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               Biologia e Geologia – 10º ano                  Ano letivo 2011/2012

  Componente de Biologia – Unidade 1 – Obtenção de matéria

       Ficha informativa: Obtenção de matéria pelos organismos autotróficos:
                            Fotossíntese e Quimiossíntese




Os seres autotróficos sintetizam matéria orgânica, recorrendo a diferentes fontes de
energia. A maioria produz matéria orgânica a partir da matéria inorgânica, por um processo
que utiliza como fonte de energia a luz do sol – fotossíntese. Os organismos que realizam
este processo designam-se por seres fotoautotróficos, de que são exemplo as algas, as
plantas e as cianobactérias. Contudo, existem seres autotróficos que utilizam a energia
química proveniente da oxidação de compostos inorgânicos para a síntese de matéria
orgânica a partir da matéria inorgânica. Estes seres designam-se por seres
quimioautotróficos e o processo que realizam é denominado quimiossíntese. Todos os
organismos quimioautotróficos são bactérias.

1 – Fotossíntese

    A fotossíntese é um processo complexo que envolve a utilização de energia luminosa na
produção de substâncias orgânicas a partir do dióxido de carbono (CO2) e água (H2O), com
a libertação de oxigénio (O2). Este processo ocorre exclusivamente nos seres vivos que
possuem pigmentos fotossintéticos capazes de captar energia luminosa. Os principais
pigmentos existentes nas plantas e nas algas são as clorofilas. Nestes organismos, esses
pigmentos encontram-se nos cloroplastos, organitos celulares onde ocorre o processo
fotossintético. A energia solar é constituída por radiações de diferentes comprimentos de
onda. Os seres vivos utilizam na fotossíntese apenas parte das radiações do espectro da luz
visível. Através da análise do espectro de absorção dos diferentes pigmentos constata-se
que as clorofilas a e b possuem picos de absorção que se situam nas zonas azul-violeta e
vermelho-alaranjado do espectro da luz visível.
A fotossíntese é uma sequência complexa de reacções químicas que compreende duas
fases: a fase fotoquímica (ou fase dependente da luz) e a fase química (ou fase não
dependente da luz). Este processo pode ser representado de modo geral pela equação:
                                            luz
                       6 H2O + 6CO2                C6H12O6 (glicose) + O2

1.1 – Fase dependente da luz
  A fase dependente da luz realiza-se ao nível dos tilacóides. Nela transforma-se energia
luminosa em energia química, ocorre decomposição da molécula de água, libertando-se
oxigénio e produz-se ATP e NADPH necessários à realização da fase não dependente da
luz.
     ☺ As reações fotoquímicas iniciam-se pela captação de luz e pela excitação das
       clorofilas dos fotossistemas I e II. A energia absorvida pelas clorofilas dos
       fotossistemas vai ser tranferida para o centro de reação constituído por uma clorofila
       a. A clorofila excitada perde dois eletrões que vão ser recebidos e cedidos por um
       conjunto de aceitadores de eletrões - cadeia transportadora de eletrões, até ao
       seu aceitador final NADP+, que associando-se ao H+ da água origina NADPH. A
       energia mobilizada ao longo da cadeia transportadora de eletrões é aproveitada para
       a produção de ATP.
     ☺ Este fluxo de eletrões pode ocorrer em duas vias diferentes: um fluxo cíclico de
       eletrões – fotofosforilação cíclica e um fluxo acíclico – fotofosforilação acíclica.
     ☺ A fotofosforilação acíclica deve o seu nome ao facto de os dois eletrões perdidos
       pela clorofila do fotossistema II, aquando da absorção de energia luminosa, não
       regressarem a este fotossistema, mas sim irem reduzir o fotossistema I, cuja
       clorofila a também havia sido excitada, perdendo dois eletrões que vão ser recebidos
       pelo NADP+.
       Durante este processo ocorre a produção de ATP, por fosforilação do ADP, tendo
       todo o processo sido iniciado pela ação da luz. O fotossistema II recebe dois eletrões
       co origem na molécula de água, compensando os dois eletrões anteriormente
       perdidos para o fotossistema I. A decomposição da molécula de água ocorre por
       ação da luz – fotólise da luz – originando além dos dois eletrões que vão reduzir o
       fotossistema II, o oxigénio que se liberta para a atmosfera e dois H+, um dos quais é
       recebido pelo NADP+ enquanto o outro vai manter um gradiente de concentração que
       permitirá a produção de ATP.
Em resumo, na fase dependente da luz ocorrem as seguintes reações:
             Oxidação da clorofila – a clorofila , quando excitada pela luz, perde eletrões
             ficando oxidada.
             Reações de oxidação-redução ao longo da cadeia transportadora de
             eletrões – Os eletrões cedidos pala clorofila vão ser transferidos ao longo de
             uma cadeia de moléculas transportadoras de eletrões. Cada um desses
             transportadores fica reduzido quando recebe os eletrões e oxidado quando
             os cede ao transportador seguinte. Por fim os eletrões são captados pelo
             NADP+ que fica reduzido:
                    NADP+ + 2e- + 2H+          NADPH + H+
             Fotólise da água – desdobramento da molécula de água em hidrogénio e
             oxigénio na presença da luz:
                               H2O         2H+ + 2e- + ½ O2
             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
             fosforilação:
                    ADP + Pi (fosfato inorgânico) + energia       ATP + H2O

