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Processo da Fotossíntese versus quimiossíntese
- 1. Biologia e Geologia– 10º ano Fotossíntese Quimiossíntese Obtenção de matéria pelos seres autotróficos:
- 2. Relembrando… Seres heterotróficos… Necessitam de obter matéria orgânica e não orgânica (água, minerais, vitaminas, lípidos, glícidos e proteínas) do meio ambiente, alimentando-se de outros organismos ou dos seus produtos. Seres autotróficos… Produzem matéria orgânica a partir de matéria mineral, utilizando uma fonte de energia externa.
- 3. E que fontede energia é essa??? Energia luminosa - FOTOSSÍNTESE Plantas, algas, algumas bactérias (ex. cianobactérias) Energia química – QUIMIOSSÍNTESE (na ausência de luz solar) Algumas bactérias (ex. bactérias nitrificantes) Seres autotróficos
- 4. Fotossíntese Processo em queseres vivos como as plantas, algas e alguns tipos de bactérias (fotossintéticos), convertem a energia luminosa em energia química (ATP), fixa o dióxido de carbono atmosférico em matéria orgânica, libertando ainda oxigénio para a atmosfera.
- 5. História da Ciência Experiências que permitem compreender melhor a fotossíntese -Na Grécia antigasabia-se que solos fertilizados permitiam o crescimento das plantas. -Acreditava-se que o desenvolvimento destas dependia apenas dos nutrientes que estas “comiam” a partir do solo Mas, no séc. XVII, Van Helmont realizou a seguinte experiência… Conclusão tirada?? O aumento do peso resultou da adição de água e não do solo Que variáveis não foram controladas?? Consumo e produção de gases atmosféricos.
- 6. História da Ciência Experiências que permitem compreender melhor a fotossíntese Mais tarde, noséc. XVIII, Joseph Priestley realizou a seguinte experiência… Ao fim e algum tempo a chama extingue-se Não havendo renovação de ar no interior da campânula, o ratinho morre ao fim de algum tempo Na presença de uma planta o ratinho sobrevive Conclusão – as plantas renovam o ar!
- 7. História da Ciência Experiências que permitem compreender melhor a fotossíntese Jan Ingenhousz, noséc. XVIII, identificou o gás libertado Conclusão – Os seres autotróficos libertam oxigénio! Mas de onde provêm esse oxigénio?? Da água (H2O) ou do dióxido de carbono atmosférico (CO2)??
- 8. História da Ciência Experiências que permitem compreender melhor a fotossíntese CO2 + 2H2SCH2O + H2O + 2S Van Niel, 1930 - Estudou bactérias sulfurosas - Produzem glicose - utilizam na fotossíntese H2S em vez de H2O -Na presença de Luz libertam S (enxofre) e produzem compostos orgânicos - Vivem em meios sem O2 Van Niel comparou a equação da quimiossíntese nas bactérias sulfurosas… … com a equação geral da fotossíntese nas plantas: CO2 + 2H2O CH2O + H2O + O2 Pela sua teoria, o O2 tem origem na H2O e não no CO2
- 9. História da Ciência Experiências que permitem compreender melhor a fotossíntese Calvin, 1941 - Algasverdes Chlorella - Colocadas em H2O, em que o O é radioactivo (18 O) - Iluminaram as algas - O O2 libertado da fotossíntese é 18 O2 - 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 dióxido de carbono!
- 10. História da Ciência Experiências que permitem compreender melhor a fotossíntese Calvin, 1941 - Algasverdes Chlorella - Colocadas em CO2, em que o C é radioactivo (14 C2) - O C da glicose é radioactivo. CONCLUSÃO: O carbono do CO2 é necessário para formar os compostos orgânicos - Então o Dióxido de Carbono é preciso para o quê???
