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TEMA 1: APONTAMENTOS DE BIOLOGIA 10º ANO | Sílvia Couto Ribeira 2019
Biologia 10ºAno
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Tema 1: Obtenção de Matéria
1. Obtenção de matéria pelos seres heterotróficos
1.1. Unicelularidade e pluricelularidade
Todos os seres vivos são compostos por carbono, oxigénio, hidrogénio e
azoto. Existem seres autotróficos (que fabricam os seus próprios alimentos –
Ex. plantas) e seres heterotróficos (que necessitam de outros seres vivos para
sobreviver – Ex. humano).
Todos os seres vivos necessitam de nutrientes para sobreviver. O
processamento e a utilização destas substâncias a nível celular são idênticos
nos seres unicelulares e nos pluricelulares e inicia-se após a sua absorção.
A absorção é a passagem de substâncias do meio externo para o meio
interno da célula e isso faz-se através da membrana celular, que não é
totalmente impermeável, também funciona como um sensor, permitindo à célula
modificar-se como resposta a diversos estímulos ambientais.
Constituição da membrana celular
As membranas celulares são constituídas por compostos lipoproteícos:
• 60 a 75% por proteínas: a sua função é estrutural ou intervir no transporte
de substâncias. Funcionam ainda como recetores de estímulos químicos.
• 25% de lípidos: são maioritariamente fosfolípidos,
colesterol e glicolípidos. Os fosfolípidos são moléculas
anfipróticas, isto é possuem uma extremidade polar
que é hidrofílica (tem afinidade com as moléculas de
água) e uma extremidade apolar hidrofóbica (não tem
afinidade com as moléculas de água).
• 10% de glícidos (caso existam). Os glícidos membranares situam-se na parte
exterior da membrana plasmática.
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Estrutura da membrana plasmática
O estudo da membrana plasmática foi evoluindo, nomeadamente, graças à
evolução tecnológica. Vários modelos foram propostos para explicar a estrutura
da membrana:
• Overton – 1884
Trabalhou com células vegetais e verificou que as substâncias lipossolúveis
eram absorvidas mais rapidamente. Propôs também que a membrana
plasmática seria constituída por lípidos.
• Langmur - 1917
Previu que seria constituída por uma cama de fosfolípidos,
com uma extremidade voltada para a água e outra para o ar.
• Gorter e Grendel- 1925
Extraíram lípidos das membranas dos glóbulos vermelhos e
concluíram que existiam lípidos suficientes para formar uma
bicamada lipídica sendo que: as suas caudas hidrofóbicas ficariam
viradas para o interior e as cabeças hidrofílicas viradas para o
exterior.
• Davson e Danielli – 1935
Propuseram que as duas camadas fosfolipídicas estariam
envolvidas por uma camada de proteínas, em que as cadeias
polipeptídicas se dispunham perpendicularmente às moléculas
lipídicas.
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• Davson e Danielli – 1954
Mais tarde, propuseram que as duas camadas de
proteínas apresentavam espaços que interrompem a
bicamada lipídica – estes poros encontrar-se-iam rodeados
por moléculas proteicas que permitiram a passagem das
diferentes substâncias.
• Robertis e Robertson – 1960
Após a descoberta do microscópio eletrónico propuseram, que as
biomembranas teriam uma estrutura única e criaram um modelo designado
modelo unitário de membrana, com estrutura trilamelar, muito semelhante ao de
Davson e Danielli, constituído por duas camadas escuras separadas por uma
intermédia, mais clara.
Singer e Nicholson – 1972 - Modelo do Mosaico fluído
Propuseram um novo modelo, segundo o qual a membrana seria
constituída por:
• Uma bicamada de fosfolípidos;
• Com proteínas periféricas ou extrínsecas, dispersas à superfície e com
ligações fracas aos fosfolípidos;
• Com proteínas integradas ou intrínsecas, nela introduzidas de forma mais ou
menos profunda;
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• Com hidratados de carbono na superfície exterior da membrana ligados a
proteínas (glicoproteínas) ou ligados a lípidos (glicolípidos).
A designação mosaico fluido deve-se ao facto de:
• A superfície das membranas se assemelhar a conjunto de pequenas
peças;
• A membrana não ser estática, dado que os lípidos e as proteínas
embebidas na camada lipídica movem-se, dotando a bicamada de
grande fluidez e mobilidade;
• As moléculas de fosfolípidos movimentam-se através de movimentos
laterais e, mais raramente, através de movimentos flip-flop ou de
cambalhota.
