Este documento descreve os processos de nutrição autotrófica e fotossíntese em plantas. Explica que as plantas utilizam a energia luminosa para produzir ATP e NADPH, que são usados para fixar CO2 e produzir açúcares orgânicos através do ciclo de Calvin. Detalha as estruturas envolvidas na fotossíntese como os cloroplastos e tilacóides, e os pigmentos fotossintéticos como a clorofila.

1. Margarida Barbosa Teixeira
OBTENÇÃO DE MATÉRIA PELOS
SERES AUTOTRÓFICOS

2. Nutrição autotrófica
2
 Os seres autotróficos utilizam uma fonte de energia externa
para produzirem compostos orgânicos a partir de substâncias
minerais.
Energia luminosa Energia química
Plantas, alguns protistas
(algas) e algumas bactérias
Algumas bactérias

3. ATP – fonte de energia nas células
3
 Na fotossíntese e na quimiossíntese, a produção de ATP é
fundamental para a produção de compostos orgânicos.
 As células não conseguem
utilizar diretamente a
energia luminosa nem a
energia química dos
compostos inorgânicos.
 A fonte de energia diretamente
utilizável pelas células é o
composto ATP – Adenosina
trifosfato.

4. 4
AMP + P  ADP
ADP + P  ATP
AMP - Adenosina monofosfato
ADP - Adenosina difosfato
ATP - Adenosina trifosfato
ATP – fonte de energia nas células

5. 5
 As moléculas de ATP são a forma mais comum de circulação de energia
numa célula, pois podem ser facilmente hidrolisadas.
ATP – fonte de energia nas células

6. 6
ATP – fonte de energia nas células

7. 7
 As moléculas de ATP são compostos intermediários que
transferem energia de um tipo de reacção para outro.
ATP – fonte de energia nas células

8. 8
 Processo utilizado pelos seres fotoautotróficos para a
produção de matéria orgânica, a partir de água, dióxido de
carbono e energia solar.
Fotossíntese

9. 9
Fotossíntese

10. 10
Fotossíntese

11. 11
Estruturas envolvidas na fotossíntese
 Nas plantas, as folhas são os
órgãos fotossintéticos mais
importantes.
 A fotossíntese ocorre nos
cloroplastos das folhas, onde
existe uma grande quantidade
de pigmentos fotossintéticos.

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
Extração e separação dos pigmentos
fotossintéticos
Das folhas de espinafre sujeitas à extração de pigmentos por
trituração com solvente orgânico e areia fina, foi obtido um extrato
de clorofila bruta.

16. 16
Cromatografia
 Técnica de separação dos constituintes de uma mistura atendendo a
propriedades como a solubilidade, tamanho e massa.
 Os pigmentos são separados em função da solubilidade das moléculas e da
aderência destes ao papel cromatográfico.
 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.
 Verte-se a clorofila bruta sobre a placa
de Petri onde é colocado, na vertical, o
papel de filtro dobrado em ângulo.
 Observa-se a ascensão do solvente
(acetona) e dos pigmentos
fotossintéticos.
Extração e separação dos pigmentos
fotossintéticos

17. 17
 As folhas possuem diferentes
tipos de pigmentos:
 Carotenos - laranja
 Xantófilas - amarela
 Clorofila a – verde intensa
 Clorofila b – verde-amarelada
Extração e separação dos pigmentos
fotossintéticos
 As clorofilas são responsáveis pela cor verde, característica de muitas
plantas, pois existem em maior número do que os carotenóides.
 No Outono, muitas folhas perdem a sua cor verde, devido a alterações das
clorofilas, apresentando os tons laranja e amarelo dos carotenóides.

18. 18
Captação da energia luminosa
 A energia radiante do sol é formada por radiações de diferentes
comprimentos de onda, constituindo o espectro solar.

19. 19
Captação da energia luminosa
 Os pigmentos existentes nas membranas dos tilacóides, no interior
dos cloroplastos, absorvem as radiações do espetro de luz visível.

20. 20
Captação da energia luminosa
 Espetro de absorção dos pigmentos fotossintéticos
Capacidade de absorção de uma radiação, por um pigmento, em função
do respetivo comprimento de onda.

21. 21
Captação da energia luminosa
Experiência de Engelmann (1883)
Quais os comprimentos de onda eficazes no
processo de fotossíntese?
 Engelmann fez uma preparação com espirogira
(alga verde filamentosa) e bactérias aeróbias
(gastam O2 na respiração).
 A preparação foi colocada num microscópio
apetrechado com um prisma óptico no sistema de
iluminação.
 Inicialmente as bactérias estavam dispersas
uniformemente na preparação.

