Fotossíntese e quimiossíntese

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Fotossíntese e quimiossíntese

  1. 1. Margarida Barbosa Teixeira OBTENÇÃO DE MATÉRIA PELOS SERES AUTOTRÓFICOS
  2. 2. Nutrição autotrófica <ul><li>Os seres autotróficos utilizam uma fonte de energia externa para produzirem compostos orgânicos a partir de substâncias minerais. </li></ul>Energia luminosa Energia química Plantas, alguns protistas (algas) e algumas bactérias Algumas bactérias
  3. 3. ATP – fonte de energia nas células <ul><li>Na fotossíntese e na quimiossíntese, a produção de ATP é fundamental para a produção de compostos orgânicos. </li></ul><ul><li>As células não conseguem utilizar directamente a energia luminosa nem a energia química dos compostos inorgânicos. </li></ul><ul><li>A fonte de energia directamente utilizável pelas células é o composto ATP – Adenosina trifosfato. </li></ul>
  4. 4. ATP – fonte de energia nas células AMP + P  ADP ADP + P  ATP AMP - Adenosina monofosfato ADP - Adenosina difosfato ATP - Adenosina trifosfato
  5. 5. ATP – fonte de energia nas células <ul><li>As moléculas de ATP são a forma mais comum de circulação de energia numa célula, pois podem ser facilmente hidrolisadas. </li></ul>
  6. 6. ATP – fonte de energia nas células
  7. 7. ATP – fonte de energia nas células <ul><li>As moléculas de ATP são compostos intermediários que transferem energia de um tipo de reacção para outro. </li></ul>
  8. 8. Fotossíntese <ul><li>Processo utilizado pelos seres fotoautotróficos para a produção de matéria orgânica, a partir de água, dióxido de carbono e energia solar. </li></ul>
  9. 9. Fotossíntese
  10. 10. Fotossíntese
  11. 11. Estruturas envolvidas na fotossíntese <ul><li>Nas plantas, as folhas são os órgãos fotossintéticos mais importantes. </li></ul><ul><li>A fotossíntese ocorre nos cloroplastos das folhas, onde existe uma grande quantidade de pigmentos fotossintéticos. </li></ul>
  12. 12. Estruturas envolvidas na fotossíntese
  13. 13. Estruturas envolvidas na fotossíntese Corte transversal de uma folha
  14. 14. Estruturas envolvidas na fotossíntese Ultra estrutura do cloroplasto É na membrana dos tilacóides que se localizam os pigmentos fotossintéticos
  15. 15. Extracção e separação dos pigmentos fotossintéticos <ul><li>Das folhas de espinafre sujeitas à extracção de pigmentos por trituração com solvente orgânico e areia fina, foi obtido um extracto de clorofila bruta. </li></ul>
  16. 16. <ul><li>Cromatografia </li></ul><ul><li>Técnica de separação dos constituintes de uma mistura atendendo a propriedades como a solubilidade, tamanho e massa. </li></ul><ul><li>Os pigmentos são separados em função da solubilidade das moléculas e da aderência destes ao papel cromatográfico. </li></ul><ul><li>As moléculas com maior solubilidade e/ou menor peso molecular percorrem uma maior distância no papel do que as moléculas com menor solubilidade e/ou maior peso molecular. </li></ul><ul><li>Verte-se a clorofila bruta sobre a  placa de Petri onde é colocado, na vertical, o papel de filtro dobrado em ângulo. </li></ul><ul><li>Observa-se a ascensão do solvente (acetona) e dos pigmentos fotossintéticos. </li></ul>Extracção e separação dos pigmentos fotossintéticos
  17. 17. <ul><li>As folhas possuem diferentes tipos de pigmentos: </li></ul><ul><li>Carotenos - laranja </li></ul><ul><li>Xantófilas - amarela </li></ul><ul><li>Clorofila a – verde intensa </li></ul><ul><li>Clorofila b – verde-amarelada </li></ul>Extracção e separação dos pigmentos fotossintéticos <ul><li>As clorofilas são responsáveis pela cor verde, característica de muitas plantas, pois existem em maior número do que os carotenóides. </li></ul><ul><li>No Outono, muitas folhas perdem a sua cor verde, devido a alterações das clorofilas, apresentando os tons laranja e amarelo dos carotenóides. </li></ul>
