Processo que ocorre em organismos autotróficos.

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1 Processo que ocorre em organismos autotróficos. = a si próprio = alimento Os organismos autotróficos são os que conseguem fabricar o seu próprio alimento, ou seja, os seus próprios compostos orgânicos. Fazem-no a partir de substâncias minerais que captam do meio exterior. Utilizam, durante esse processo de fabrico, uma fonte de energia externa.

2 Processo que ocorre em organismos autotróficos. É realizada por organismos pertencentes a três dos reinos que já conhecemos: plantas reino Plantae algas reino Protista cianobactérias reino Monera Trata-se de um processo bastante complexo em que são produzidos compostos orgânicos a partir de dióxido de carbono e água. A fonte de energia externa utilizada pelos organismos fotossintéticos é a energia luminosa.

3 Pode representar-se o processo da fotossíntese pela seguinte equação, muito simplificada: 6CO H 2 O luz clorofilas C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O

4 Pode representar-se o processo da fotossíntese pela seguinte equação, muito simplificada: 6CO H 2 O luz clorofilas C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O dióxido de carbono água substâncias obtidas no meio ambiente; o mesmo acontece com a luz glicose é a substância mais importante produzida na fotossíntese; contém energia química (conversão da energia luminosa) oxigénio produto secundário; é libertado para o meio ambiente

5 6CO H 2 O luz clorofilas C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O clorofilas - São os principais pigmentos fotossintéticos, apresentando diversas tonalidades de verde. - Nas plantas terrestres, são os pigmentos mais abundantes. - Há, no entanto, outros pigmentos fotossintéticos, de diferentes cores, desempenhando uma função acessória no processo.

6 A tabela seguinte indica os principais pigmentos fotossintéticos, cores que apresentam e distribuição. Tipo de pigmento Cor Distribuição a plantas, algas, cianobactérias clorofilas b c verde plantas, algas verdes algas castanhas, diatomáceas d algas vermelhas carotenóides carotenos xantofilas laranja amarela plantas, algas algas castanhas, diatomáceas ficobilinas ficoeritrina ficocianina vermelha azul algas vermelhas, cianobactérias

7 Notas: São as clorofilas que dão a cor verde característica de muitas plantas, mascarando a cor dos carotenóides, que existem em menor quantidade. No Outono, contudo, em muitas plantas, após a alteração das clorofilas, a folhagem manifesta a cor dos carotenóides. É possível extrair os pigmentos fotossintéticos das folhas macerando essas folhas juntamente com um solvente, a acetona. Obtém-se, assim, uma solução de clorofila bruta. Quando se introduz um papel de filtro nessa solução, o solvente sobe por capilaridade, transportando os pigmentos. Estes ficam depositados no papel de filtro a diferentes níveis e, como tal, ficam separados. Esta técnica denomina-se cromatografia.

8 CROMATOGRAFIA

9 6CO H 2 O luz luz clorofilas C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O foto = luz - A luz é uma faixa do espectro electromagnético, que corresponde ao conjunto de todas as radiações libertadas pelo Sol, em resultado das reacções termonucleares que nele ocorrem. - De todas essas radiações emanadas do Sol, os nossos olhos só conseguem detectar aquelas que são conhecidas como luz visível ou luz branca.

10 Energia Comprimento de onda Raios gama Infravermelho Ondas de rádio Raios X Luz visível Onda curta Ultravioleta Radar

11 Energia Comprimento de onda Raios gama Raios X Ultravioleta Infravermelho Radar Onda curta Ondas de rádio Violeta Azul Verde Amarelo Laranja Vermelho Comprimento de onda (nm)

12 luz 6CO H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O clorofilas O estudo da fotossíntese levanta-nos as seguintes questões: Onde se encontram os pigmentos fotossintéticos? Quais as radiações mais absorvidas pelos pigmentos fotossintéticos? Qual o origem do oxigénio libertado na fotossíntese? Será que a luz intervém em todas as reacções da fotossíntese? Como se processa todo o mecanismo da fotossíntese?

13 Nas plantas superiores, as folhas são os órgãos fotossintéticos mais importantes. Na maioria das células das folhas encontra-se uma grande densidade de cloroplastos.

14 Os cloroplastos são delimitados por uma dupla membrana de constituição idêntica à da membrana plasmática. A membrana interna emite para o interior do organelo várias lamelas, os tilacóides, que formam estruturas que fazem lembrar pilhas de moedas. É nas membranas dos tilacóides que se encontram os pigmentos fotossintéticos. Os tilacóides estão mergulhados num material amorfo, o estroma, onde existem partículas de amido e gotículas de lípidos.

15 Quando a luz incide sobre as folhas das plantas, pode seguir diferentes percursos. Uma parte é imediata-mente reflectida, outra é absorvida e outra, ainda, atravessa-a, sendo transmitida. As radiações não absorvidas são as que correspondem, principalmente, à cor verde. Porquê?

16 As clorofilas a e b absorvem, principalmente, as radiações do espectro visível de comprimento de onda correspondentes ao violeta-azul e ao laranja-vermelho. Os carotenóides absorvem radiações de comprimentos de onda que correspondem, aproximadamente, à faixa violeta-azul do espectro.

17 Engelmann (1881) efectuou uma experiência que permitiu concluir quais as radiações mais eficazes para a fotossíntese. Montou entre lâmina e lamela um filamento de espirogira (alga verde filamentosa), utilizando na montagem água com bactérias aeróbias. Utilizou um microscópio apetrechado com um prisma óptico no sistema de iluminação, que permitia decompor a luz solar e fazê-la atravessar a preparação. No início, as bactérias estavam dispersas uniformemente na preparação.

