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Fotossíntese e quimiossíntese
 

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    Fotossíntese e quimiossíntese Fotossíntese e quimiossíntese Presentation Transcript

    • Margarida Barbosa Teixeira OBTENÇÃO DE MATÉRIA PELOS SERES AUTOTRÓFICOS
    • Nutrição autotrófica
      • 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
    • ATP – fonte de energia nas células
      • Na fotossíntese e na quimiossíntese, a produção de ATP é fundamental para a produção de compostos orgânicos.
      • As células não conseguem utilizar directamente a energia luminosa nem a energia química dos compostos inorgânicos.
      • A fonte de energia directamente utilizável pelas células é o composto ATP – Adenosina trifosfato.
    • ATP – fonte de energia nas células AMP + P  ADP ADP + P  ATP AMP - Adenosina monofosfato ADP - Adenosina difosfato ATP - Adenosina trifosfato
    • ATP – fonte de energia nas células
      • 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
    • ATP – fonte de energia nas células
      • As moléculas de ATP são compostos intermediários que transferem energia de um tipo de reacção para outro.
    • Fotossíntese
      • Processo utilizado pelos seres fotoautotróficos para a produção de matéria orgânica, a partir de água, dióxido de carbono e energia solar.
    • Fotossíntese
    • Fotossíntese
    • 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.
    • Estruturas envolvidas na fotossíntese
    • Estruturas envolvidas na fotossíntese Corte transversal de uma folha
    • Estruturas envolvidas na fotossíntese Ultra estrutura do cloroplasto É na membrana dos tilacóides que se localizam os pigmentos fotossintéticos
    • Extracção e separação dos pigmentos fotossintéticos
      • Das folhas de espinafre sujeitas à extracção de pigmentos por trituração com solvente orgânico e areia fina, foi obtido um extracto de clorofila bruta.
      • 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.
      Extracção e separação dos pigmentos fotossintéticos
      • As folhas possuem diferentes tipos de pigmentos:
      • Carotenos - laranja
      • Xantófilas - amarela
      • Clorofila a – verde intensa
      • Clorofila b – verde-amarelada
      Extracção 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.
    • Captação da energia luminosa
      • A energia radiante do sol é formada por radiações de diferentes comprimentos de onda, constituindo o espectro solar.
    • Captação da energia luminosa
      • Os pigmentos existentes nas membranas dos tilacóides, no interior dos cloroplastos, absorvem as radiações do espectro de luz visível.
    • Captação da energia luminosa
      • Espectro de absorção dos pigmentos fotossintéticos
      • Capacidade de absorção de uma radiação, por um pigmento, em função do respectivo comprimento de onda.
    • 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 O 2 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.
    • 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
    • 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
    • Captação da energia luminosa
      • Espectro de acção da fotossíntese
      • Eficiência fotossintética em função do comprimento de onda das radiações absorvidas
    • 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.
    • Captação da energia luminosa
      • 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.
      • As radiações correspondentes às faixas violeta-azul e vermelho-laranja são as mais eficazes na fotossíntese das plantas porque são as mais absorvidas.
    • Relação entre os materiais utilizados na fotossíntese e os produtos resultantes
      • As bactérias sulfurosas são anaeróbias.
      • Na fotossíntese utilizam sulfureto de hidrogénio (H 2 S).
      • Na presença de CO 2 sintetizam compostos orgânicos e libertam enxofre.
      Experiência de Van Niel (1930)
      • Comparou as equações gerais da fotossíntese em bactérias sulfurosas e em plantas:
      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.
    • 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 O 2 e expuseram-nas à luz.
      • Recolheram o oxigénio que se libertava e verificaram que se tratava de 18 O 2 .
      • Este isótopo não aparecia nos compostos orgânicos sintetizados.
    • Relação entre os materiais utilizados na fotossíntese e os produtos resultantes Experiência de Gaffron (1951)
      • Introduziram numa suspensão de algas, fortemente iluminada, CO 2 radioactivo ( 14 CO 2 ) .
      • Após 10 minutos à luz, colocaram a suspensão de algas na obscuridade.
      • Verificaram que o CO 2 continuava a ser incorporado durante 15 a 20 segundos.
      • 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.
    • Relação entre os materiais utilizados na fotossíntese e os produtos resultantes Experiência de Gaffron (1951)
      • A fixação de CO 2 decorre na obscuridade, desde que previamente a alga tenha estado à luz.
      • A energia luminosa não intervém directamente na fixação de CO 2 .
      • O CO 2 intervém na formação dos compostos orgânicos produzidos no decurso da fotossíntese.
    • 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 CO 2 .
      • Daí as algas passavam para uma tubagem transparente por acção de uma bomba, até um banho de álcool em ebulição.
      • Injectaram CO 2 radioactivo ( 14 CO 2 ) em pontos variáveis da tubagem, de modo a fazer variar a exposição das algas ao carbono radioactivo.
    • 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 CO 2 .
      • O CO 2 intervém na formação das moléculas orgânicas produzidas no decurso da fotossíntese.
      • No processo fotossintético o CO 2 é incorporado em sucessivas e diferentes moléculas orgânicas.
    • Mecanismo da Fotossíntese
      • A fotossíntese compreende duas fases sucessivas:
      • Fase fotoquímica – as reacções dependem da luz.
      • Fase química - as reacções não dependem directamente da luz.
    • 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 ) .
    • Mecanismo da Fotossíntese
      • Fase Fotoquímica - fase dependente directamente da luz
      • A energia luminosa absorvida pelos pigmentos fotossintéticos permite:
      • - Fotólise da água (oxidação)
      • H 2 O  2H + + 2e - + ½ O 2
      •  
      • - 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 + H 2 O
    • Mecanismo da Fotossíntese NADP + + 2H + + 2e -  NADPH + H + H 2 O  2H + + 2e - + ½ O 2 ADP + Pi + energia  ATP + H 2 O
      • Fase Fotoquímica
      Síntese de NADPH e ATP
      • Fase Química
      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
    • Mecanismo da Fotossíntese
      • Fase Química (Ciclo de Calvin) - fase não dependente directamente da luz
      • Incorporação de CO 2 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.
    • Mecanismo da Fotossíntese
      • Fase Química (Ciclo de Calvin) - fase não dependente directamente da luz
      •  
      • Parte das trioses são utilizadas na regeneração de moléculas aceptoras de CO 2 (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.
    • Mecanismo da Fotossíntese
    • Quimiossíntese
      • A quimiossíntese compreende duas fases sucessivas:
      • Fase das reacções de oxirredução.
      • Ciclo das Pentoses ou Ciclo do Carbono.
    • 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 reacções de oxirredução
      • É usada a energia proveniente da oxidação de compostos minerais .
      • Os compostos minerais são os dadores primários de electrões.
    • Quimiossíntese
      • Incorporação de CO 2 por moléculas orgânicas que intervêm nas reacções 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
    • 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.
    • Fotossintese 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.
    • Fotossintese 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).