  18. 18. Captação da energia luminosa <ul><li>A energia radiante do sol é formada por radiações de diferentes comprimentos de onda, constituindo o espectro solar. </li></ul>
  19. 19. Captação da energia luminosa <ul><li>Os pigmentos existentes nas membranas dos tilacóides, no interior dos cloroplastos, absorvem as radiações do espectro de luz visível. </li></ul>
  20. 20. Captação da energia luminosa <ul><li>Espectro de absorção dos pigmentos fotossintéticos </li></ul><ul><li>Capacidade de absorção de uma radiação, por um pigmento, em função do respectivo comprimento de onda. </li></ul>
  21. 21. Captação da energia luminosa Experiência de Engelmann (1883) Quais os comprimentos de onda eficazes no processo de fotossíntese? <ul><li>Engelmann fez uma preparação com espirogira (alga verde filamentosa) e bactérias aeróbias (gastam O 2 na respiração). </li></ul><ul><li>A preparação foi colocada num microscópio apetrechado com um prisma óptico no sistema de iluminação. </li></ul><ul><li>Inicialmente as bactérias estavam dispersas uniformemente na preparação. </li></ul>
  22. 22. Captação da energia luminosa <ul><li>As bactérias passaram a estar mais concentradas nas zonas onde incidiam as radiações de comprimento de onda correspondente ao azul-violeta e laranja-vermelho. </li></ul>Experiência de Engelmann
  23. 23. Captação da energia luminosa <ul><li>Conclusão: </li></ul><ul><li>As radiações mais eficazes para a fotossíntese são as radiações correspondentes às faixas azul -violeta e vermelho-laranja. </li></ul><ul><li>As bactérias deslocaram-se para as zonas onde há maior libertação de oxigénio. </li></ul><ul><li>Nestas zonas a intensidade fotossintética é maior. </li></ul>Experiência de Engelmann
  24. 24. Captação da energia luminosa <ul><li>Espectro de acção da fotossíntese </li></ul><ul><li>Eficiência fotossintética em função do comprimento de onda das radiações absorvidas </li></ul>
  25. 25. Captação da energia luminosa <ul><li>Os picos de absorção correspondem às radiações das zonas violeta-azul e vermelho-laranja. </li></ul><ul><li>É nas zonas de comprimento de onda correspondentes ao violeta-azul e vermelho-laranja que se verificam taxas mais elevadas de fotossíntese. </li></ul>
  26. 26. Captação da energia luminosa <ul><li>Nas plantas os pigmentos mais importantes na realização da fotossíntese são a clorofila a e a clorofila b , pigmentos verdes que absorvem radiações correspondentes às faixas violeta-azul e vermelho-laranja, reflectindo principalmente radiações correspondentes à faixa verde; por isso, são verdes. </li></ul><ul><li>As radiações correspondentes às faixas violeta-azul e vermelho-laranja são as mais eficazes na fotossíntese das plantas porque são as mais absorvidas. </li></ul>
  27. 27. Relação entre os materiais utilizados na fotossíntese e os produtos resultantes <ul><li>As bactérias sulfurosas são anaeróbias. </li></ul><ul><li>Na fotossíntese utilizam sulfureto de hidrogénio (H 2 S). </li></ul><ul><li>Na presença de CO 2 sintetizam compostos orgânicos e libertam enxofre. </li></ul>Experiência de Van Niel (1930) <ul><li>Comparou as equações gerais da fotossíntese em bactérias sulfurosas e em plantas: </li></ul>CO 2 + 2H 2 S  (CH 2 O) + 2S + H 2 O CO 2 + 2H 2 O  (CH 2 O) + O 2 + H 2 O O oxigénio libertado pelas plantas e algas na fotossíntese provem da água.