1.2 – Fase não dependente da luz ou Ciclo de Calvin
      As reações não dependentes da luz constituem um ciclo, conhecido por ciclo de
    Calvin. Este tem lugar nos estroma do cloroplasto e utiliza CO2 inorgânico e o NADPH
    e ATP, estes dois últimos produzidos na fase fotoquímica, fixando-os e produzindo
    matéria orgânica. O CO2 vai fixar-se a RUDP (ribulose difosfato), iniciando assim o ciclo,
    e formando posteriormente PGA (ácido fosfoglicérico), que vai ser reduzido e
    hidrogenado pelo NADPH e fosforilado pelo ATP produzindo PGAL (aldeído
    fosfoglicérico), pelo que é na formação deste composto que são utilizados o NADPH e
    ATP formados na fase fotoquímica. O PGAL é responsável pela formação da glicose e,
    a partir desta, de outros compostos orgânicos como a sacarose e o amido (substâncias
    de reserva das plantas). O PGAL assegura também a continuidade do ciclo de Calvin ao
    regenerar a RUP (ribulose monofosfato). Por cada doze moléculas de PGAL formadas,
    duas irão originar uma molécula de glicose, enquanto que as restantes dez moléculas
    vão originar RUP que, após ser fosforilada pelas restantes moléculas de ATP formadas
    na fase fotoquímica, vão originar novamente a RUDP, regenerando o ciclo.
Quadro - Mecanismo da fotossíntese e sua localização




   2 - Quimiossíntese

      A quimiossíntese é um processo de síntese de compostos orgânicos que utiliza, tal
   como a fotossíntese , o dióxido de carbono como fonte de carbono, mas, em vez de
   energia solar, usa a energia proveniente da oxidação de substâncias inorgânicas tais
   como a amónia, os nitritos, o enxofre e o ferro. A quimiossíntese é realizada
   principalmente por bactérias, entre as quais as ferrobactérias, as sulfobactérias e
   as nitrobactérias. Cada uma dessas bactérias utiliza a energia de um mineral que oxida,
   compostos respetivamente de ferro, enxofre e nitrogénio.
   Na quimiossíntese, tal como na fotossíntese, é possível distinguir duas fases:
       ☺ Produção de moléculas de ATP e redução de um transportador – da
           oxidação de compostos minerais (por exemplo H2S) libertam-se eletrões (e-) e
           protões (H+) que vão ser transportados ao longo de uma cadeia, ocorrendo a
           fosforilação de ADP em ATP e a redução do transportador.
       ☺ Fixação do dióxido de carbono – esta fase corresponde à fase química da
           fotossíntese, ocorrendo também aqui um ciclo idêntico ao de Calvin, onde
           intervem as moléculas de ATP e do transportador produzido na fase anterior.
           Neste ciclo verifica-se a fixação do dióxido de carbono que é reduzido, permitindo
           a formação de substâncias orgânicas.

