Biologia 10º Ano - Obtenção de Matéria (Unidade 1)

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Unidade 1 - Obtenção de Matéria
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Biologia 10º Ano - Obtenção de Matéria (Unidade 1)

  1. 1. Obtenção de Matéria
  2. 2.  Introdução (slide 3-4)  Seres Autotróficos (slide 5-37)  Seres Fotoautotróficos (slide 8-31)  O que são pigmentos fotossintéticos (10)  Tipos de pigmentos fotossintéticos (11-12)  Tipos de espetros relacionados com a fotossíntese (13)  Localização dos pigmentos (14-18)  Fotossíntese (19-31)  Fase Dependente da Luz (20-27)  Fase Não Dependente da Luz (28-31)  Seres Quimioautotróficos (slide 32-36)  Quimiossíntese (22-26)  Fotossíntese vs. Quimiossíntese (slide 37)  Seres Heterotróficos (slide 38-74)  Seres Heterotróficos Unicelulares (slide 41-68)  Membrana plasmática – nome, função, constituição e estrutura (42-45)  Movimentos transmembranares (46-61)  Osmose (47-51)  Difusão Simples (52)  Difusão Facilitada (53-54)  Difusão Simples vs. Difusão Facilitada (55)  Transporte ativo (56-58)  Transporte de partículas – endocitose e exocitose (55-61)  Digestão celular (62-68)  Seres Heterotróficos Multicelulares (slide 69-74)  Tipos de digestão (70)  Hidra (71)  Minhoca (72)  Homem (73-74)
  3. 3. Todos os seres vivos possuem uma necessidade de obter matéria orgânica, para a incorporar ou transformar em energia.
  4. 4. Mas como obter a matéria? O modo de obtenção da matéria vai variar conforme os organismos.  Organismos capazes de sintetizar a sua própria matéria orgânica – seres autotróficos  Organismos que não conseguem sintetizar a sua própria matéria orgânica - seres heterotróficos Ser autotrófico Ser heterotrófico
  5. 5. Primeiro, vamos falar como é que os seres autotróficos obtêm os compostos orgânicos necessários a sua sobrevivência. Ou seja, como produzem a matéria? Exemplo de seres autotróficos: bactérias algas plantas
  6. 6. Os seres autotróficos têm a capacidade de: Com base em substâncias minerais... ... e utilizando uma fonte de energia externa... ... produzir compostos orgânicos! Relembrar... Substâncias minerais: Substâncias minerais são substâncias inorgânicas, ou seja, não são produzidas pelos seres vivos. Exemplos: cálcio, fósforo, ferro, sódio, potássio, cloro, flúor, etc. Fonte de Energia Externa: Os seres autotróficos utilizam como fonte de energia para o processo de autotrofia ou a energia luminosa – Sol – ou a energia que resulta de reações de oxidação- redução de certos compostos químicos. Compostos Orgânicos: Substâncias químicas que apresentam na sua constituição o carbono e o hidrogénio, constituindo a matéria orgânica necessária à vida dos seres vivos.
  7. 7. Existe dois tipos diferentes de seres autotróficos Seres Fotoautotróficos e Seres Quimioautotróficos A diferença entre um ser fotoautotrófico e um ser quimioautotrófico baseia-se, essencialmente, na fonte de energia utilizada.
  8. 8. Seres Fotoautotróficos Os seres fotoautotróficos utilizam, como fonte de energia externa, a energia luminosa (luz). O processo de produção de compostos orgânicos a partir da energia luminosa designa-se fotossíntese. Exemplo de seres que realizam a fotossíntese: cianobactérias algas plantas
  9. 9. Fotossíntese Na fotossíntese, um ser autotrófico converte a energia luminosa em energia química! Mas, como é que captam a energia luminosa?! Através dos pigmentos fotossintéticos!
  10. 10. Mas, o que são os pigmentos fotossintéticos? Os pigmentos fotossintéticos são moléculas que absorvem radiação eletromagnética (luz) cujo comprimento de onda está contido no domínio do visível. Comprimento de onda: as radiações propagam-se em forma de uma onda. Essa onda possui diversas caraterísticas, sendo uma delas o seu comprimento. Quando determinada radiação possui um comprimento de onda que vai desde os 400 aos 500 e dos 600 aos 700 nm, aproximadamente, ela emite radiação visível – radiação que o olho humano consegue ver
  11. 11. Porém, nem todos os pigmentos fotossintéticos são iguais... Existem 3 tipos gerais de pigmentos – dois estão presentes nas plantas e nalgumas cianobactérias e o outro apenas nas algas e nas cianobactérias. Vamos agora estudar apenas os pigmentos que estão presentes nas plantas: Clorofilas e Carotenóides
  12. 12. Clorofilas – é o tipo de pigmento envolvido diretamente no processo fotossintético (pigmento fundamental) Carotenóides – podem ser chamados também por diretamente acessórios; não intervêm diretamente na fotossíntese mas aumentam o espetro de absorção Como já foi dito anteriormente, os pigmentos fotossintéticos só absorvem a radiação eletromagnética contida no domínio do visível. Porém, mesmo dentro do domínio do visível, existem certos comprimentos de onda mais suscetíveis a ser absorvidos do que outros. O tipo de comprimento de onda absorvido vai agora depender do tipo de pigmento fotossintético. Analisando a figura ao lado, vemos que a zona do espetro em que há maior absorção de radiação é a zona do laranja/vermelho e do azul/violeta. Com o auxílio da figura, já é possível perceber porque é que os carotenóides também são importantes. No caso representado, as clorofilas a e b são os pigmentos fundamentais. Por outro lado, o caroteno é o pigmento diretamente acessório, que aumenta o espetro de modo a que mais radiação seja absorvida.