  28. 28. Relação entre os materiais utilizados na fotossíntese e os produtos resultantes Experiência de Rubem e Hamen (1940…) <ul><li>O oxigénio libertado na fotossíntese provem da água. </li></ul><ul><li>Confirma a experiência de Van Niel. </li></ul><ul><li>O oxigénio da água não é utilizado na síntese dos compostos orgânicos. </li></ul><ul><li>Colocaram uma suspensão de algas do género Chlorella em água marcada com o isótopo de oxigénio 18 O 2 e expuseram-nas à luz. </li></ul><ul><li>Recolheram o oxigénio que se libertava e verificaram que se tratava de 18 O 2 . </li></ul><ul><li>Este isótopo não aparecia nos compostos orgânicos sintetizados. </li></ul>
  29. 29. Relação entre os materiais utilizados na fotossíntese e os produtos resultantes Experiência de Gaffron (1951) <ul><li>Introduziram numa suspensão de algas, fortemente iluminada, CO 2 radioactivo ( 14 CO 2 ) . </li></ul><ul><li>Após 10 minutos à luz, colocaram a suspensão de algas na obscuridade. </li></ul><ul><li>Verificaram que o CO 2 continuava a ser incorporado durante 15 a 20 segundos. </li></ul><ul><li>Se a iluminação inicial não ocorrer ou se for reduzida a menos de 10 minutos cessa a fixação de CO 2 , após as algas serem transferidas para a obscuridade. </li></ul>
  30. 30. Relação entre os materiais utilizados na fotossíntese e os produtos resultantes Experiência de Gaffron (1951) <ul><li>A fixação de CO 2 decorre na obscuridade, desde que previamente a alga tenha estado à luz. </li></ul><ul><li>A energia luminosa não intervém directamente na fixação de CO 2 . </li></ul><ul><li>O CO 2 intervém na formação dos compostos orgânicos produzidos no decurso da fotossíntese. </li></ul>
  31. 31. Relação entre os materiais utilizados na fotossíntese e os produtos resultantes Experiência de Calvin (1950…) <ul><li>Colocaram uma suspensão de algas do género Chlorella num reservatório iluminado onde borbulhava ar enriquecido em CO 2 . </li></ul><ul><li>Daí as algas passavam para uma tubagem transparente por acção de uma bomba, até um banho de álcool em ebulição. </li></ul><ul><li>Injectaram CO 2 radioactivo ( 14 CO 2 ) em pontos variáveis da tubagem, de modo a fazer variar a exposição das algas ao carbono radioactivo. </li></ul>
  32. 32. Relação entre os materiais utilizados na fotossíntese e os produtos resultantes Experiência de Calvin (1950…) <ul><li>Extraíram e identificaram produtos formados em diferentes momentos. </li></ul><ul><li>Comparando os resultados, reconstituíram a ordem de aparecimento das diferentes substâncias orgânicas após a fixação de 14 CO 2 . </li></ul><ul><li>O CO 2 intervém na formação das moléculas orgânicas produzidas no decurso da fotossíntese. </li></ul><ul><li>No processo fotossintético o CO 2 é incorporado em sucessivas e diferentes moléculas orgânicas. </li></ul>
  33. 33. Mecanismo da Fotossíntese <ul><li>A fotossíntese compreende duas fases sucessivas: </li></ul><ul><li>Fase fotoquímica – as reacções dependem da luz. </li></ul><ul><li>Fase química - as reacções não dependem directamente da luz. </li></ul>
  34. 34. Mecanismo da Fotossíntese Reacção de redução – por ganho de iões hidrogénio e de electrões. Reacção de oxidação – por perda de iões hidrogénio e de electrões. Transportador de Hidrogénio – T T + 2H + + 2e TH 2 NADP + – Transportador de hidrogénio que intervém na fotossíntese. NADP + - transportador de hidrogénio na forma oxidada (T). NADPH - transportador de hidrogénio na forma reduzida (TH 2 ) .