A fotossíntese e a quimiossíntese diferem basicamente em dois aspetos:

    Na fonte de energia utilizada – energia solar (fotossíntese) e energia resultante da
     oxidação de compostos minerais (quimiossíntese);
    Na fonte de protões (H+) e eletrões (e-) – molécula de H2O (fotossíntese) e
     oxidação de compostos minerais (quimiossíntese).
Fotossintese e quimiossintese

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Fotossintese e quimiossintese

  • 1. Escola Secundária Alfredo dos Reis Silveira Biologia e Geologia – 10º ano Ano letivo 2011/2012 Componente de Biologia – Unidade 1 – Obtenção de matéria Ficha informativa: Obtenção de matéria pelos organismos autotróficos: Fotossíntese e Quimiossíntese Os seres autotróficos sintetizam matéria orgânica, recorrendo a diferentes fontes de energia. A maioria produz matéria orgânica a partir da matéria inorgânica, por um processo que utiliza como fonte de energia a luz do sol – fotossíntese. Os organismos que realizam este processo designam-se por seres fotoautotróficos, de que são exemplo as algas, as plantas e as cianobactérias. Contudo, existem seres autotróficos que utilizam a energia química proveniente da oxidação de compostos inorgânicos para a síntese de matéria orgânica a partir da matéria inorgânica. Estes seres designam-se por seres quimioautotróficos e o processo que realizam é denominado quimiossíntese. Todos os organismos quimioautotróficos são bactérias. 1 – Fotossíntese A fotossíntese é um processo complexo que envolve a utilização de energia luminosa na produção de substâncias orgânicas a partir do dióxido de carbono (CO2) e água (H2O), com a libertação de oxigénio (O2). Este processo ocorre exclusivamente nos seres vivos que possuem pigmentos fotossintéticos capazes de captar energia luminosa. Os principais pigmentos existentes nas plantas e nas algas são as clorofilas. Nestes organismos, esses pigmentos encontram-se nos cloroplastos, organitos celulares onde ocorre o processo fotossintético. A energia solar é constituída por radiações de diferentes comprimentos de onda. Os seres vivos utilizam na fotossíntese apenas parte das radiações do espectro da luz visível. Através da análise do espectro de absorção dos diferentes pigmentos constata-se que as clorofilas a e b possuem picos de absorção que se situam nas zonas azul-violeta e vermelho-alaranjado do espectro da luz visível.
  • 2. A fotossíntese é uma sequência complexa de reacções químicas que compreende duas fases: a fase fotoquímica (ou fase dependente da luz) e a fase química (ou fase não dependente da luz). Este processo pode ser representado de modo geral pela equação: luz 6 H2O + 6CO2 C6H12O6 (glicose) + O2 1.1 – Fase dependente da luz A fase dependente da luz realiza-se ao nível dos tilacóides. Nela transforma-se energia luminosa em energia química, ocorre decomposição da molécula de água, libertando-se oxigénio e produz-se ATP e NADPH necessários à realização da fase não dependente da luz. ☺ As reações fotoquímicas iniciam-se pela captação de luz e pela excitação das clorofilas dos fotossistemas I e II. A energia absorvida pelas clorofilas dos fotossistemas vai ser tranferida para o centro de reação constituído por uma clorofila a. A clorofila excitada perde dois eletrões que vão ser recebidos e cedidos por um conjunto de aceitadores de eletrões - cadeia transportadora de eletrões, até ao seu aceitador final NADP+, que associando-se ao H+ da água origina NADPH. A energia mobilizada ao longo da cadeia transportadora de eletrões é aproveitada para a produção de ATP. ☺ Este fluxo de eletrões pode ocorrer em duas vias diferentes: um fluxo cíclico de eletrões – fotofosforilação cíclica e um fluxo acíclico – fotofosforilação acíclica. ☺ A fotofosforilação acíclica deve o seu nome ao facto de os dois eletrões perdidos pela clorofila do fotossistema II, aquando da absorção de energia luminosa, não regressarem a este fotossistema, mas sim irem reduzir o fotossistema I, cuja clorofila a também havia sido excitada, perdendo dois eletrões que vão ser recebidos pelo NADP+. Durante este processo ocorre a produção de ATP, por fosforilação do ADP, tendo todo o processo sido iniciado pela ação da luz. O fotossistema II recebe dois eletrões co origem na molécula de água, compensando os dois eletrões anteriormente perdidos para o fotossistema I. A decomposição da molécula de água ocorre por ação da luz – fotólise da luz – originando além dos dois eletrões que vão reduzir o fotossistema II, o oxigénio que se liberta para a atmosfera e dois H+, um dos quais é recebido pelo NADP+ enquanto o outro vai manter um gradiente de concentração que permitirá a produção de ATP.
