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Obtenção de matéria pelos seres autotróficos

- Fotossíntese: seres fotoautotróficos (plantas, algas e algumas bactérias, por ex. cianobactérias)

- Quimiossíntese: seres quimioautotróficos (algumas bactérias)

Fotossíntese

Os seres fotoautotróficos utilizam a energia luminosa para produzir compostos orgânicos, a partir de dióxido de carbono e água (convertem a energia luminosa em energia química).

A aquisição de matéria orgânica e de energia pelos maioria dos seres vivos está directa ou indirectamente dependente da fotossíntese.

ADENOSINA

Adenosina monofosfato (AMP)

Adenosina difosfato (ADP)

Adenosina trifosfato (ATP)

Adenina

Fosfato

Ribose

ATP – molécula responsável pelo armazenamento de energia

química directamente utilizável pelas células.

Estrutura e hidrólise de ATP

As moléculas de ATP podem ser facilmente hidrolisadas, formando ADP e libertando energia.

Hidrólise do ATP é uma reacção exoenergética.

(Reacção exoenergética: reacção química em que a quantidade de energia fornecida é inferior à libertada)

Fosforilação do ADP é uma reacção endoenergética.

Endoenergética Exoenergética

(Reacção endoenergética: reacção química em que a quantidade de energia fornecida é superior à libertada)

Todos os tecidos verdes têm clorofila (pigmento verde). Nas plantas as folhas são os órgãos fotossintéticos por excelência.

Fotossíntese

Equação global da fotossíntese

Fotossíntese – estruturas envolvidas

Célula

vegetal

Membrana do tilacóide

Folha

Granum

Parede

celular

Cloroplasto

Membrana externa

Granum Estroma

DNA

Núcleo

Vacúolo Cloroplasto

Tilacóide

Fotossistema

Esquema da

molécula de

clorofila

A clorofila existe nas membranas dos tilacóides.

A fotossíntese ocorre no cloroplasto.

Cloroplasto

Interpretação: O solvente (álcool) sobe no papel de filtro por capilaridade, transportando os pigmentos, os quais ficam depositados por ordem crescente do seu grau de solubilidade. Os pigmentos fotossintéticos são, assim, de natureza lipídica. A diferente largura das bandas está relacionada com a diferente quantidade destes pigmentos nos cloroplastos; a planta em estudo possui uma maior quantidade de clorofilas do que carotenóides (carotenos e xantofilas) e daí a sua cor verde.

Pigmentos fotossintéticos

b b

a

Resultados da cromatografia: Banda alaranjada – carotenos Banda amarela – Xantofilas Banda verde-escuro - clorofila a Banda verde-amarelado - clorofila b

As clorofilas mascaram a cor dos outros pigmentos fotossintéticos, que existem em menor quantidade.

Os pigmentos absorvem radiações luminosas necessárias para que a fotossíntese se inicie.

A energia solar é constituída por um conjunto de radiações invisíveis e visíveis (luz branca), sendo estas últimas as utilizadas na fotossíntese.

As radiações visíveis têm um carácter ondulatório e estão associadas a partículas de energia - os fotões.

As radiações distinguem-se pelo seu comprimento de onda. Quanto maior o comprimento de onda menor é a sua energia.

Espectro electromagnético

Como interage a luz com os cloroplastos?

Espectro de absorção dos pigmentos fotossintéticos

Cada tipo de pigmento fotossintético absorve determinados comprimentos de onda da luz visível.

Experiência de Engelmann

Radiações azul-violeta e vermelho-laranja são as mais eficazes para a fotossíntese

Se colocarmos plantas num quarto iluminado somente com luz verde, elas morrem.

As taxas mais elevadas de fotossíntese ocorrem nas zonas correspondentes às radiações azul-violeta e laranja-vermelho e é também nessas zonas que se verificam valores de absorção de radiações mais elevados.

Experiências que permitiram compreender melhor a fotossíntese Van Niel 1930

Estudou bactérias sulfurosas

Produzem glicose

Utilizam na fotossíntese H2S e não H2O

Precisam de luz

Libertam S (enxofre)

Vivem em meios sem O2

Comparando:

CO2 + 2 H2S CH2O + H2O + 2 S

(Bactérias sulfurosas)

CO2 + 2 H2O CH2O + H2O + O2

(Plantas)

Qual será então a origem do O2 libertado pelas plantas?

Tem origem na água e não no CO2.

Como comprovar experimentalmente?

Experiências que permitiram compreender melhor a fotossíntese

1940 – Rubem e Hamen

Algas verdes Chlorella

Colocadas em H2O, em que O é radioactivo (18O)

Iluminaram-se

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 CO2.

Propõe uma experiência para refutar a hipótese do O2 ter origem na H2O.

Experiências que permitiram compreender melhor a fotossíntese

1940 - Rubem e Hamen

Algas verdes Chlorella

Colocadas em CO2, em que C é radioactivo (14C2)

O C da glicose é radioactivo

CONCLUSÃO:

O carbono do CO2 é necessário para formar os compostos orgânicos

1951 – Gaffron

Algas iluminadas

Meio com CO2 radioactivo (14CO2)

Iluminação seguida de obscuridade

O que acontece à incorporação de CO2 pelas algas?

Experiências que permitiram compreender melhor a fotossíntese

RESULTADO:

O CO2 continua a ser absorvido

CONCLUSÃO:

Na fotossíntese há reacções que não dependem directamente da luz

Década de 50: Experiências de Calvin

6 segundos

26 segundos 16 segundos

Experiências que permitiram compreender melhor a fotossíntese

1 segundo

Identificou os compostos com o C radioactivo, após:

Descobrindo assim o primeiro composto que incorpora o C

proveniente do CO2; o segundo; o

terceiro; o quarto:

Descobriu as Reacções químicas do Ciclo de Calvin.

Algas

Organização dos pigmentos fotossintéticos nos tilacóides

Como captam os pigmentos fotossintéticos a energia luminosa?

Reacções de oxirredução

Recebe e = fica reduzido

Perde e = fica oxidado

Reacções fotoquímicas (transformação de energia luminosa em energia química).

Absorção da luz pela clorofila

Ao absorver um fotão, um electrão da molécula de clorofila adquire a sua energia passando do seu estado fundamental ao estado excitado, ou seja passa para um nível de energia superior.

O electrão pode ser transmitido para uma outra molécula aceitadora de electrões, que fica reduzida.

A clorofila fica oxidada.

- Reacções de oxidação-redução.

Aceitador reduzido

Clorofila oxidada

Fases da fotossíntese

Fase fotoquímica Fase química

Fases da fotossíntese – Fase fotoquímica

Excitação da clorofila

Reacções de oxidação-redução

Fotofosforilação do ADP

Redução do NADP+

Fotólise da água

Fotossíntese - etapas

C

L

O

R

O

P

L

A

S

T

O

Tilacóide

Etapa II

QUÍMICA

Etapa I

FOTOQUÍMICA

Luz H2O CO2

ADP

NADP

H2O C6H12O6

ATP

NADPH2

O2

E

S

T

R

O

M

A

Glicose

Fase Química - Ciclo de Calvin

Combinação do CO2 com um composto com 5C- Ribulose difosfato

Hidrólise de ATP

Oxidação do NADPH

Ocorre diversas sínteses (aminoácidos, ácidos gordos, glicerol, glicose), entre as quais se destaca a síntese de glicose.

Para formar uma molécula de glicose ocorrem 6 ciclos

Hidrólise de ATP

Fase Química - Ciclo de Calvin Estroma:

Biossíntese de

outras moléculas

Quimiossíntese