Escola Secundária Emídio Garcia
Biologia e Geologia Ano I
Obtenção de matéria pelos seres autotróficos
FOTOSSÍNTESE e QUIMIOSSINTESE
AUTOTROFIA
•
Os seres autotróficos são seres capazes de produzir compostos
orgânicos a partir de substâncias minerais, utilizando uma fonte
externa.
•
Existem dois tipos de seres autotróficos:
• os fotoautotróficos ou fotossintéticos (cianobactérias, algas e
plantas) que utilizam a energia luminosa como fonte de energia;
• e os quimioautotróficos (bactérias ferrosas, sulfurosas e
nitrificantes) , que utilizam como fonte de energia a energia
resultante da oxidação de determinados compostos químicos
como o H2S, CO2 e NO3.
Cianobactérias
FOTOSSÍNTESE
A FOTOSSÍNTESE é o processo
autotrófico mais conhecido e
também o principal meio de
obtenção de matéria pelos seres
autotróficos, sendo utilizado por
cianobactérias, algas e plantas
(seres fotoautotróficos).
A partir de energia luminosa,
dióxido de carbono e água, estes
seres
produzem
compostos
orgânicos a partir de compostos
inorgânicos existentes no solo.
Nas células fotossintéticas de algas
e plantas a fotossíntese processase em organelos especializados
denominados de Cloroplastos.
Nas cianobactérias ocorre em
membranas fotossintéticas.
O Cloroplasto é um organito celular constituído por uma membrana externa, e uma
membrana interna. A membrana externa é lisa, enquanto a interna é composta por várias
dobras voltadas para o interior do cloroplasto, formando os tilacóides. estes encontram-se
empilhados formando um granum (plural: grana). O espaço externo aos tilacóides no interior
do cloroplasto é o estroma. Os seres fotossintéticos são capazes de sintetizar pigmentos
fotossintéticos (clorofilas ou carotenóides) que captam a energia luminosa. Os pigmento
fotossintéticos (clorofilas e carotenóides), localizados na membrana interna dos
cloroplastos (tilacoídes), são capazes de absorver luz dentro de determinados
comprimentos e onda. (Experiências de Engelman – VER MANUAL).
Processo Fotossintético
A fotossíntese é um
processo complexo de reacções
químicas, que compreende duas
fases sucessivas, estritamente
ligadas:
1.
Fase Fotoquímica, cujas
reacções
dependem
directamente da luz;
2. Fase
Química,
cujas
reacções não dependente
directamente da luz.
Fase Fotoquímica
Fase Química
(ocorre nos tilacóides)
(ocorre no estroma)
O processo fotossintético depende directa ou indirectamente
da energia luminosa, captada por pigmentos fotossintéticos (clorofilas, e
carotenoídes) que se encontram na membrana interna (tilacóides) dos
cloroplastos.
Fotossistema
Actualmente admite-se que as clorofilas estão organizadas em
unidades designadas fotossistemas (identificados por PS no esquema). Os
cloroplastos possuem milhares de fotossistemas nas membranas do
tilacoídes.
1. Fase dependente da luz – fase FOTOQUÍMICA
Nesta fase, também designada por
fase dependente da luz, a energia
luminosa, captada pelos pigmentos
fotossintéticos, é convertida em
energia química, que vai ser
utilizada na fase química.
Nesta etapa ocorrem:
Fotólise da água - Desdobramento da
molécula de água em hidrogénio e oxigénio na
presença da luz: O oxigénio é libertado e os
hidrogénios cedem os seus electrões, que vão
ser captados pela clorofila a quando oxidada.
Por esta razão, a água é considerada o dador
primário de electrões.
luz
Redução do NAD+ a NADPH
PS
PS
Oxidação da clorofila
cadeia transportadora de electrões.
Fotólise da água
H20 ---------> 2H+ + 2e- + ½ O2
Oxidação da clorofila a e redução
do NADP+ - A clorofila a, quando excitada
pela luz, perde electrões, ficando oxidada.
Esses electrões vão ser transferidos ao longo
de uma cadeia de moléculas transportadoras
de electrões até serem captados pelo NADP+,
que fica reduzido a NADPH. Para a redução do
NADP+ a NADPH contribuem também os
protões (2 H+) provenientes da fotólise da
água.
Redução de NADP+ a NADPH
NADP+ + 2e- + 2H+ --------> NADPH + H+
Fotofosforilação - Ao longo da cadeia
transportadora de electrões ocorrem reacções
de oxidação-redução com libertação de
energia. Esta energia é utilizada na
fosforilação do ADP em ATP num processo
denominado fotofosforilação. Pode-se dizer que
ocorre transformação de energia luminosa em
energia química.
Redução do NAD+ a NADPH
cadeia transportadora de electrões.
PS
Oxidação da clorofila
PS
cadeia transportadora de electrões.
Fotólise da água
Fosforilação de ATP
As moléculas de NADPH e
ATP formadas nesta fase são
fundamentais para a formação
de
compostos
orgânicos
durante a fase química da
fotossíntese.
O NADP+
é uma molécula
aceptora e
transportadora de protões e electrões. As
moléculas de NADPH Apresentam grande
poder redutor.
Redução do NAD+ a NADPH
PS
PS
Oxidação da clorofila
cadeia transportadora de electrões.
cadeia transportadora de electrões.