  13. 13. Tipos de espetros relacionados com a fotossíntese Existem dois tipos de espetro relacionados com a fotossíntese que é importante saber interpretar.  Espetro de Ação da Fotossíntese (1) eficiência fotossintética em função do comprimento de onda das radiações  Espetro de Absorção (2) capacidade que um pigmento tem para absorver a luz de uma determinada radiação 1 2 grande eficiência na fotossíntese pequena eficiência na fotossíntese muita luz absorvida – não tem dificuldade em absorver este tipo de radiação pouca luz absorvida – tem dificuldade em absorver este tipo de radiação
  14. 14. Mas onde estão esses pigmentos fotossintéticos...? Os pigmentos estão organizados em conjuntos (fotossistemas) no interior das membranas dos tilacóides dos cloroplastos. As folhas das plantas (1) são constituídas por células (2). Dentro dessas células existem diversos organelos. Um deles é o cloroplasto (3). 1 2 3
  15. 15. Os cloroplastos são organelos constituídos por uma membrana externa e uma membrana interna (havendo, entre ambas, um espaço intramembranar), e também por tilacóides (granum), lamelas e estroma. Tilacóides – sistemas de membranas internas do cloroplasto Granum – séries de tilacóides empilhados Estroma – região dos cloroplasto que rodeia os tilacóides Lamelas – conjuntos de canais membranosos que interligam os granum
  16. 16. Retomando aos pigmentos... Os pigmentos fotossintéticos encontram-se dentro dos cloroplastos, na membrana interna dos tilacóides
  17. 17. Na membrana interna dos tilacóides existem unidades designadas fotossistemas, que contêm os pigmentos antena, o acetor primário de eletrões e o centro de reação. •Centro de reação – formado por uma molécula especializada de clorofila a •Um acetor primário de eletrões – molécula que aceita eletrões •Pigmentos antena – várias moléculas de pigmentos fotossintéticos – 200 a 300 de clorofila a e b, 50 de carotenóides – que envolvem o centro de reação Fotossistema
  18. 18. Localização dos pigmentos fotossintéticos: (1) Folha → (2) Célula → (3) Cloroplasto → (4) Tilacóides – na membrana interna 1 2 3 4
  19. 19. FOTOSSÍNTESE processo de produção de compostos orgânicos a partir da energia luminosa Existem duas fases distintas durante a fotossíntese: •Fase Fotoquímica / Parte Luminosa uma fase em que as reações que ocorrem dependem da luz •Fase Química / Parte Obscura uma fase em que as reações que ocorrem não dependem da luz
  20. 20. Fase Dependente da LuzOcorre nos cloroplastos (tilacóides) Antes de estudarmos as reações que ocorrem durante esta fase, é importante perceber o porquê. A energia luminosa não pode ser utilizada diretamente pelas células, por isso, parte dessa energia tem que ser transferida para o ATP (molécula trifosfato de adenosina). As moléculas de ATP são, portanto, a forma mais comum de circulação de energia numa célula, pois podem ser facilmente hidrolisadas (decomposta por ação da água). Assim, na fase luminosa, ocorre a conversão de energia solar em energia química (a energia química está armazenada nas ligações da molécula de ATP formada) Molécula de ATP
  21. 21. Fase Dependente da Luz Ocorre nos cloroplastos (tilacóides) Porém, nesta fase também serão formadas moléculas de NADPH, às quais, tal como o ATP, são fundamentais para a fase seguinte (fase não dependente da luz) e, por isso, fundamentais para a síntese de compostos orgânicos. Molécula de NADPH
  22. 22. A Fase Dependente da Luz começa com a captação da energia luminosa por parte dos pigmentos fotossintéticos.
  23. 23. Mas como é que os pigmentos fotossintéticos captam a energia luminosa? Para compreender como os pigmentos fotossintéticos captam a energia luminosa é necessário considerar a natureza física da luz. Embora as radiações solares possam ser descritas como uma onda (devido ao seu movimento), elas não são, na realidade, uma onda contínua, mas sim um conjunto de partículas que contêm, cada uma, energia – os fotões.