• As proteínas se movimentarem
lateralmente, mas nunca fazem o
movimento flip-flop.
• O interior da membrana plasmática é extramente hidrofóbico devido à
presença das caudas dos
fosfolipídos.
• As proteínas integradas possuem
aminoácidos hidrofóbicos que
penetram na região hidrofóbica da
dupla camada de fosfolípidos.
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Funções dos constituintes da membrana
• Glicolípidos e glicoproteínas: têm função de reconhecer substâncias no
meio envolvente (toxinas, hormonas, bactérias, vírus);
• Proteínas: tem função estrutural, transportadora, enzimática.
• Colestrol: papel estabilizador da membrana, pois evita que os
fosfolípidos se agreguem, mantendo a fluidez da membrana.
Movimento Transmembranares
A passagem de substâncias através da membrana plasmática pode ocorrer
através de vários mecanismos e está dependente, entre outros, da configuração
molecular dessas substâncias.
Existem processos passivos em que a célula não gasta energia para
transportar ou processos ativos em que gasta essa mesma energia.
Processo Passivo: Osmose
• É o movimento de água através de uma membrana com permeabilidade
seletiva (permeável à água e impermeável ao soluto).
• Ocorre sempre do meio hipotónico (com menos concentração de soluto)
para o meio hipertónico (com mais concentração de soluto).
• Quando os meios atingem uma concentração igual de soluto (meios
isotónicos), a água passa a deslocar-se em ambos os sentidos, na mesma
quantidade.
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O fenómeno da osmose pode ser estudado em células animais e vegetais.
Por exemplo, quando uma célula vegetal é colocada em água destilada, a água
entra para o vacúolo, que aumenta de volume, dizemos que ficou túrgida,
ficando com uma cor mais clara.
Quando uma célula é colocada numa solução concentrada de cloreto de
sódio, a água sai dos vacúolos e desloca-se para o exterior da célula, ficando
com uma cor mais intensa e aí diz-se que ficou plasmolisada.
Numa situação de osmose, a partir do momento em que a água se começa
a movimentar, a velocidade osmótica vai diminuindo. Esta varia de forma
proporcional, com a diferença dos dois meios. Á medida que a as concentrações
dos dois meios começam a ser mais próximas, a velocidade vai diminuindo, até
que as concentrações se igualam e os dois meios se tornam isotónicos.
Processo Passivo: Difusão Simples
A água não é a única substância que se movimenta através da membrana
celular. Quando as substâncias apolares, de pequeno tamanho, se
movimentam a favor do gradiente de concentração, isto é, da zona com maior
concentração para a zona com menor concentração, atingindo um equilíbrio.
O processo de difusão simples é considerado passivo, porque ocorre
devido à agitação térmica das moléculas e não por gasto de energia da célula,
tal como a osmose.
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Processo Passivo: Difusão Facilitada
Quando as moléculas são de dimensões consideráveis (glicose,
aminoácidos ou algumas vitaminas), não conseguem ultrapassar a membrana
através de difusão simples, mas sim facilitada. Isto deve-se a presença de
proteínas transportadoras a favor do gradiente de concentração e mais uma vez
de forma passiva, sem gasto de energia.
O processo de difusão facilitada efetua-se em três etapas:
1. Ligação da molécula a transportar à permease;
2. Alteração conformacional da permease, que permite a passagem da
molécula através da membrana e a sua separação da permease;
3. Regresso da permease à sua forma inicial.
Assim a difusão simples é de forma direta na membrana, não sendo
mediado, enquanto que a facilitada exige a presença das permeases e, por isso,
é mediado.
Processo Ativo: Transporte Ativo
A manutenção de um meio interno mais ou menos constante,
independentemente das variações de concentrações do meio externo, implica
gastos de energia por parte da célula. Esta energia é utilizada para o movimento
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de substâncias contra o gradiente de concentração, através de proteínas
transportadoras.
Esse gradiente pode ser químico ou elétrico, como no transporte de iões
Sódio (Na+) e potássio (K+). O transporte ativo age como uma “porta giratória”. A
molécula a ser transportada liga-se à molécula transportadora como uma enzima
se liga ao substrato. A molécula transportadora gira e liberta a molécula
carregada no outro lado da membrana. Gira, novamente, voltando à posição
inicial.
No transporte ativo, ao contrário do que acontece na difusão facilitada, as
mudanças de forma na proteína transportadora ocorrem devido à energia
resultante na hidrólise de ATP (adenina trifosfato). Os iões de sódio e de potássio
são transportados desta forma.
