para realizar qualquer atividade física ou mental é fornecida pelas moléculas de ATP feitas durante o processo de respiração celular. Por sua vez, a glicose é proveniente dos alimentos que ingerimos.

Calorias (Bayardo B. Torres – IQUSP)

A caloria é a unidade de medida do calor. Define-se caloria (cal) como a quantidade de calor necessária para elevar de 1 grau centigrado 1 mL de água (que pesa 1 grama), em condições padrão.

Nas reações de oxidação é possível medir facilmente a quantidade de calor liberada. No caso dos carboidratos, a combustão de 1 grama libera 4.000 calorias, ou seja 4kcal. Por isto diz-se que o valor calórico dos carboidratos é de 1 kcal por grama. As proteínas têm valor calórico idêntico e os lipídios tem valor muito maior, da ordem de 9 kcal por grama.

Quando estes nutrientes são consumidos pelos organismos e oxidados, embora o processo seja muito mais complexo do que a simples combustão, a energia liberada pela sua oxidação é a mesma. Nem toda esta energia é liberada como calor, sendo uma porcentagem dela, em torno de 30%, utilizada para a síntese de ATP.

Os organismos não podem acumular ATP. Assim, quando produzem muito ATP, utilizam-no para a síntese de gorduras, este sim, o material de reserva por excelência. Portanto, quanto maior for o valor calórico das refeições ingeridas, maior a quantidade de ATP que será formada e maior será a quantidade de gordura armazenada.

62

Degradação e Síntese

A degradação dos alimentos para a obtenção de energia consiste em sua oxidação. Os elétrons retirados dos alimentos, antes de serem doados ao oxigênio, são recebidos por moléculas especiais, as coenzimas. O processo de transferência dos elétrons das coenzimas para o oxigênio é acompanhado da síntese de ATP. Uma coenzima importante neste processo é a nicotinamida adenina dinucleotídio, o NAD+. A síntese de compostos ocorre muitas vezes por um processo de redução, que, em linhas gerais, é oposto à degradação. Para realizá-lo as células utilizam ATP e reduzem os compostos precursores. Para reduzi-los, necessitam de elétrons. Estes elétrons são provenientes de uma coenzima semelhante ao NAD+, a nicotinamida adenina dinucleotídio fosfato, o NADPH.

Respiração e Fotossíntese

A respiração celular consiste na oxidação de compostos, ou seja, na retirada de seus elétrons, que são recebidos pelo oxigênio, que é então convertido a água. Intermediariamente forma-se a coenzima reduzida NADH. O processo permite a produção de ATP.

Na fotossíntese, ocorre a oxidação da água, com transferência dos elétrons para a coenzima NADP+, que se converte a NAPH. Durante esta transferência também ocorre a formação de ATP.

Dispondo agora de NADPH e ATP, as células podem realizar a síntese de moléculas orgânicas, como a glicose e os ácidos graxos, componentes dos lipídios. O composto precursor é o gás carbônico, o CO2.

Para o ensino médio, pelo menos a relação sintetizada na figura abaixo deve ficar bem estabelecida.

voltar ao índice

ENERGIA SOLAR

Cloroplasto

Fotossíntese

Respiração

Mitocôndria

CALOR

Co2 + H2o Glicose + o2

você enxerga todas as cores? descubra como!

Documents