  24. 24. Quando um dos fotões atinge um átomo do pigmento antena, um dos seus eletrões (do pigmento) salta para o nível de energia superior, ficando excitado – instável. No entanto, os átomos tendem a estar estáveis, ou seja, eles não “gostam” de ter um eletrão que está excitado (um nível de energia acima do devido). Por isso, os eletrões excitados são cedidos a outras moléculas vizinhas . Assim, esse eletrão será transferido de pigmento em pigmento antena, até alcançar o centro de reação. A transferência do eletrão designa-se de reação de oxidação-redução ou reação redox – há uma molécula que perde os eletrões (molécula oxidada), enquanto que outra recebe (molécula reduzida).
  25. 25. Durante este fluxo de eletrões de pigmento a pigmento, é libertado energia que é utilizada para formar ATP, a partir de ADP e de um grupo fosfato (Pi) – ocorre transformação de energia luminosa em energia química (energia fica armazenada na ligação química que se estabeleceu para formar o ATP). Diz-se que houve fosforilação do ADP (adicionou-se um grupo fosfato). Energia + ADP + Pi → ATP proveniente do fluxo de eletrões com energia armazenada na ligação química Esta reação é catalisada pelas ATP sintetases - proteínas enzimáticas que se encontram na membrana dos tilacóides
  26. 26. Os eletrões que foram perdidos pela clorofila inicial são repostos por moléculas de água (H2O), que sofrem um fenómeno de fotólise – desdobramento da molécula de água por ação da luz – o que permite a separação dos átomos da molécula. Assim, o oxigénio (O2) é libertado pela planta para o meio e o hidrogénio (H2) ou irá neutralizar a clorofila ou vai reagir com o NADP+, formando o NADPH. Luz (fotólise) 2H2 Neutralizar a clorofila H2 + NADP+ → NADPH O2 Libertado pela planta para o meio
  27. 27. Séries de Reações Processos Intervenientes Produtos Finais Reações fotoquímicas •Fotólise da água •A clorofia a é excitada e perde eletrões, ficando oxidada. Os acetores de eletrões ficam reduzidos (reações redox) •Água •Energia luminosa •Pigmentos fotossintéticos O2 Fluxo de eletrões •Os eletrões percorrem uma cadeia de transportadores e são transferidos para o NADP+, que fica reduzido. Durante o fluxo eletrónico há a fosforilação do ADP. •Eletrões •Transportadores de eletrões •NADP+ •ADP •Pi ATP NADPH Tabela de resumo da Fase Dependente da Luz
  28. 28. Fase Não Dependente da LuzOcorre no estroma É nesta fase que irão ser sintetizados os compostos orgânicos, através do Ciclo de Calvin. Neste ciclo, ocorrem reações que envolvem CO2 e também o ATP e o NADPH formados, anteriormente. O Ciclo de Calvin apresenta três fases fundamentais: 1. Fixação do CO2 2. Produção de compostos orgânicos 3. Regeneração da ribulose difosfato Iremos agora analisar cada uma das fases.
  29. 29. Fixação do CO2 1. A primeira reação é a fixação do dióxido de carbono e a sua ligação à ribulose difosfato formando um composto instável; 2. Este composto desdobra-se imediatamente em duas moléculas, de modo a ficar estável 3. Ambas as moléculas sofrem fosforilação (recebem um grupo fosfato), transformando-se em PGA 4. O PGA vai ser reduzido (ou hidrogenado – recebe um hidrogénio) pelo NADPH, originando um novo composto, o PGAL. Neste processo, o NADPH, ao ceder hidrogénios, fica oxidado 1 2 3 4 4
  30. 30. Produção de compostos orgânicos / Regeneração da Ribulose Difosfato (RuDP) O PGAL formado pode tomar agora dois caminhos distintos:  Uma parte (10 em cada 12 moléculas) vai intervir na regeneração do composto com 5 átomos de carbono – a ribulose difosfato  A outra parte do PGAL é utilizado no estroma, para síntese de glícidos ou de outras moléculas
  31. 31. Séries de Reações Processos Intervenientes Produtos Finais Ciclo de Calvin •O dióxido de carbono é fixado, combinando-se com a ribulose difosfato. Posteriormente, após reduções e fosforilações, originam-se moléculas orgânicas, como, por exemplo, a glicose. •Ribulose difosfato (RuDP) •Dióxido de carbono(CO2) •ATP •NADPH •Glícidos •ADP + P •NADP+ •Ribulose difosfato Tabela de resumo da Fase Não Dependente da Luz ATENÇÃO!! O ciclo só está completo ao fim de 6 “voltas”
  32. 32. Seres Quimioautotróficos Os seres quimioautotróficos utilizam, como fonte de energia externa, a oxidação de compostos químicos (derivados de enxofre, azoto e ferro, nomeadamente). O processo de produção de compostos orgânicos a partir de reações de oxidação designa-se quimiossíntese. Seres que realizam a fotossíntese: bactérias
  33. 33. Quimiossíntese Na quimiossíntese, a energia química necessária à produção de compostos orgânicos tem origem na oxidação de substâncias orgânicas. É utilizada por seres vivos que habitam em grandes profundidades nos oceanos, onde a luz não chega e a temperatura pode superar os 400ºC. Mas, o que é uma reação de oxidação-redução? A oxidação ocorre quando determinado elemento perde eletrões e/ou protões. São estes eletrões e/ou protões perdidos pelas substâncias inorgânicas que vão fornecer a energia necessária para todo o processo. Assim, diz-se que os compostos inorgânicos ficaram oxidados (deram eletrões/protões) e as células do ser ficaram reduzidas (receberam eletrões/protões).