Transporte de partículas
Para além de mecanismos de difusão e de transporte de pequenas
moléculas através da membrana, as células possuem ainda outros recursos que
permitem o transporte, para o interior ou para o exterior, de macromoléculas, de
partículas dimensões ou mesmo de pequenas células.
Endocitose: Dá-se a invaginação da membrana, forma-se uma vesícula
endocítica e as substâncias do meio extracelular ficam retidas e entram para o
interior da célula.
• Fagocitose - A célula emite pseudópodes e envolve as substâncias,
formando a vesícula (leucócitos-macrófagos).
• Pinocitose - As substâncias que entram para dentro da célula são fluídas,
pelo que as vesículas são de menores dimensões.
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• Endocitose mediada por recetor – é um processo de endocitose em que
macromoléculas entram na célula, ligadas à membrana das vesículas de
endocitose.
Exocitose : é o processo inverso à
endocitose, no qual as células libertam
para o meio extracelular substâncias
armazenadas em vesículas. No processo
de exocitose, as vesículas de secreção
fundem-se com a membrana plasmática,
libertando o seu conteúdo para o meio
extracelular. A exocitose é fundamental para a célula se livrar de resíduos da
digestão intracelular.
1.2. Digestão Intracelular: Importância do Sistema Endomembranar
A membrana plasmática não é a única membrana que existe na célula. O
sistema endomembranar inclui a membrana do invólucro nuclear, retículo
endoplasmático e complexo de golgi. Este sistema tem, entre outras funções, os
processos de digestão celular relacionando o retículo endoplasmático, o
complexo de golgi e os lisossomas.
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Retículo Endoplasmático: conjunto de cisternas achatadas, túbulos e vesículas
esféricas, formando um sistema contínuo entre a membrana plasmática e o
invólucro nuclear. Permite a renovação da membrana plasmática.
Existem dois tipos de retículo endoplasmático
rugoso (RER), que possui ribossomas ligados à
face externa das suas membranas, o que lhe
confere um aspeto rugoso, e o retículo
endoplasmático liso (REL), que não possui
ribossomas, apresentado, por isso um aspeto liso.
O RER é a maior região de síntese de proteínas, enquanto que o REL se
encontra envolvido na síntese de fosfolípidos e na elaboração de novas
membranas.
Complexo de Golgi: é constituído por todos os dictiossomas de cada célula.
Cada dictiossoma, por seu lado, é constituido por um conjunto de sáculos ou
cisternas e empilhadas de forma regular, na periferia das quais existe uma série
de vesículas.
Cada dictiossoma tem uma:
• Face convexa ou de formação:
virada para o RE, de onde recebe
proteínas, através de canalículos ou
atraés da fusão de vesículas.
• Face côncava ou de maturação:
virada para a membrana plasmática,
onde se encontram as proteínas maturadas.
Assim, o complexo de golgi está envolvido no processo de maturação de
diferentes substâncias, como por exemplo, glicoproteínas, proteínas e
lípidos.
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Lisossomas: São pequenas vesículas esféricas, delimitadas por uma
membrana que contêm enzimas. Formam-se na zona de maturação do complexo
de golgi e podem unir-se a uma vesícula digestiva.
Nas vesículas digestivas, e graças às enzimas
digestivas, ocorrem processos digestivos de
materiais captados por endocitose. Neste caso
estamos perante heterofagia, pois as particulas
digeridas são externas à célula.
Ocasionalmente, os lisossomas podem fundir-se
com organelas das células, digerindo-as, neste
caso chamamos de autofagia.
1.3. Obtenção de Matéria pelos Seres Heterotróficos
multicelulares
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Digestão Intracelular: alimentos obtidos por pinocitose ou por
fagocitose
O processo de digestão intracelular ocorre, então, da seguinte forma:
1º - Ingestão do alimento através da membrana celular, com formação de uma
vesícula endocítica;
2º - Fusão da vesícula endocítica com um lisossoma (que transporta as
enzimas). Desta fusão resulta a formação de um vacúolo digestivo.
3º - digestão da partícula alimentar no interior do vacúolo digestivo.
4º - As moléculas simples que resultaram do processo digestivo são difundidios
para o citoplasma através dos mecanismos de transporte (estudados
anteriormente).
5º - Os resíduos da digestão são acumulados em vesículas que, mais tarde, se
fundem com a membrana celular, expulsando-os para o meio extracelular.