PS
PS
Fotólise da água
Fosforilação do ADP a ATP
2. Fase não dependente da luz – fase QUÍMICA
•A
fase química realiza-se no
estroma e dela resulta a produção de
glicose (compostos orgânicos). Esta
fase é constituída pelo Ciclo de
Calvin ou Ciclo do Carbono.
• No decorrer do ciclo de Calvin ocorre a
fixação de CO2 atmosférico e a
utilização da energia química contida
no ATP e poder redutor do NADPH para
formar compostos orgânicos.
• A fase química não se realiza na
ausência de luz, pois embora ela não
dependa directamente da presença da luz
depende indirectamente, através da
necessidade de ATP e NADPH produzidos
na fase fotoquímica e, por isso mesmo, só
produzidos na presença de luz.
Ciclo
de
Calvin
Ciclo de Clavin
•
O Ciclo de Calvin compreende 3 fases:
1.
2.
3.
Fixação do CO2 atmosférico
Produção de compostos orgânicos
Regeneração da ribulose difosfato (RuDP)
Fixação de CO2
Regeneração
da RuDP
Síntese de
compostos
orgânicos
O Ciclo de Calvin inicia-se com a
fixação do dióxido de carbono - O CO2
combina-se com uma pentose (ribulose
difosfato - RuDP), formando um
composto intermédio de seis átomos de
carbono, que por ser muito instável,
origina quase imediatamente, duas
moléculas de três átomos de carbono
cada uma - ácido fosfoglicérico (PGA).
As moléculas de PGA são
seguidamente fosforiladas pelo ATP e
reduzidas pelo NADPH, formado na fase
fotoquímica, originando um composto de
três átomos de carbono, o aldeído
fosfoglicérido (PGAL). A maior parte
das moléculas de aldeído fosfoglicérido é
utilizada na regeneração da ribulose
difosfato (por cada 12 moléculas de
aldeído fosfoglicérido 10 são utilizadas na
regeneração da ribulose). As moléculas
de aldeído fosfoglicérido que não
intervêm na regeneração da ribulose são
utilizadas na síntese de compostos
orgânicos, como a glicose.
Para se formar uma molécula de glicose, é
necessário que o Ciclo de Calvin se realize seis vezes,
gastando-se:
- 6 moléculas de CO2
- 18 moléculas de ATP (3 por cada ciclo)
- 12 moléculas de NADPH (2 por ciclo)
Para além da glicose,
durante o ciclo de Calvin
podem-se formar outros
compostos orgânicos:
Atendendo aos compostos que intervêm na fase fotoquímica e
na fase química (ciclo de Calvin, pode-se representar o processo
fotossintético, de um modo global, pela equação:
TPC: ACTIVIDADE PÁGINA 97 E 103 (EXERCICIOS 1, 2 E 3)
A QUIMIOSSÍNTESE
Quimiossintese
Além da fotossíntese existe um outro
processo
de
autotrofia,
a
quimiossíntese (processo de autotrofia
alternativo à fotossíntese), através do qual
certos
seres
vivos
(seres
quimioautotróficos)
conseguem
reduzir o CO2 sem utilizar a energia
luminosa. Através da quimiossíntese,
alguns seres vivos conseguem produzir o
seu
próprio
alimento
(compostos
orgânicos) usando para o efeito a
energia que obtêm resultante da
oxidação de substâncias inorgânicas,
nomeadamente, o amoníaco (NH3),o
sulfureto de hidrogénio (H2S).Como fonte
de carbono podem utilizar o CO2.
Fotossíntese
Vermes tubulares de fontes hidrotermais
Quimiossíntese
A quimiossíntese está na base de diversos ecossistemas
associados a fontes termais dos riftes oceânicos, onde não chega luz e, por
isso, a fotossíntese não pode ocorrer. Contudo, nestes lugares,
aparentemente hostis, a vida desenvolveu-se e evoluiu de tal forma que, hoje, é
possível encontrar aí uma notável diversidade biológica.
Existem diversos
tipos de bactérias
capazes de realizar
a
oxidação de
compostos
minerais
para
obtenção
de
energia, podendo
destacar-se
as
bactérias
sulfurosas,
as
bactérias ferrosas
e as
bactérias
nitrificantes
do
solo.
QUIMIOSSÍNTESE
•
A quimiossíntese é um processo
semelhante à fotossíntese, na
medida em que conduz à produção
de compostos orgânicos.
•
Tal como na fotossíntese,
possível distinguir duas fases:
é
–
uma fase de produção de ATP e
NADPH. Durante esta fase, ocorre a
oxidação de compostos minerais
como NH3, CO2 e H2S. Esta
oxidação permite a obtenção de
protões e electrões que são
transportados ao longo de uma
cadeia, no sentido de produzir ATP e
reduzir o NADP+ a NADPH;
–
numa segunda fase, ocorre o ciclo
das pentoses e, tal como na
fotossíntese,
produzem-se
compostos orgânicos a partir do
CO2 absorvido, do poder redutor
do NADPH e da energia contida no
ATP, gerados na primeira fase.
A
fotossíntese
e
a
quimiossíntese
diferem
basicamente em dois aspectos:
na energia utilizada para a
síntese
de
compostos
orgânicos e na fonte de protões
(H+) e de electrões (e-).
Enquanto na fotossíntese é
utilizada energia solar e os
protões e electrões provêm da
água,
na
quimiossíntese a
energia, os protões e os electrões
têm origem nos compostos
minerais que são oxidados.
Fotossíntese
a
da
Quimiossíntese
Em
que
difere
fotossíntese
quimiossíntese ?
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