  34. 34. A quimiossíntese, tal como na fotossíntese, também é composta por duas fases: 1. Na primeira fase ocorrem reações de oxidação-redução. A energia libertada pelo composto inorgânico quando se oxida é utilizada para formar ATP, a partir de ADP e Pi (Energia + ADP + Pi → ATP). Na reação, o substrato também fornece eletrões/protões , para formar o NADPH a partir do NADP+(se o composto fornecer um eletrão e um hidrogénio, ele passa de NADP+ para NADPH2)
  35. 35. 2. A segunda fase é idêntica à fase química da fotossíntese. Formam-se compostos orgânicos a partir de CO2 captado do exterior. Este CO2 ,conjuntamente com as moléculas de NADPH2 e de ATP, vão realizar o Ciclo de Calvin, tal como na fotossíntese: • CO2 –vai iniciar o ciclo • NADPH 2 – vai fornecer o hidrogénio • ATP – vai fornecer a energia
  36. 36. Séries de Reações Processos Intervenientes Produtos Finais Reações de oxidação- redução •Perante um composto inorgânico, o ser quimioautotrófico vai receber os eletrões do composto, reduzindo-se (pois recebe eletrões) e oxidando a substãncia (pois é lhe retirada eletrões) •Compostos inorgânicos (H2S, NH3, Fe2 +) •NADP+ •ADP •Pi ATP NADPH CO2 Ciclo de Calvin •O dióxido de carbono é fixado, combinando-se com a ribulose difosfato. Posteriormente, após reduções e fosforilações, originam-se moléculas orgânicas, como, por exemplo, a glicose. •Ribulose difosfato (RuDP) •Dióxido de carbono(CO2) •ATP •NADPH •Glícidos •ADP + P •NADP+ •Ribulose difosfato Tabela de resumo da Quimiossíntese
  37. 37. Fotossíntese vs. Quimiossíntese Semelhanças Ciclo de Carbono (Ciclo de Calvin) Reagentes (NADP e ATP) Diferenças Fonte de Energia: Fotossíntese → Luz Quimiossíntese → Reações de oxidação-redução
  38. 38. Agora que já sabemos como é que os seres autotróficos produzem a matéria orgânica, vamos descobrir como é que os seres que não produzem a matéria, a obtêm. Exemplo de seres heterotróficos: insetos anfíbios mamíferos
  39. 39. Os seres heterotróficos não conseguem sintetizar a sua própria matéria orgânica e, por isso, têm que a obter a partir do meio externo. Mas agora coloca-se uma questão: Como é que a matéria passa do meio externo para o meio interno?
  40. 40. Como é que a matéria passa do meio externo para o meio interno? A resposta depende do tipo de ser: • Se o ser for heterotrófico multicelular, a matéria primeiro é colocada dentro do organismo e só depois é que é absorvida pelas células • Se o ser for heterotrófico unicelular, a matéria passa diretamente do meio externo para as células
  41. 41. Primeiro vamos estudar a obtenção de matéria pelos seres heterotróficos unicelulares... Como já foi dito no slide anterior, nos seres heterotróficos unicelulares a matéria passa diretamente do meio externo para as células – a matéria é absorvida. Porém, para ocorrer absorção, as substâncias têm que passar através da membrana celular
  42. 42. Para perceber como é que as substâncias passam através desta membrana, é importante conhecê-la um bocadinho melhor. Nome: A membrana celular pode ter diversos nomes: Membrana Celular Membrana Plasmática Membrana Citoplasmática Plasmalema Função: Dar forma à célula, delimitando-a
  43. 43. Constituição: A membrana celular é sobretudo lipoproteica (podendo variar de célula para célula): •60% a 75% de proteínas - função estrutural - intervêm no transporte de substâncias pela membrana - recetores de estímulos químicos (provenientes do meio extracelular) - enzimas –catalisam/aceleram as reações que ocorrem na superfície da célula - constituinte mais relevante • 25% a 40% de lípidos: - fosfolípidos (presente em todas as membranas) e glicolípidos (lípidos associados a glícidos) – são moléculas anfipáticas, pois têm uma extremidade polar que é hidrofílica (tem afinidade com moléculas de água) e outra extremidade apolar que é hidrofóbica (não tem afinidade com moléculas de água) - o colestrol pertence ao grupo dos esteróides (lípidos que possuem uma estrutura contendo anéis de carbono) sendo insolúvel em água e ocorre em menor quantidade que os fosfolípidos • (algumas células têm, outras não) 10% de glícidos: - estão na parte exterior da membrana - capaz de reconhecer certas substâncias - ainda hoje não são conhecidas totalmente as suas funções na membrana