  35. 35. Mecanismo da Fotossíntese <ul><li>Fase Fotoquímica - fase dependente directamente da luz </li></ul><ul><li>A energia luminosa absorvida pelos pigmentos fotossintéticos permite: </li></ul><ul><li>- Fotólise da água (oxidação) </li></ul><ul><li>H 2 O  2H + + 2e - + ½ O 2 </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>- Redução de transportadores de hidrogénios </li></ul><ul><li>NADP + + 2H + + 2e -  NADPH + H + </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>Estas reacções de oxidação-redução mobilizam energia que permite a fosforilação de ADP em ATP. </li></ul><ul><li>ADP + Pi + energia  ATP + H 2 O </li></ul>
  36. 36. Mecanismo da Fotossíntese NADP + + 2H + + 2e -  NADPH + H + H 2 O  2H + + 2e - + ½ O 2 ADP + Pi + energia  ATP + H 2 O <ul><li>Fase Fotoquímica </li></ul>Síntese de NADPH e ATP <ul><li>Fase Química </li></ul>NADPH + H +  NADP + + 2H + + 2e - ATP + H 2 O  ADP + Pi + energia Oxidação de NADPH  H + e e - Hidrólise de ATP  energia Necessários à incorporação de CO 2 em glicose
  37. 37. Mecanismo da Fotossíntese <ul><li>Fase Química (Ciclo de Calvin) - fase não dependente directamente da luz </li></ul><ul><li>Incorporação de CO 2 por moléculas de 5 carbonos (pentoses), formando-se moléculas de 3 carbonos (trioses). </li></ul><ul><li>A oxidação de transportadores de hidrogénio (NADPH) permite a redução de moléculas intermediárias do ciclo . </li></ul><ul><li>A hidrólise do ATP fornece energia para a síntese das moléculas orgânicas. </li></ul>
  38. 38. Mecanismo da Fotossíntese <ul><li>Fase Química (Ciclo de Calvin) - fase não dependente directamente da luz </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>Parte das trioses são utilizadas na regeneração de moléculas aceptoras de CO 2 (pentoses). </li></ul><ul><li>A partir das moléculas intermediárias do ciclo forma-se glicose (na fotossíntese) e outras moléculas orgânicas (noutras biossínteses), tais como aminoácidos e ácidos gordos. </li></ul>
  39. 39. Mecanismo da Fotossíntese
  40. 40. Quimiossíntese <ul><li>A quimiossíntese compreende duas fases sucessivas: </li></ul><ul><li>Fase das reacções de oxirredução. </li></ul><ul><li>Ciclo das Pentoses ou Ciclo do Carbono. </li></ul>
  41. 41. Quimiossíntese <ul><li>A oxidação de substratos minerais permite: </li></ul><ul><li>- Redução de transportadores de hidrogénios, </li></ul><ul><li>- Mobilização de energia que permite a fosforilação de ADP em ATP. </li></ul>Fase das reacções de oxirredução <ul><li>É usada a energia proveniente da oxidação de compostos minerais . </li></ul><ul><li>Os compostos minerais são os dadores primários de electrões. </li></ul>
  42. 42. Quimiossíntese <ul><li>Incorporação de CO 2 por moléculas orgânicas que intervêm nas reacções cíclicas. </li></ul><ul><li>A hidrólise do ATP fornece energia para a síntese das moléculas orgânicas. </li></ul><ul><li>A oxidação de transportadores de hidrogénio (NADPH) permite a redução de moléculas intermediárias do ciclo e consequentemente a síntese de glicose. </li></ul>Ciclo do Carbono ou Ciclo das pentoses
  43. 43. Quimiossíntese <ul><li>As fontes hidrotermais dos fundos oceânicos emitem águas ricas em sulfureto de enxofre. </li></ul><ul><li>Nestas zonas existem bactérias sulfurosas que utilizam a energia química resultante da oxidação do sulfureto de hidrogénio para incorporar o CO2 na síntese de compostos orgânicos. </li></ul><ul><li>Estas bactérias sulfurosas permitem a instalação de ecossistemas ricos e variados. </li></ul>
  44. 44. Fotossintese e Quimiossíntese <ul><li>Semelhanças </li></ul><ul><li>Síntese de compostos orgânicos a partir de compostos inorgânicos. </li></ul><ul><li>1ª etapa </li></ul><ul><li>- Redução de transportadores de hidrogénios . </li></ul><ul><li>Mobilização de energia que permite a síntese de ATP. </li></ul><ul><li>2ª etapa </li></ul><ul><li>Processo cíclico em que ocorre: </li></ul><ul><li>- fixação de CO2, </li></ul><ul><li>- oxidação dos transportadores e redução de moléculas intermediárias das reacções cíclicas, </li></ul><ul><li>- hidrólise do ATP, </li></ul><ul><li>- síntese de compostos orgânicos. </li></ul>
  45. 45. Fotossintese e Quimiossíntese <ul><li>Diferenças </li></ul><ul><li>Fonte de energia que desencadeia o processo : </li></ul><ul><li>Fotossíntese - energia luminosa absorvida pelos pigmentos fotossintéticos. </li></ul><ul><li>Quimiossíntese - energia química resultante da oxidação de substratos minerais . </li></ul><ul><li>Fonte de hidrogeniões e de electrões . </li></ul><ul><li>Fotossíntese - protões e electrões provêm da água. </li></ul><ul><li>Quimiossíntese - protões e electrões provêm da oxidação dos compostos minerais (não há intervenção de água). </li></ul>

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