Ocorre exocitose.
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A Evolução dos sistemas digestivos deu-se no sentido de um
aproveitamento cada vez mais eficaz dos alimentos, podendo apresentar uma
simples cavidade ou diferentes órgãos especializados.
Vantagens da digestão extracelular (em cavidades digestivas):
• O ser pode ingerir uma maior quantidade de alimentos de cada vez, havendo
obritenção de mais nutrientes, que implicará uma taxa metabólica mais
elevada.
• O ser não necessita de estar continuamente a ingerir alimentos, pois estes
ficam em reserva, sendo digeridos durante algum tempo.
Digestão extracelular em certos animais
Animais mais simples:
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Animais Vertebrados:
Nos vertebrados, o tubo digestivo também é completo, sendo, no entanto,
bem mais complexo do que o das minhocas.
A absorção dos nutrientes é essencialmente feita no intestino.
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Vantagens do tubo digestivo completo:
1º - Permite a sequenciação e simultaneidade das fases digestivas, pois existe
apenas uma direção de funcionamento ( o animal pode estar simultaneamente a
ingerir alimentos, a digeri-los e a absorve-los e até eliminá-los).
2º - A digestão pode ocorrer em mais do que um orgão, o que aumenta a sua
rapidez, logo a quantidade de nutrientes absorvidos.
3º - A absorção é mais eficiente, pois realiza-se ao longe de um tubo, e portanto,
numa maior superfície.
4º Os resíduos da digestão podem ser processados e armazenados durante
mais tempo, sendo depois expelidos pelo anûs.
2. Obtenção de matéria pelos seres autotróficos
2.1. Fotossíntese
Os seres autotróficos sintetizam matéria orgânica, recorrendo para isso a
diferentes fontes de energia. A maioria produz matéria orgânica a partir da
matéria mineral, por um processo que utiliza como fonte de energia o Sol –
fotossíntese.
Os organismos que realizam este processo designam-se por seres
autotróficos fotossintéticos ou fotoautotróficos, de que são exemplo as algas,
as plantas e as cianobactérias. Contudo, existem alguns seres autotróficos que,
em vez da energia luminosa, utilizam a energia química proveniente da oxidação
de compostos inorgânicos para a síntese da matéria orgânica a partir da matéria
inorgânica. Estes seres designam-se por seres autotróficos quimiossintéticos
ou quimioautotróficos e o processo que realizam é denominado
quimiossíntese. Todos os seres quimioautotróficos são bactérias, como, por
exemplo, as bactérias nitrificantes e amonizantes, que vivem no solo e integram
o ciclo de reciclagem do azoto na biosfera, e as bactérias sulfurosas e ferrosas,
que vivem nos fundos oceânicos, junto de fontes termais.
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ATP, fonte de energia nas células
A energia luminosa ou a energia química não podem ser utilizadas
diretamente pelas células. Parte dessa energia é transferida para um composto,
adenosina trifosfato (ATP), que constitui a fonte de energia diretamente utilizável
pelas células. As moléculas de ATP são a forma mais comum de circulação de
energia numa célula, pois podem ser facilmente hidrolisadas.
A fotossíntese é um processo complexo que envolve a utilização da energia
na produção de substâncias orgânicas a partir de dióxido de carbono (CO2) e
água (H2O), com libertação de oxigénio (O2). Este processo ocorre em todos os
seres vivos que possuem pigmentos capazes de captar energia luminosa,
pigmentos fotossintéticos, e reveste-se de uma grande importância para a
generalidade dos seres vivos:
• Produz substâncias orgânicas a partir de substâncias inorgânicas;
• Transforma a energia luminosa em energia química que fica armazenada na
glicose (principal combustível das células);
• Produz o oxigénio, gás essencial para a sobrevivência da maioria dos seres
vivos, uma vez que intervém na respiração celular, processo pelo qual a
maioria das células produz energia.
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De uma forma genérica, pode equacionar-se a fotossíntese da seguinte
maneira:
Os principais pigmentos fotossintéticos presentes nas plantas e nas algas
são as clorofilas, os carotenos, as xantofilas e as ficobilinas. Nestes organismos,
esses pigmentos acumulam-se nos cloroplastos, organelos citoplasmáticos com
forma discóide e cor verde devido à presença de clorofilas, sendo aí que ocorre
a fotossíntese. De entre vários aspetos estruturais do cloroplasto destacam-se o
estroma e os tilacóides (vesículas achatadas e empilhadas). É no cloroplasto
que ocorre a fotossíntese. Localizando-se os pigmentos fotossintéticos nas
membranas dos tilacóides.