  44. 44. Estrutura: Atualmente, o modelo mais aceite da estrutura da membrana plasmática é o Modelo de Mosaico Fluído O Modelo de Mosaico Fluído tem este nome pois admite que a membrana plasmática não é uma estrutura rígida, podendo haver movimentos das moléculas que a constituem sendo, por isso, fluídas. Existem, sobretudo, dois tipos de movimentos que as moléculas da membrana podem realizar: • Movimento Lateral (frequente) – duas moléculas que trocam de posição uma com a outra e que se encontram na mesma camada • Movimento de flip-flop (raro) – duas moléculas que trocam de posição de uma camada para a outra Movimento Lateral Movimento de flip-flop
  45. 45. Estrutura: • Bicamada fosfolipídica – onde se realizam os movimentos lateral e flip-flop • Proteínas  Periférias/ Extrínsecas – estão à superfície; associadas às partes hidrofílicas dos lípidos ou de proteínas integradas por fracas ligações eletroestáticas (e, por isso, conseguem ser facilmente isoladas da membrana)  Integradas/ Intrínsecas - fortemente ligadas às partes fortes dos lípidos – hidrofóbicas  Transmembranar - proteínas integradas que passaram a membrana de um lado ao outro •Glicocálix – conjunto de moléculas responsáveis pelo reconhecimento de certas substâncias  Glicolípidos – glícidos ligados aos lípidos (mais raro)  Glicoproteínas - glícidos ligados às proteínas (mais frequente) Glicocálix Bicamada fosfolipídica Proteína transmembranar Proteína integrante Proteína periférica GlicoproteínaGlicolípido Interior da célula Exterior da célula
  46. 46. Agora que já conhecemos bem a membrana celular, vai ser mais fácil entender como funcionam os movimentos transmembranais. É, no entanto, importante realçar que a passagem de substâncias pela membrana (em ambos os sentidos) não ocorre de igual forma para todas as substâncias. A membrana é, portanto, uma barreira seletiva! Deste modo, a passagem de substâncias através da membrana pode ocorrer através dos seguintes mecanismos, que iremos aprofundar já a seguir: Osmose Difusão simples Difusão Facilitada Transporte ativo Transporte de partículas Endocitose Exocitose Atenção! Estes movimentos transmembranais, embora sejam essenciais para que os seres unicelulares absorvam os nutrientes, também ocorrem nos seres multicelulares!
  47. 47. OSMOSE A osmose ocorre quando há movimento da água de um meio com menor soluto (meio hipotónico) para um meio com maior concentração de soluto (meio hipertónico) Se a concentração do soluto for igual em ambos os meios → meios isotónicos NAS CÉLULAS VEGETAIS • Se o meio hipertónico for no interior da célula (ou seja, se houver mais soluto na célula do que no meio externo), haverá passagem da água para dentro da célula. Esta água, não vai só para dentro da célula, como também entra para dentro do vacúolo, aumentando o seu volume. Quando isto acontece, diz-se que a célula ficou túrgida (ao microscópio até fica mais clara, pois os pigmentos estão mais diluídos!). Quando a célula vegetal se encontra túrgida, todo o conteúdo celular vai exercer uma pressão sobre a parede celular, gerando uma pressão de turgescência.
  48. 48. NAS CÉLULAS VEGETAIS • Se o meio hipertónico for no exterior da célula (ou seja, se houver menos soluto na célula do que no meio externo), haverá passagem da água para fora da célula. Assim, a célula vai ficar com uma cor mais intensa (os pigmentos estão mais concentrados), o vacúolo diminui de volume e o citoplasma pode desprender-se parcialmente da parede celular . Nestas condições, diz que a célula está plasmolisada (estado de plasmólise)! •No entanto, é importante saber que a célula vegetal possui uma parede celular rígida, que permite que apenas o conteúdo da célula diminua de volume, e não toda a célula.
  49. 49. NAS CÉLULAS ANIMAIS • Se o meio hipertónico for no interior da célula (ou seja, se houver mais soluto na célula do que no meio externo), haverá passagem da água para dentro da célula, ficando túrgida. •Porém, e ao contrário das células vegetais, as células animais não têm parede celular. Por isso, o contínuo fluxo de água para o interior da célula pode levar ao aumento do volume celular para lá da capacidade elástica da membrana, acabando por rebentar a célula, ocorrendo o que chamamos de lise celular.
  50. 50. NAS CÉLULAS ANIMAIS • Se o meio hipertónico for no exterior da célula (ou seja, se houver menos soluto na célula do que no meio externo), haverá passagem da água para fora da célula. Nestas condições, diz que a célula está plasmolisada (estado de plasmólise)!