  • 3. Em resumo, na fase dependente da luz ocorrem as seguintes reações: Oxidação da clorofila – a clorofila , quando excitada pela luz, perde eletrões ficando oxidada. Reações de oxidação-redução ao longo da cadeia transportadora de eletrões – Os eletrões cedidos pala clorofila vão ser transferidos ao longo de uma cadeia de moléculas transportadoras de eletrões. Cada um desses transportadores fica reduzido quando recebe os eletrões e oxidado quando os cede ao transportador seguinte. Por fim os eletrões são captados pelo NADP+ que fica reduzido: NADP+ + 2e- + 2H+ NADPH + H+ Fotólise da água – desdobramento da molécula de água em hidrogénio e oxigénio na presença da luz: H2O 2H+ + 2e- + ½ O2 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 fosforilação: ADP + Pi (fosfato inorgânico) + energia ATP + H2O 1.2 – Fase não dependente da luz ou Ciclo de Calvin As reações não dependentes da luz constituem um ciclo, conhecido por ciclo de Calvin. Este tem lugar nos estroma do cloroplasto e utiliza CO2 inorgânico e o NADPH e ATP, estes dois últimos produzidos na fase fotoquímica, fixando-os e produzindo matéria orgânica. O CO2 vai fixar-se a RUDP (ribulose difosfato), iniciando assim o ciclo, e formando posteriormente PGA (ácido fosfoglicérico), que vai ser reduzido e hidrogenado pelo NADPH e fosforilado pelo ATP produzindo PGAL (aldeído fosfoglicérico), pelo que é na formação deste composto que são utilizados o NADPH e ATP formados na fase fotoquímica. O PGAL é responsável pela formação da glicose e, a partir desta, de outros compostos orgânicos como a sacarose e o amido (substâncias de reserva das plantas). O PGAL assegura também a continuidade do ciclo de Calvin ao regenerar a RUP (ribulose monofosfato). Por cada doze moléculas de PGAL formadas, duas irão originar uma molécula de glicose, enquanto que as restantes dez moléculas vão originar RUP que, após ser fosforilada pelas restantes moléculas de ATP formadas na fase fotoquímica, vão originar novamente a RUDP, regenerando o ciclo.
  • 4. Quadro - Mecanismo da fotossíntese e sua localização 2 - Quimiossíntese A quimiossíntese é um processo de síntese de compostos orgânicos que utiliza, tal como a fotossíntese , o dióxido de carbono como fonte de carbono, mas, em vez de energia solar, usa a energia proveniente da oxidação de substâncias inorgânicas tais como a amónia, os nitritos, o enxofre e o ferro. A quimiossíntese é realizada principalmente por bactérias, entre as quais as ferrobactérias, as sulfobactérias e as nitrobactérias. Cada uma dessas bactérias utiliza a energia de um mineral que oxida, compostos respetivamente de ferro, enxofre e nitrogénio. Na quimiossíntese, tal como na fotossíntese, é possível distinguir duas fases: ☺ Produção de moléculas de ATP e redução de um transportador – da oxidação de compostos minerais (por exemplo H2S) libertam-se eletrões (e-) e protões (H+) que vão ser transportados ao longo de uma cadeia, ocorrendo a fosforilação de ADP em ATP e a redução do transportador. ☺ Fixação do dióxido de carbono – esta fase corresponde à fase química da fotossíntese, ocorrendo também aqui um ciclo idêntico ao de Calvin, onde intervem as moléculas de ATP e do transportador produzido na fase anterior. Neste ciclo verifica-se a fixação do dióxido de carbono que é reduzido, permitindo a formação de substâncias orgânicas. A fotossíntese e a quimiossíntese diferem basicamente em dois aspetos:  Na fonte de energia utilizada – energia solar (fotossíntese) e energia resultante da oxidação de compostos minerais (quimiossíntese);  Na fonte de protões (H+) e eletrões (e-) – molécula de H2O (fotossíntese) e oxidação de compostos minerais (quimiossíntese).