18 No final, a distribuição das bactérias era a seguinte: Quais são as radiações mais eficazes para a fotossíntese? Correspondem, ou não, às radiações que são mais absorvidas pelos pigmentos fotossintéticos existentes nesta alga verde?

19 Olhando atentamente para a equação global da fotossíntese, 6CO H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O podemos considerar como possível origem do oxigénio libertado: - o dióxido de carbono captado do meio ambiente ou - a água captada do meio ambiente Qual será a origem do oxigénio libertado pelos organismos fotossintéticos?

20 Em 1930, um investigador chamado Van Niel, trabalhando com bactérias sulfurosas, verificou que: - em vez de utilizarem água, estas bactérias utilizam sulfureto de hidrogénio (H 2 S); - na presença da luz, sintetizam compostos orgânicos e libertam enxofre (S). Sendo assim, a equação que traduz o processo fotossintético nestas bactérias é a seguinte: CO 2 + 2H 2 S (CH 2 O) + 2S + H 2 O

21 Comparando as duas equações: Bactérias sulfurosas CO 2 + 2H 2 S Plantas CO 2 + 2H 2 O (CH 2 O) + 2S + H 2 O (CH 2 O) + O 2 + H 2 O Van Niel determinou o que havia de comum e de diferente nos dois processos: Comum - Diferente - CO 2 CH 2 O H 2 O H 2 S / H 2 O S / O 2

22 A partir da comparação efectuada, Van Niel terá proposto o seguinte raciocínio: Como na actividade fotossintética das bactérias sulfurosas a ruptura da molécula de sulfureto de hidrogénio ocorre na presença da luz, no caso da fotossíntese das plantas a luz também deve interferir na ruptura da molécula de água, originando hidrogénio e oxigénio, sendo este último libertado. Assim, e de acordo com esta hipótese, o oxigénio libertado na fotossíntese tem, portanto, origem na água e não no dióxido de carbono.

23 A hipótese de Van Niel explica, de modo coerente, a origem do oxigénio libertado na fotossíntese. No entanto, tal como acontece com todas as hipóteses científicas, teve de ser testada. Na década de 1940, realizaram-se experiências, recorrendo à utilização de isótopos radioactivos. Nota: o oxigénio normal, encontrado na atmosfera (O 2 ) e o que faz parte da constituição da água (H 2 O), é o oxigénio-16 ( 16 O); existe um isótopo, o oxigénio-18 ( 18 O), que é radioactivo, isto é, liberta radiações que permitem, com facilidade, detectar a sua presença.

24 Uma dessas experiências encontra-se descrita a seguir: Colocaram-se algas verdes unicelulares do género Clorella em água marcada com o isótopo 18 O, e iluminaram-se. Recolhendo o O 2 libertado na fotossíntese, verificou-se que se tratava de 18 O 2. O isótopo 18 O não foi encontrado nos compostos orgânicos sintetizados. Esta experiência comprova a origem do oxigénio libertado a partir da água. Porquê? Como se poderia provar que a origem do oxigénio não é o dióxido de carbono?

25 No início da década de 1940, Calvin e os seus colaboradores colocaram suspensões de algas verdes unicelulares, do género Clorella, num meio contendo dióxido de carbono, cujo carbono era radioactivo (o isótopo 14 C). Iluminaram a suspensão e, através de métodos apropriados para o efeito, verificaram que as substâncias orgânicas sintetizadas eram radioactivas. Que terão concluído estes investigadores? A produção das substâncias orgânicas depende da captação de dióxido de carbono e sua incorporação no processo.

26 Alguns anos depois (1951), outra equipa de investigadores chefiada por Gaffron repetiu a experiência de Calvin, mas introduziu alterações ao protocolo: Introduziram numa suspensão de algas, submetida a uma forte iluminação, dióxido de carbono radioactivo ( 14 CO 2 ). Deixaram permanecer a suspensão de algas à luz, durante 10 minutos, após o que a colocaram na obscuridade. Verificaram que o dióxido de carbono continuava a ser absorvido durante 15 a 20 segundos, na obscuridade. Também verificaram que, se a iluminação prévia não tiver ocorrido, ou tiver ocorrido durante menos de 10 minutos, não há incorporação do dióxido de carbono nem são produzidos compostos orgânicos.

27 Que poderemos concluir dos resultados obtidos? É necessária a presença de luz para que se inicie o processo fotossintético? As reacções que levam à formação dos compostos orgânicos dependem directamente da presença da luz? Algumas reacções da fotossíntese podem ocorrer na ausência da luz? A presença da luz é necessária para o desenvolvimento de todo o processo fotossintético? SIM SIM / NÃO SIM NÃO / NÃO SIM SIM / NÃO SIM NÃO / NÃO

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32 1. A clorofila a do centro de reacção do fotossistema II fica reduzida ou oxidada após ter recebido energia luminosa? Justifique. 2. Como são repostos os electrões perdidos pelo P680? 3. Como são repostos os electrões perdidos pelo P700? 4. A qual dos fotossistemas está associada a fotólise da água? 5. Justifique a afirmação: O O 2 libertado pelas plantas é um produto residual da fotossíntese. 6. Qual a origem da energia necessária para a produção de moléculas de ATP? 7. Qual o aceptor final de electrões? 8. Por que razão o processo representado é designado por fotofosforilação acíclica? 9. Em que momento desta cadeia a energia luminosa é transformada em energia química?

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