  51. 51. Há ainda dois conceitos importantes sobre a osmose... H 2 0 pressão de turgescência • Pressão osmótica: É a pressão que deve ser exercida sobre a solução para impedir a passagem do solvente de uma solução para outra. Ou seja, a pressão osmótica é a pressão que é necessária fornecer a determinada célula para impedir que a osmose ocorre. Quanto mais hipertónica é uma solução, mais difícil é impedir a entrada de solvente nesse meio e maior terá que ser a pressão de turgescência •Velocidade Osmótica A velocidade osmótica é a velocidade com que ocorre a osmose. Quanto maior for a velocidade → maior é a diferença de concentrações Quanto menor for a velocidade → menor é a diferença de concentrações Assim, conclui-se que a velocidade osmótica diminui ao longo da osmose
  52. 52. DIFUSÃO SIMPLES A difusão simples envolve a passagem de moléculas de um meio cuja sua concentração é mais elevada para outro, cuja concentração é mais baixa. Comparando a difusão simples com a osmose... Na osmose há transferência de água para um meio com muito soluto, de modo a diluir. Na difusão simples não é necessário água para diluir o meio, pois o próprio soluto é transferido para um meio onde haja soluto em menos quantidade. Pode-se concluir que a difusão simples é a favor do gradiente de concentração! Gradiente de concentração: colocar as concentrações de dois meios iguais É importante reparar que quando se atinge o equilíbrio das concentrações, o movimentos das moléculas não pára! O número de moléculas que atravessa a membrana é igual em ambos os sentidos. A difusão simples é, então, um transporte passivo – ocorre a favor do gradiente, no sentido que igualar as concentrações dos dois meios, não envolvendo gastos de energia!
  53. 53. DIFUSÃO FACILITADA A difusão facilitada promove, tal como a difusão simples, a passagem do soluto do meio mais concentrado para o meio menos concentrado. No entanto... Há uma diferença (obviamente)! Na difusão facilitada, o soluto não passa através da membrana plasmática, como na difusão simples, mas sim através de proteínas transportadoras que existem na membrana – as permeases. Assim, um elevado número de moléculas atravessa a membrana a uma velocidade superior à esperada se fizesse simplesmente por difusão simples! NO ENTANTO.... Há que ter em atenção o seguinte: - cada proteína tem uma especificidade, ou seja, serve para uma só substância - as permeases podem sofrer desnaturação (perder as suas funções) por ação ou do calor, ou da radiação ou até de certos elementos químicos!
  54. 54. Mas como funciona a difusão facilitada? 1. Primeiro dá-se a ligação da molécula a transportar à permease – o reconhecimento/afinidade da molécula ocorre num sítio designado sítio ativo 2. Quando a molécula liga-se à parte hidrofóbica da permease, dá-se uma modificação da forma da proteína. Com esta modificação, a molécula deixa de ser compatível com a permease e, por isso, a proteína liberta a molécula 3. A permease, como já não tem a molécula ligada a si, retoma a sua forma original
  55. 55. Difusão Simples vs. Difusão Facilitada Tanto na difusão simples como na difusão facilitada não há gastos de energia. Na difusão simples, a velocidade vai aumentando à medida que a diferença de concentrações é maior. No entanto, na difusão facilitada isso não acontece. difusão facilitada Como é possível ver pelo gráfico, a velocidade na difusão facilitada é maior do que a velocidade simples, até um determinado momento. Depois disso, por muito que haja uma diferença de concentrações, a velocidade não aumenta. Porquê? Porque o número de permeases na membrana é limitado! Isto significa que, quando a velocidade na difusão facilitada não aumenta mais é porque todas as permeases já estão “ocupadas”!
  56. 56. TRANSPORTE ATIVO Ao contrário de tudo o que vimos até agora, o transporte ativo tem como objetivo desequilibrar as concentrações dos meios. Porém, isso só é possível devido à permeabilidade seletiva da membrana. • O transporte ativo vai implicar gastos de energia da célula • Pode-se concluir que o transporte ativo é contra o gradiente de concentração Exemplo de casos onde ocorre transporte ativo:  Quando é para eliminar desperdícios que há dentro da célula, mesmo quando a concentração no exterior dos mesmos é elevada  Para manter nutrientes dentro da célula, mesmo que haja escassez dos mesmos no exterior
  57. 57. Mas como funciona o transporte ativo? O transporte ativo ocorre, tal como a difusão facilitada, por meio de proteínas. No caso que nós vamos estudar, essas proteínas designam-se ATPases. Elas têm as seguintes caraterísticas: - Comportam-se como enzimas - Apenas funcionam com a energia proveniente da quebra da molécula de ATP em ADP O exemplo transporte ativo que vamos estudar (no qual há as ATPases) designa-se Bomba de Sódio e Potássio, cujo objetivo é libertar 3 iões Na + para o meio externo e promover a entrada de dois iões K + para dentro da célula.