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Captação de Energia Luminosa
A energia solar é constituída por radiações de diferentes comprimentos de
onda, sendo as radiações de comprimento de onda correspondentes ao espetro
da luz visível as que os seres vivos fotossintéticos utilizam na fotossíntese. As
clorofilas a e b possuem picos e absorção que se situam nas zonas azul-violeta
e vermelho alaranjado, já os carotenóides absorvem preferencialmente radiação
na zona do azul-esverdeado. As radiações correspondentes à zona verde do
espetro não são absorvidas, são refletidas, daí as folhas apresentarem cor verde.
Mecanismo da Fotossíntese
A fotossíntese é um processo complexo de reações químicas que
compreende duas fases: a fase fotoquímica e a fase química.
Fase fotoquímica
Nesta fase, também designada por fase dependente da luz, a energia
luminosa, captada pelos pigmentos fotossintéticos, é convertida em energia
química, que vai ser utilizada na fase seguinte. Nesta etapa ocorrem:
• Fotólise da água – desdobramento de molécula de água em hidrogénio
e oxigénio na presença de luz.
O oxigénio é libertado e os hidrogénios cedem os seus eletrões, que vão
ser captados pela clorofila a quando oxidada. Por esta razão a água é
considerada o dador primário de eletrões.
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• Oxidação da clorofila a e redução do NADP+ - a clorofila a, quando
excitada pela luz, perde eletrões, ficando oxidada. Esses eletrões vão ser
transferidos ao longo de uma cadeia de moléculas transportadoras de
eletrões até serem captados pelo NADP+, que fica reduzido a NADPH.
Para a redução do NADP+ a NADPH contribuem também os protões (2 H+)
provenientes da fotólise da água.
• Fotofosforilação – ao longo da cadeia transportadora de eletrões
ocorrem reações de oxidação-redução com libertação de energia. Esta
energia é utilizada na fosforilação do ADP em ATP num processo
denominado fotofosforilação.
Fase química:
Nesta fase, também designada por fase não dependente da luz, ocorre a
redução de CO2 e a síntese de compostos orgânicos num ciclo de reações
conhecidas como Ciclo de Calvin. Este compreende basicamente as seguintes
etapas:
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• 1º Fixação do dióxido de carbono – o CO2 combina-se com uma pentose
(ribulose difosfato - RuDP), formando um composto intermédio de seis
átomos de carbono, que origina, quase imediatamente, duas moléculas de
três átomos de carbono cada uma – ácido fosfoglicérico (PGA).
• 2º Formações de compostos orgânicos e do aldeído fosfoglicérico
(PGAL) – as moléculas de ácido fosfoglicérico são fosforiladas pelo ATP e
reduzidas pelo NADPH, formado na fase fotoquímica, originando um
composto de três átomos de carbono, o aldeído fosfoglicérico.
• 3º Regeneração da ribulose difosfato e síntese de compostos orgânicos
– a maior parte das moléculas de PGAL é utilizada na regeneração da
ribulose difosfato. As moléculas de PGAL que não intervêm na regeneração
da ribulose são utilizadas na síntese de compostos orgânicos, como a
glicose.
2.2. Quimiossíntese
A quimiossíntese é um processo de síntese de compostos orgânicos que
utiliza, tal como a fotossíntese, o dióxido de carbono com fonte de carbono, mas,
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em vez da energia solar, usa a energia proveniente da oxidação de substâncias
inorgânicas, como a amónia, os nitritos, o enxofre e o ferro. Na quimiossíntese é
possível distinguir duas fases:
• Produção de molécula de ATP e de NADPH – da oxidação de compostos
minerais (amoníaco, sulfureto de hidrogénio, carbonatos e sulfatos de ferro)
obtêm-se eletrões e protões que vão ser transportados ao longo de uma
cadeia, ocorrendo a fosforilação de ADP em ATP e a redução do NADP+
em NADPH.
• Redução de dióxido de carbono – esta fase corresponde à fase química
da fotossíntese, ocorrendo também aqui um ciclo idêntico ao de Calvin,
onde intervêm as moléculas de ATP e de NADPH produzidas na fase
anterior. Neste ciclo verifica-se a fixação do dióxido de carbono, que é
reduzido, permitindo a formação de substâncias orgânicas.