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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