  58. 58. Bomba de Sódio e Potássio 1. 3 iões Na + e 1 ATP (que estão no interior da célula) ligam-se à ATPase 2. O ADP é libertado (ATP → Energia + ADP + Pi), o Pi ficou na proteína, gerando uma alteração comformacional (da forma) da ATPase 3. Com a alteração, a ATPase liberta os 3 Na+ e recebe os 2 K + 4. O Pi é então libertado. Ocorre uma desfosforilação da ATPase (o fósforo é removido) 5. Com a saída do P, ocorre uma outra alteração comformacional na ATPase, que volta à sua forma original, libertanto os dois K + para dentro da célula
  59. 59. TRANSPORTE DE PARTÍCULAS Para além de transportar pequenas moléculas através da membrana, as células possuem também outros recursos que permitem o transporte, para o interior ou para o exterior, de macromoléculas, de partículas de maiores dimensões ou mesmo até de pequenas células! Esses recursos podem ser designados como... Endocitose Exocitose O material passa do exterior para o interior da célula O material passa do interior para o exterior da célula Fagocitose Pinocitose Endocitose mediada por recetores
  60. 60. Endocitose Transporte de macromoléculas/partículas de menores dimensões/pequenas células para o interior da célula por invaginações da membrana plasmática. Fagocitose Pinocitose Endocitose mediada por recetores 1. A célula emite prolongamentos, os pseudópodes 2. Os pseudópodes englobam a partícula, formando uma vesícula fagocítica (fagossoma) 3. A vesícula fagocítica destaca-se para o interior do citoplasma, fundindo-se com os lisossomas, (vesículas que contêm enzimas digestivas) dando origem a vacúolos digestivos. As substâncias que entram na célula são substâncias dissolvidas ou fluídos, pelo que as vesículas são de menores dimensões Macromoléculas entram na célula, ligadas à membrana das vesículas de endocitose por recetores
  61. 61. Exocitose A exocitose é o processo inverso da endocitose. As células libertam para o meio extracelular substâncias armazenadas em vesículas. Neste processo, as vesículas de secreção (= excreção) fundem-se com a membrana plasmática, libertando o seu conteúdo para o meio extracelular. A exocitose é fundamental para a célula libertar resíduos da digestão intracelular, mas também pode fazer parte do processo digestivo de seres pluricelulares. De facto, é por este processo que são segregadas, por exemplo, as enzimas digestivas do pâncreas!
  62. 62. Mas, e depois...? O que é que acontece aos nutrientes dentro da célula? Resposta: Vão sofrer digestão celular. Mas, com esta resposta, muitas outras perguntas, surgem... O que é a digestão celular? Como é que ocorre?
  63. 63. Para começar, é importante saber que a digestão celular acontece através do sistema endomembranar. O sistema endomembranar compreende todas as membranas existentes na célula Três delas são muitos importantes para a digestão celular: Retículo endoplasmático, o Complexo de Golgi e os Lisossomas.
  64. 64. Retículo Endoplasmático (RE) O retículo endoplasmático (RE) é um conjunto de cisternas (idêntico a um poço) achatadas, túbulos (uma espécie de pequenos tubos) e vesículas (idêntico a uma bolha). O retículo endoplasmático um sistema contínuo entre a membrana plasmática e o invólucro nuclear. Existem dois tipos de RE: • Retículo Endoplasmático Rugoso (RER):  possui ribossomas ligados à face externa das suas membranas – o que lhe confere o aspeto rugoso  maior região de síntese de proteínas (algumas das quais são enzimas) •Retículo Endoplasmático Liso (REL):  não possui os ribossomas como o RER, apresentando, portanto, um aspeto liso  está envolvido na síntese de fosfolípidos e na elaboração de novas membranas
  65. 65. Complexo de Golgi O Complexo de Golgi é composto por todos os dictiossomas de uma célula. Dictiossoma: conjunto de sáculos (como se fosse um saco) ou cisternas achatas e empilhadas de forma regular – na periferia dos dictiossomas existe uma série de vesículas. Os dictiossomas possuem uma fase convexa (face de formação), que está virada para o RE, e uma face côncava (face de maturação), onde se formam vesículas, virada para a membrana plasmática.
  66. 66. Lisossomas Os lisossomas são pequenas vesículas, mais ou menos esféricas, delimitadas por uma membrana e que contêm vários tipos de enzimas.