22. 22
Captação da energia luminosa
 As bactérias passaram a estar mais concentradas nas zonas onde
incidiam as radiações de comprimento de onda correspondente
ao azul-violeta e laranja-vermelho.
Experiência de Engelmann

23. 23
Captação da energia luminosa
Conclusão:
As radiações mais eficazes para a fotossíntese são as radiações
correspondentes às faixas azul-violeta e vermelho-laranja.
 As bactérias deslocaram-se
para as zonas onde há maior
libertação de oxigénio.
 Nestas zonas a intensidade
fotossintética é maior.
Experiência de Engelmann

24. 24
Captação da energia luminosa
 Espetro de acção da fotossíntese
Eficiência fotossintética em função do comprimento de onda das
radiações absorvidas

25. 25
Captação da energia luminosa
 Os picos de absorção correspondem às radiações das zonas
violeta-azul e vermelho-laranja.
 É nas zonas de comprimento de onda correspondentes ao
violeta-azul e vermelho-laranja que se verificam taxas mais
elevadas de fotossíntese.

26. 26
Captação da energia luminosa
 As radiações correspondentes às faixas violeta-azul e
vermelho-laranja são as mais eficazes na fotossíntese das
plantas porque são as mais absorvidas.
 Nas plantas os pigmentos mais importantes na
realização da fotossíntese são:
 a clorofila a
 a clorofila b
pigmentos verdes que:
 absorvem radiações correspondentes às faixas
violeta-azul e vermelho-laranja,
 refletem radiações correspondentes à faixa
verde, por isso, são verdes.

27. 27
Relação entre os materiais utilizados na
fotossíntese e os produtos resultantes
 As bactérias sulfurosas são anaeróbias.
 Na fotossíntese utilizam sulfureto de hidrogénio (H2S).
 Na presença de CO2 sintetizam compostos orgânicos e libertam
enxofre.
Experiência de Van Niel (1930)
 Comparou as equações gerais da fotossíntese em bactérias
sulfurosas e em plantas:
CO2 + 2H2S  (CH2O) + 2S + H2O
CO2 + 2H2O  (CH2O) + O2 + H2O
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…)
 O oxigénio libertado na fotossíntese provem da água.
Confirma a experiência de Van Niel.
 O oxigénio da água não é utilizado na síntese dos compostos
orgânicos.
 Colocaram uma suspensão de algas do género
Chlorella em água marcada com o isótopo de
oxigénio 18
O2 e expuseram-nas à luz.
 Recolheram o oxigénio que se libertava e
verificaram que se tratava de 18
O2.
 Este isótopo não aparecia nos compostos
orgânicos sintetizados.

29. 29
Relação entre os materiais utilizados na
fotossíntese e os produtos resultantes
Experiência de Gaffron (1951)
 Introduziram numa suspensão de
algas, fortemente iluminada, CO2
radioativo (14
CO2) .
 Após 10 minutos à luz, colocaram a
suspensão de algas na obscuridade.
 Verificaram que o CO2 continuava a
ser incorporado nos compostos
orgânicos durante 15 a 20 segundos.
 Se a iluminação inicial não ocorrer ou
se for reduzida a menos de 10
minutos cessa a fixação de CO2, após
as algas serem transferidas para a
obscuridade.

30. 30
Relação entre os materiais utilizados na
fotossíntese e os produtos resultantes
Experiência de Gaffron (1951)
 A fixação de CO2 decorre na obscuridade, desde que previamente
a alga tenha estado à luz.
 A energia luminosa não intervém diretamente na fixação de CO2.
 O CO2 intervém na formação dos compostos orgânicos produzidos
no decurso da fotossíntese.

31. 31
Relação entre os materiais utilizados na
fotossíntese e os produtos resultantes
Experiência de Calvin (1950…)
 Colocaram uma suspensão de algas
do género Chlorella num
reservatório iluminado onde
borbulhava ar enriquecido em CO2.
 Daí as algas passavam para uma
tubagem transparente por ação de
uma bomba, até um banho de álcool
em ebulição.
 Injetaram CO2 radioativo (14
CO2) em
pontos variáveis da tubagem, de
modo a fazer variar a exposição das
algas ao carbono radioativo.

32. 32
Relação entre os materiais utilizados na
fotossíntese e os produtos resultantes
Experiência de Calvin (1950…)
 Extraíram e identificaram produtos
formados em diferentes momentos.
 Comparando os resultados,
reconstituíram a ordem de
aparecimento das diferentes
substâncias orgânicas após a
fixação de 14
CO2 .
 O CO2 intervém na formação das moléculas orgânicas produzidas
no decurso da fotossíntese.
 No processo fotossintético o CO2 é incorporado em sucessivas e
diferentes moléculas orgânicas.

33. 33
Mecanismo da Fotossíntese
A fotossíntese compreende duas fases sucessivas:
Fase fotoquímica – as reações dependem da luz.
Fase química - as reações não dependem diretamente da luz.