- 11. Como se processaa fotossíntese? Actividade do manual, página 76 e 77 Experiências de Graffon, 1951 -A uma suspensão de algas, fortemente iluminada, foi fornecido dióxido de carbono radioactivo (14CO2). Após uma hora de iluminação, as algas foram colocadas na obscuridade, verificando-se que o CO2 continuava a ser absorvido durante 15 a 20 segundos. -Se a iluminação inicial não se fizer pelo menos durante uma hora, a incorporação de CO2 cessa assim que se transferem as algas para a obscuridade História da Ciência Experiências que permitem compreender melhor a fotossíntese Para que se inicie o processo fotossintético é necessário luz? Sim, embora o processo possa decorrer alguns segundos na sua ausência. A incorporação de CO2 depende directamente da acção da luz?? A captação de CO2 continua a realizar-se durante algum tempo na obscuridade, se tiver ocorrido iluminação prévia suficiente.
- 12. Clorofila – a(Verde-escuro); b (verde -amarelada); c; d Carotenóides – xantófilas (amarelas); carotenos (laranja) Os pigmentos fotossintéticos são moléculas capazes de absorver radiações luminosas, sendo essenciais para o processo fotossintético. Onde decorre a fotossíntese?
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- 14. Onde decorre a fotossíntese? Em seres eucariontesrealiza-se a nível dos CLOROPLASTOS. Os pigmentos fotossintéticos localizam-se na membrana que constitui os tilacóides (com enzimas e transportadores de electrões). O espaço membranar – tilacóides – ocorre a fase fotossintética dependente da luz. No estroma decorre a fase independente da luz Actividade prática – manual página 72
- 15. Pigmentos fotosintéticos Análise e interpretaçãoda actividade prática da página 72 Qual a função dos pigmentos fotossintéticos? Macerar as folhas num almofariz com acetona ou etanol Filtrar a solução de pigmentos fotossintéticos Verter o filtrado e colocar papel de filtro Cromatografia dos diferentes pigmentos fotossintéticos Tem a função de absorver luz visível utilizada no processo fotossintético. Mas dentro do espectro da luz visível, há diferentes comprimentos de onda aos quais os pigmentos respondem de forma diferente… Sucessivamente: clorofila a, clorofila b, xantófilas e carotenos
- 16. Espectro da luz visível Como captam ospigmentos fotossintéticos a energia luminosa? -A luz propaga-se através de partículas – Fotões -Quanto menor o comprimento de onda, maior a energia que transportam. -Quando um electrão absorve energia do fotão passa do estado fundamental ao estado excitado – nível de energia superior. -Quando o electrão regressa ao estado fundamental liberta essa energia – calor ou fluorescência. Reacções de oxidação - redução Perda de electrões Ganho de electrões
- 17. Experiência de Engelmann -Espirogira (alga filamentosa) -Observação microscópica - preparação atravessada pela luz com prisma óptico -Suspensão de bactérias aeróbias (precisam de oxigénio) no meio de montagem - Bactérias dispostas uniformemente no início. Actividade do manual, pág. 74
- 18. Experiência de Engelmann Qual a influênciado comprimento de onda das radiações na taxa da fotossíntese? Resultado: -Bactérias aglomeradas em volta do filamento em zonas que recebem radiação azul-violeta e vermelho-alaranjado. Conclusão: - Há mais bactérias onde há mais oxigénio. -Nos locais onde existe mais oxigénio, a taxa fotossintética é superior, já que o O2 é um produto da fotossíntese. - Radiações azul e vermelho são as mais eficazes para a fotossíntese.
- 19. Experiência de Engelmann Qual a relaçãoentre a cor das folhas e o espectro de absorção da radiação solar pelos pigmentos fotossintéticos? As folhas são verdes já que esta radiação não é absorvida, mas sim reflectida. (Se colocarmos uma planta num local iluminado somente com luz verde, ela morre) Capacidade de absorção de uma radiação por um pigmento em função do respectivo comprimento de onda. Eficiência fotossintética em função do comprimento de onda das radiações absorvidas. Espectro de absorção Espectro da acção da fotossíntese
- 20. Fotossíntese Resumo simplificado A fotossíntese ocorre emduas fases: uma dependente da luz (Fase Fotoquímica) e outra independente da luz (Fase química ou Ciclo de Calvin) LUZ H2O 02 CO2 GLICOSE NADPH ATP
- 21. Fase dependente daluz/fotoquímica (membrana dos tilacóides): -Transformação de energia luminosa em química; - Decomposição da molécula de água (liberta-se oxigénio); -Produção de ATP e NADPH necessários para a realização da fase independente da luz. Fase independente da luz/química/obscura (estroma): - Utiliza o ATP e NADPH produzidos na fase fotoquímica; -Utiliza o dióxido de carbono atmosférico para produzir glicose (matéria orgânica). NADP – Nicotinamida adenina dinucleótido fosfato – coenzima que actua como transportador de átomos de hidrogénio e electrões em reacções de oxidação/redução. Fotossíntese Resumo simplificado
- 22. Fotossíntese Síntese e hidrólise do ATP ADP + P+ Energia ATP + H2O ATP + H2O ADP + P + Energia ADP + P ATP Reacção exoenergética Hidrólise Reacção endoenergética Fosforilação de ATP Síntese Desfosforilação de ATP As moléculas de ATP funcionam como “euros energéticos”, utilizados pelas células para “pagar as despesas” provocadas pelos processos anabólicos.