  67. 67. Digestão Celular Mas como é que o RE, o Complexo de Golgi e os Lisossomas interagem entre si? E o que é que têm a ver com a digestão celular? 1. Como já foi dito, o retículo endoplasmático sintetiza proteínas (algumas delas enzimáticas). Algumas destas proteínas são transportadas até ao Complexo de Golgi em vesículas de transporte, onde sofrem transformações, permitindo que algumas proteínas se tornem funcionais e/ou algumas enzimas sejam ativadas. 2. As cisternas, que se vão constituindo na face de maturação do Complexo de Golgi, vão substituindo as que se situam na face de maturação que, por sua vez, dão origem a vesículas de secreção (lisossomas). 3. Os lisossomas, que contêm vários tipos de enzimas no seu interior, podem então fundir-se com vacúolos ou vesículas endocíticas, formando estruturas de maiores dimensões – os vacúolos digestivos (onde ocorre a digestão)
  68. 68. Digestão Celular Porém, a digestão pode ocorrer tanto para partículas provenientes do exterior como para organelos da própria célula! Heterofagia – digestão de substâncias captadas por endocitose (é feita em vacúolos digestivos) Autofagia – digestão de substâncias da própria célula (é feita em vacúolos autofágicos)
  69. 69. Agora que já estudamos como é que os nutrientes passam do exterior para dentro da célula (forma como os seres heterotróficos unicelulares se alimentam), vamos ver como é que os seres mais complexos fazem para obter os seus nutrientes... Desde o momento em que os seres heterotróficos multicelulares adquirem o alimento até quando o mesmo é absorvido, ocorrem três fases fundamentais: 1. Ingestão – entrada dos alimentos para o organismo 2. Digestão – conjunto de processos que permite a transformação de moléculas complexas (dos alimentos) em moléculas mais simples 3. Absorção – passagem dos nutrientes resultantes da digestão para o meio interno (células)
  70. 70. Existem, no entanto, 3 tipos distintos de digestão: 1. Ingestão 2. Digestão 3. Absorção Extracelular – ocorre em cavidades digestivas que, apesar de se encontrarem dentro do organismo, fazem parte do meio externo (vantagem: permite ao organismo armazenar de uma só vez grandes quantidades de alimento, que vão lentamente sendo ingerido, não sendo preciso estar constantemente a captar alimento) Intracelular– ocorre diretamente nas células (atenção: nos seres unicelulares, a matéria orgânica vai diretamente do meio externo para o interior das células; na digestão intracelular, a matéria orgânica foi previamente ingerida para dentro do ser e só depois é que foi para dentro das células, para sofrer o processo da digestão) Extracorporal – o alimento é decomposto em partes mais simples, externamente, e só depois é que é absorvido (ex: os fungos possuem hifas – filamentos – que lançam enzimas sobre o alimento, que ainda está fora do corpo., decompondo-o em moléculas mais simples que depois são absorvidas pelo ser. Pode-se dizer que, nestes casos, a digestão ocorre primeiro que a ingestão)
  71. 71. Vamos agora analisar alguns exemplos de seres heterotróficos multicelulares... HIDRA: (digestão intraceular)  Ingestão – é feita pelos tentáculos; o alimento entra na “boca” (orifício onde entram os alimentos e saem os resíduos alimentares não aproveitador Digestão – inicia-se na cavidade gastrovascular, onde enzimas, libertadas pelas células granulares existentes na parede, simplificam o alimento – as partículas são fagocitadas por células da parede gastrovascular – originando vacúlos digestivos Absorção – os nutrientes difundem-se nestes vacúolos para o citoplasma das células e, consequentemente, para outras células A hidra possui um tubo digestivo incompleto – só possui uma abertura para a entrada e a saída de matéria
  72. 72. MINHOCA (digestão extraceular)  Faringe – suga os alimentos da boca para o esófago e deste para o estômago  Estômago/Papo – os alimentos são armazenados  Moela – os alimentos são triturados  Intestino – os alimentos sofrem a ação de enzimas, sendo, depois, absorvidos  Tiflosole – prega dorsal (não está representada na figura) que faz aumentar a superfície de absorção intestinal  Ânus – é para onde vão os resíduos alimentares não absorvidos A minhoca possui um tubo digestivo completo – possui uma boca (entrada de alimentos) e um ânus (saída de resíduos alimentares não absorvidos) Vantagem: permite uma digestão e uma absorção sequencial ao tubo digestivo, uma vez que os alimentos só se deslocam num só sentido
  73. 73. HOMEM: (digestão extratraceular) • O alimento entra na boca • É mastigado e sofre ação da enzima amílase – hidrolisa (decompõe) os glícidos • O bolo alimentar é deglutido, passando, através do esófago, para o estômago • O estômago possui uma parede musculosa e glândulas que produzem ácido clorídrico e enzimas proteolíticas (que degradam prótidos) – a ação conjunta do ácido, enzimas e dos movimentos da parede do estômago (movimentos peristálticos) sobre o bolo alimentar origina o quimo • O quimo passa para o duodeno (intestino delgado). Sobre o quimo atuam enzimas digestivas (maltase, sacarase, lactase e peptidase) presentes no suco intestinal produzido por glândulas existentes na parede do duodeno
  74. 74. HOMEM: (digestão extratraceular) • Ainda no duodeno chega a bílis (emulsionante para os lípidos → provoca a separação dos lípidos em porções pequenas), produzida pelo fígado, e o suco pancreático (possui várias enzimas – lípases, proteases, amílases e nucleases – que atuam sobre o quimo, transformando-o em quilo), produzido pelo pâncreas • As moléculas mais simples resultantes da digestão são absorvidas – o processo de absorção e eficiente devido à enorme superfície da parede intestinal (o intestino delgado tem um grande comprimento e possui pregas cobertas por vilosidades que ajudam na absorção) – uma vez absorvidos, os nutrientes terão de ser transportados para todas as células do organismo, através da corrente sanguínea e linfática • Os resíduos alimentares que não foram absorvidos continuam o seu trajeto até ao intestino grosso, onde ocorre a reabsorção da água e a formação das fezes que, posteriormente, serão expulsas pelo ânus

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