34. Reação de redução – por ganho de iões hidrogénio e de electrões.
Reação de oxidação – por perda de iões hidrogénio e de electrões.
Transportador de Hidrogénio – T
T + 2H+
+ 2e TH2
Forma Forma
oxidada reduzida
NADP+
– Transportador de hidrogénio que intervém na fotossíntese.
NADP+
- transportador de hidrogénio na forma oxidada (T).
NADPH - transportador de hidrogénio na forma reduzida (TH2).
34
Mecanismo da Fotossíntese

35. 35
Mecanismo da Fotossíntese
NADP+NADP+
(Dinucleótido de Adenina Nicotinamida Fosfato)
NADP+
+ 2e-
+ 2 H+
NADPH + H+
NADP+NADP+
(Dinucleótido de Adenina Nicotinamida Fosfato)
NADP+
+ 2e-
+ 2 H+
NADPH + H+
redução
oxidação
Forma
oxidada
Forma
reduzida

36. 36
Mecanismo da Fotossíntese
A energia luminosa absorvida pelos pigmentos
fotossintéticos permite:
- Fotólise da água (oxidação)
H2O → 2H+
+ 2e-
+ ½ O2
- Redução de transportadores de hidrogénios
NADP+
+ 2H+
+ 2e-
→NADPH + H+
Estas reacções de oxidação-redução mobilizam
energia que permite a fosforilação de ADP em
ATP.
ADP + Pi + energia → ATP + H2O
Fase Fotoquímica - fase dependente diretamente da luz

37. 37
Mecanismo da Fotossíntese
NADP+
+ 2H+
+ 2e-
→ NADPH + H+
H2O → 2H+
+ 2e-
+ ½ O2
ADP + Pi + energia → ATP + H2O
 Fase Fotoquímica
Síntese de NADPH e ATP
 Fase Química
NADPH + H+
→ NADP+
+ 2H+
+ 2e-
ATP + H2O →ADP + Pi + energia
Oxidação de NADPH  H+
e e-
Hidrólise de ATP  energia
Necessários à incorporação
de CO2 em glicose

38. 38
Mecanismo da Fotossíntese
Incorporação de CO2 por moléculas de 5
carbonos (pentoses), formando-se moléculas
de 3 carbonos (trioses).
A oxidação de transportadores de
hidrogénio (NADPH) permite a redução de
moléculas intermediárias do ciclo.
A hidrólise do ATP fornece energia para a
síntese das moléculas orgânicas.
Fase Química (Ciclo de Calvin) - fase não dependente
diretamente da luz

39. 39
Mecanismo da Fotossíntese
 Parte das trioses são utilizadas na
regeneração de moléculas acetoras de CO2
(pentoses).
 A partir das moléculas intermediárias do
ciclo forma-se glicose (na fotossíntese) e
outras moléculas orgânicas (noutras
biossínteses), tais como aminoácidos e
ácidos gordos.
Fase Química (Ciclo de Calvin) - fase não dependente
diretamente da luz

40. 40
Mecanismo da Fotossíntese

41. 41
Quimiossíntese
A quimiossíntese
compreende duas fases
sucessivas:
Fase das reações de
oxirredução.
Ciclo das Pentoses ou
Ciclo do Carbono.

42. 42
Quimiossíntese
A oxidação de substratos minerais permite:
- redução de transportadores de hidrogénios,
- mobilização de energia que permite a fosforilação de ADP em ATP.
Fase das reações de oxirredução
 É usada a energia
proveniente da
oxidação de compostos
minerais.
 Os compostos minerais
são os dadores
primários de electrões.

43. 43
Quimiossíntese
 Incorporação de CO2 por
moléculas orgânicas que
intervêm nas reações
cíclicas.
 A hidrólise do ATP fornece
energia para a síntese das
moléculas orgânicas.
 A oxidação de
transportadores de
hidrogénio (NADPH)
permite a redução de
moléculas intermediárias do
ciclo e consequentemente a
síntese de glicose.
Ciclo do Carbono ou Ciclo das pentoses

44. 44
Quimiossíntese
 As fontes hidrotermais dos fundos
oceânicos emitem águas ricas em sulfureto
de enxofre.
 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.
 Estas bactérias sulfurosas
permitem a instalação de
ecossistemas ricos e variados.

45. 45
Fotossíntese e Quimiossíntese
Semelhanças
Síntese de compostos orgânicos a partir de compostos inorgânicos.
1ª etapa
- Redução de transportadores de hidrogénios.
- Mobilização de energia que permite a síntese de ATP.
2ª etapa
Processo cíclico em que ocorre:
- fixação de CO2,
- oxidação dos transportadores e redução de moléculas intermediárias
das reacções cíclicas,
- hidrólise do ATP,
- síntese de compostos orgânicos.

46. 46
Fotossíntese e Quimiossíntese
Diferenças
Fonte de energia que desencadeia o processo:
Fotossíntese - energia luminosa absorvida pelos pigmentos
fotossintéticos.
Quimiossíntese - energia química resultante da oxidação de
substratos minerais .
Fonte de hidrogeniões e de electrões.
Fotossíntese - protões e electrões provêm da água.
Quimiossíntese - protões e electrões provêm da oxidação dos
compostos minerais (não há intervenção de água).