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- 24. Fotossíntese Fase fotoquímica (tilacóides) -A luz écaptada, absorvida pela clorofila e armazenada em moléculas de ATP (possível reserva energética). - O objectivo desta fase é criar um campo eléctrico em torno das moléculas de água. -Nesta mesma etapa, dá-se a fotólise da água (desdobramento das moléculas da água em iões de oxigénio e hidrogénio, devido à radiação). O hidrogénio formado (ião H+) é inserido na molécula NADH + que servirá no próximo processo para oxirredução.
- 25. Fotossíntese Fase fotoquímica (tilacóides) A - Fotóliseda água: a molécula de água é decomposta por acção da luz. Resultam 2 electrões, oxigénio e dois hidrogeniões. B - Oxidação da clorofila a: estas moléculas captam a luz o que provoca a sua excitação. Cada uma destas moléculas perde 2 electrões, ficando oxidada. Principais etapas:
- 26. Principais etapas: C -Fluxo de electrões: ao nível da membrana existem transportadores de electrões – cadeias transportadoras – onde se verifica uma diminuição do nível energético. Os electrões provenientes da clorofila a vão transferindo energia que vai sendo utilizada para produzir ATP – fotofosforilação (a energia provém da luz). ADP + P + Energia ATP + H2O D – Redução do NADP+ -os hidrogeniões provenientes da fotólise, juntamente com os electrões que percorreram as cadeias transportadoras – fluxo de electrões – são utilizados nesta redução. Fotossíntese Fase fotoquímica (tilacóides)
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- 29. Fluxo cíclico deelectrões -Apenas ocorrem nas clorofilas do fotossistema I - Os electrões são transferidos para o aceitador primário, mas não são transportados até ao NADP+. Regressam às clorofilas do fotossistema I - Aqui só há síntese de ATP e não de NADPH. Fotossíntese Fase fotoquímica Fluxo cíclico e acíclico de electrões
- 31. FASE QUÍMICA (CICLODE CALVIN)
- 32. Conjunto de reacçõesda fotossíntese que não estão directamente dependentes da luz. Durante esta fase ocorre fixação do dióxido de carbono, ou seja, ocorre síntese de moléculas orgânicas (glícidos, prótidos, lípidos) em que este é incorporado utilizando a energia química armazenada na fase fotoquímica. Ciclo de Calvin ou do carbono -Regeneração de uma pentose (ribulose difosfato – RudP) a partir de uma triose (ácido fosfoglicérico – PGAL) que é o responsável pela formação da glicose; -São consumidos o dióxido de carbono atmosférico, o ATP e o NADPH formados regulado por enzimas; Fotossíntese Fase química (Ciclo de Calvin) (Estroma)
- 33. 6 Moléculas deCO2 Composto intermédio (INSTÁVEL) 6 C 12 PGA 3C 12 PGAL 3C 2 PGAL 3C 1 GLICOSE 6C 10 PGAL 3C 6 RuP 5C 6 RudP 5C 12 ATP 12 ADP + 12 P 12 NADPH 12 NADP+ 6 ATP 6 ADP + 6 P CICLO DE CALVIN
- 35. 1.Quantas fases sepodem distinguir no ciclo de Calvin? 3 2.Qual a molécula que se combina, inicialmente, com o dióxido de carbono? A RuDP (Ribulose difosfato 3. De onde vem o cabono presente na molécula de glicose? CO2 4. Em que fases do ciclo é utilizado o ATP e o NADPH proveniente da fase dependente da luz? Ciclo de Calvin 5. Quantas moléculas de PGAL (aldeído fosfoglicérico) são utilizadas para sintetizar compostos orgânicos (ex: glicose) e para regenerar a ribulose difosfato? 2 PGAL para formar gicose 10 PGAL para regenerar a RuDP Exercício de aplicação:
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- 38. Dia e Noite Afase química da fotossíntese (ou ciclo de Calvin) não depende diretamente da luz solar, mas sim dos produtos gerados na fase fotoquímica. Fase fotoquímica: precisa de luz → ocorre apenas de dia. Produz ATP e NADPH, que fornecem energia e poder redutor. Fase química: usa ATP e NADPH para fixar CO₂e produzir glicose. • Não necessita de luz diretamente. • Mas na prática só ocorre de dia, porque depende do ATP e NADPH que só são produzidos durante a fase fotoquímica. Resumindo • Teoricamente: pode ocorrer no escuro, pois não exige luz diretamente. • Na Natureza: acontece principalmente durante o dia, pois necessita dos produtos da fase fotoquímica. • Ambas as fases estão interligadas e, na prática, acontecem de dia.
