Obtenção de matéria pelos seres autotróficos

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1 Obtenção de matéria pelos seres autotróficos - Fotossíntese: seres fotoautotróficos (plantas, algas e algumas bactérias, por ex. cianobactérias) - Quimiossíntese: seres quimioautotróficos (algumas bactérias)

2 Fotossíntese Os seres fotoautotróficos utilizam a energia luminosa para produzir compostos orgânicos, a partir de dióxido de carbono e água (convertem a energia luminosa em energia química).

3 A aquisição de matéria orgânica e de energia pelos maioria dos seres vivos está directa ou indirectamente dependente da fotossíntese.

4 Adenina Fosfato Ribose ADENOSINA Adenosina monofosfato (AMP) Adenosina difosfato (ADP) Adenosina trifosfato (ATP)

5 ATP molécula responsável pelo armazenamento de energia química directamente utilizável pelas células. Estrutura e hidrólise de ATP As moléculas de ATP podem ser facilmente hidrolisadas, formando ADP e libertando energia. Hidrólise do ATP é uma reacção exoenergética. (Reacção exoenergética: reacção química em que a quantidade de energia fornecida é inferior à libertada)

6 Fosforilação do ADP é uma reacção endoenergética. (Reacção endoenergética: reacção química em que a quantidade de energia fornecida é superior à libertada) Endoenergética Exoenergética

7 Fotossíntese Todos os tecidos verdes têm clorofila (pigmento verde). Nas plantas as folhas são os órgãos fotossintéticos por excelência.

8 Equação global da fotossíntese

9 Fotossíntese estruturas envolvidas Parede celular Célula vegetal Núcleo Folha Cloroplasto Vacúolo Membrana externa Tilacóide Esquema da molécula de clorofila Fotossistema DNA Granum Cloroplasto Estroma Granum Membrana do tilacóide

10 Cloroplasto A fotossíntese ocorre no cloroplasto. A clorofila existe nas membranas dos tilacóides.

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12 Pigmentos fotossintéticos Resultados da cromatografia: Banda alaranjada carotenos Banda amarela Xantofilas Banda verde-escuro - clorofila a Banda verde-amarelado - clorofila b Interpretação: O solvente (álcool) sobe no papel de filtro por capilaridade, transportando os pigmentos, os quais ficam depositados por ordem crescente do seu grau de solubilidade. Os pigmentos fotossintéticos são, assim, de natureza lipídica. A diferente largura das bandas está relacionada com a diferente quantidade destes pigmentos nos cloroplastos; a planta em estudo possui uma maior quantidade de clorofilas do que carotenóides (carotenos e xantofilas) e daí a sua cor verde. a b b

13 As clorofilas mascaram a cor dos outros pigmentos fotossintéticos, que existem em menor quantidade. Os pigmentos absorvem radiações luminosas necessárias para que a fotossíntese se inicie.

14 A energia solar é constituída por um conjunto de radiações invisíveis e visíveis (luz branca), sendo estas últimas as utilizadas na fotossíntese. As radiações visíveis têm um carácter ondulatório e estão associadas a partículas de energia - os fotões. As radiações distinguem-se pelo seu comprimento de onda. Quanto maior o comprimento de onda menor é a sua energia. Espectro electromagnético

15 Como interage a luz com os cloroplastos? Espectro de absorção dos pigmentos fotossintéticos Cada tipo de pigmento fotossintético absorve determinados comprimentos de onda da luz visível.

16 Experiência de Engelmann Radiações azul-violeta e vermelho-laranja são as mais eficazes para a fotossíntese

17 As taxas mais elevadas de fotossíntese ocorrem nas zonas correspondentes às radiações azul-violeta e laranja-vermelho e é também nessas zonas que se verificam valores de absorção de radiações mais elevados. Se colocarmos plantas num quarto iluminado somente com luz verde, elas morrem.

18 Experiências que permitiram compreender melhor a fotossíntese Van Niel 1930 Comparando: CO2 Estudou + 2 H2S bactérias CH2O sulfurosas + H2O + 2 S Produzem glicose (Bactérias sulfurosas) Utilizam na fotossíntese H 2 S e não H 2 O Precisam de luz CO2 Libertam + 2 H2O S (enxofre) CH2O + H2O + O2 Vivem em meios (Plantas) sem O 2 Qual será então a origem do O2 libertado pelas plantas? Tem origem na água e não no CO2. Como comprovar experimentalmente?

19 Experiências que permitiram compreender melhor a fotossíntese 1940 Rubem e Hamen Algas verdes Chlorella Colocadas em H2O, em que O é radioactivo ( 18 O) Iluminaram-se 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 CO2. Propõe uma experiência para refutar a hipótese do O2 ter origem na H2O.

20 Experiências que permitiram compreender melhor a fotossíntese Rubem e Hamen Algas verdes Chlorella Colocadas em CO2, em que C é radioactivo ( 14 C2) O C da glicose é radioactivo CONCLUSÃO: O carbono do CO2 é necessário para formar os compostos orgânicos

21 Experiências que permitiram compreender melhor a fotossíntese 1951 Gaffron RESULTADO: Algas iluminadas O CO2 continua a ser absorvido Meio com CO2 radioactivo ( 14 CO2) Iluminação seguida de obscuridade CONCLUSÃO: O que acontece à incorporação de CO2 pelas algas? Na fotossíntese há reacções que não dependem directamente da luz

22 Experiências que permitiram compreender melhor a fotossíntese Década de 50: Experiências de Calvin Algas Identificou os compostos com o C radioactivo, após: 1 segundo 6 segundos 16 segundos 26 segundos Descobrindo assim o primeiro composto que incorpora o C proveniente do CO2; o segundo; o terceiro; o quarto: Descobriu as Reacções químicas do Ciclo de Calvin.

23 Organização dos pigmentos fotossintéticos nos tilacóides Como captam os pigmentos fotossintéticos a energia luminosa?

24 Reacções fotoquímicas (transformação de energia luminosa em energia química). Reacções de oxirredução Recebe e = fica reduzido Perde e = fica oxidado

25 Absorção da luz pela clorofila Ao absorver um fotão, um electrão da molécula de clorofila adquire a sua energia passando do seu estado fundamental ao estado excitado, ou seja passa para um nível de energia superior. Clorofila oxidada Aceitador reduzido O electrão pode ser transmitido para uma outra molécula aceitadora de electrões, que fica reduzida. A clorofila fica oxidada. - Reacções de oxidação-redução.

26 Fases da fotossíntese Fase fotoquímica Fase química

27 Fases da fotossíntese Fase fotoquímica Excitação da clorofila Reacções de oxidação-redução Redução do NADP + Fotofosforilação do ADP Fotólise da água

28 Fotossíntese - etapas Luz H 2 O CO 2 C L O R O P L A S T O Etapa I FOTOQUÍMICA Tilacóide ADP ATP NADPH 2 NADP Etapa II QUÍMICA E S T R O M A O 2 H 2 O C 6H 12 O 6 Glicose

29 Fase Química - Ciclo de Calvin Combinação do CO2 com um composto com 5C- Ribulose difosfato Hidrólise de ATP Para formar uma molécula de glicose ocorrem 6 ciclos Hidrólise de ATP Ocorre diversas sínteses (aminoácidos, ácidos gordos, glicerol, glicose), entre as quais se destaca a síntese de glicose. Oxidação do NADPH

30 Estroma: Fase Química - Ciclo de Calvin Biossíntese de outras moléculas

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32 Quimiossíntese