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- 40. Quimiossíntese Processo autotrófico emque certos microorganismos (bactérias quimiossintéticas) produzem matéria orgânica sem usar luz solar. A energia necessária para esse processo vem da oxidação de compostos minerais, como o amoníaco (NH3) ou o sulfureto de hidrogénio (H2S) Quem realiza? - Bactérias nitrificantes, sulfúricas, ferrosas e hidrogenotróficas Os compostos minerais não servem como fonte de carbono, mas sim como fonte de energia.
- 41. Processo de formaçãode matéria orgânica a partir utilizando oxidação de substâncias inorgânicas, a energia que se liberta na de vários tipos de substratos Inorgânicos. Organismos quimiautotróficos Ex: bactérias nitrificantes, oxidantes de enxofre e de ferro. A – Oxidação do substrato inorgânico Da oxidação do substrato resulta a formação de um fluxo de hidrogeniões e electrões, onde há transferências de energia que vão ser utilizadas na síntese de ATP. No final, este vão reduzir o NADP+, formando-se NADPH. B – Redução do dióxido de carbono Processo equivalente ao ciclo de Calvin na fotossíntese. Um composto aceptor, fixa o dióxido de carbono que é reduzido e fosforilado, formando-se compostos orgânicos.
- 43. 1- Indique afunção dos compostos minerais que sofrem oxidação. Os compostos minerais Amónia NH3, Nitritos NO2-; Enxofre S; sulfureto de hidrogénio H2S, ferro ferroso Fe2+ são substâncias energéticos. Ao serem oxidados, libertam energia química. Essa energia é utilizada para: -produzir ATP e formar NADPH (poder redutor) O ATP e o NADPH são usados para reduzir o CO2, transformando-o em glicose e outras moléculas 2– Que produtos se formam a partir das reações de oxidação? ATP, NADPH+H+ e substrato oxidado. 3– Qual o destino do ATP e do NADPH formados a partir de reações de oxidação? NADPH+H+ fornece hidrogénios associados a eletrões que intervêm na formação de compostos orgânicos após a fixação de CO2; o ATP fornece a energia necessária para a formação desses compostos orgânicos. 4– Indique as semelhanças e diferenças entre fotossíntese e quimiossíntese. Exercício de aplicação:
- 44. Indique as semelhançase diferenças entre fotossíntese e quimiossíntese. Semelhanças: - em ambas há duas fases: a primeira, na qual se formam compostos de alto poder redutor NADPH+H e em que a mobilização de energia que ocorre permite a formação de moléculas de ATP; a segunda, um processo cíclico em que participa o CO2 absorvido e as moléculas de ATP e NADPH+H formada na 1ª fase. Neste processo resultam compostos orgânicos. Diferenças: - na fotossíntese, é a energia luminosa absorvida pelos pigmentos fotossintéticos que desencadeia o processo e na quimiossíntese é a energia que resulta da oxidação de compostos orgânicos(energia química que se transforma em energia química- slides seguintes)