Fotossíntese e Quimiossíntese

 

 

Os seres vivos autotróficos, capazes de produzir a matéria orgânica de que necessitam para a sua sobrevivência, podem realizar esta atividade de produção de matéria através de 2 processos distintos:

 

Fotossíntese: utilização de energia luminosa como fonte de energia (plantas, alguns protistas e algumas bactérias).

 

Quimiossíntese: utilização da energia química, obtida por alteração de matéria mineral, que é utilizada para elaborar a matéria orgânica (algumas bactérias).

 

Fotossíntese:

 

• Para realizarem a fotossíntese, os seres autotróficos (fotoautotróficos) necessitam de receber água e dióxido de carbono do meio ambiente e procedem à libertação de oxigénio durante a produção de matéria orgânica. A fotossíntese compreende 2 processos complementares: a fase fotoquímica (reações que dependem da luz) e a fase química (não depende diretamente da luz).

 

ATP: A energia luminosa e a química não são utilizadas diretamente pelas células, parte dessa energia é transferida para um composto – o ATP (Adenosina trifosfato) que é fonte de energia que é utilizável pela célula. Na fotossíntese e quimiossíntese a produção de ATP é fundamental para a formação de compostos orgânicos. As células não têm armazenadas grandes quantidades de ATP e a transferência de energia depende do ciclo ATP-ADP.

 

 

 

          ATP --> ADP: Dá-se a reação de hidrólise (ATP+água), sai um ião fosfato, liberta-se energia (reação exoenergética) e o trifosfato passa a difosfato.

 

          ADP --> ATP: Para o difosfato passar a trifosfato, tem-se de juntar o ião fosfato e liberta-se água, é o processo inverso e chama-se fosforilação do ADP e a reação é endoenergética (necessita de energia). A fosforilação é a transformação do ADP em ATP e pode ser cíclica (o eletrão é sempre o mesmo, forma um ciclo) ou acíclica (ocorre no fotossistema II e o eletrão é perdido e tem de ser reposto pela fotólise da água)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Característica dos seres autotróficos que lhes permite converter a energia luminosa em energia química:

 

• As folhas são o principal órgão onde ocorre a fotossíntese, nas células das folhas pode observar-se organitos celulares – cloroplastos – cuja cor verde é dada por um tipo de pigmentos fotossintéticos – as clorofilas. Estes organitos celulares possuem um sistema endomembranar bastante organizado, sendo no seio destas membranas que se encontram a clorofila e outros pigmentos fotossintéticos.

• Os cloroplastos são revestidos por duas membranas lipoproteicas e têm no seu interior um complexo membranoso formado por invaginações das membranas e formando pequenas bolsas discoides achatadas e empilhadas, os tilacoides. Cada pilha de tilacóide chama-se granum, o plural é grana. O interior do cloroplasto é constituído por um fluido, o estroma. As moléculas de clorofila estão dispostas nas membranas.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Os pigmentos fotossintéticos são extremamente importantes para a planta e para todos os seres vivos, pois são as substâncias que absorvem a energia luminosa, o que permite iniciar todas as reações da fotossíntese. É este fenómeno que permite a entrada da energia solar no mundo vivo. Sem se iniciar a captação de energia, a planta não realiza o processo fotossintético. A clorofila a é de todos os pigmentos, aquele que representa um papel central em todo este processo. Os pigmentos acessórios cedem energia captada à clorofila a para se iniciarem as reações.

 

 

 

 

 

Experiência de Engelmann – como captam os pigmentos fotossintéticos a energia luminosa?

As bactérias que estavam inicialmente dispersas uniformemente na preparação da experiência, passaram a estar mais concentradas nas zonas onde incidia o vermelho alaranjado e o azul-violeta.

A clorofila absorve radiações de diferentes comprimentos de onda, mas não absorve os que correspondem à cor verde, refletindo-os e por isso apresenta essa cor.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Qual a consequência da absorção de energia pela clorofila a? No início do processo fotossintético, a clorofila a, ao absorver energia, perde alguns dos seus eletrões, que vão reagir com a molécula de água, desdobrando-a e libertando-se oxigénio. Libertam-se também eletrões que vão fluir por uma série de aceitadores, de uma cadeia transportadora da membrana dos tilacoides, gerando energia suficiente para transformar várias moléculas de ADP (Adenosina difosfato) noutras mais energéticas e mobilizadoras de energia – o ATP (Adenosina trifosfato), e ainda reduzir o NADP+ a NADPH, molécula transportadora de oxigénios.

 

É nas membranas dos tilacóides que existem os pigmentos fotossintéticos (clorofila) agrupados em fotossistemas. Existem dois fotossistemas (I e II). A molécula da clorofila do fotossistema II é especializada em absorver energia luminosa com um comprimento de onda de 680nm e a do fotossistema I em energia com comprimento de onda 700nm.

 

Genericamente, a fotossíntese pode-se traduzir pela equação:

 

CO2 + H20 ------ (Luz; pigmentos fotossintéticos) --> CH20 + H20 + O2

 

Há produção de oxigénio proveniente da água e de glicose do dióxido de carbono.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O processo

 

Fase fotoquímica em resumo:

 

1-      A luz solar incide nas folhas e é absorvida pela clorofila, presente no cloroplasto na membrana interna, no tilacoide, constituindo a fonte energética inicial.

 

   1.1 A clorofila do sistema II fica excitada e perde eletrões que vão reagir com a molécula de água, oxidando-a e originando a libertação de oxigénio, protões e eletrões.

 

   1.2 Os eletrões vão fluir para uma cadeia de acetores que existem na membrana do tilacoide e que serão transportados até ao fotossistema I.

 

   1.3 Os protões de hidrogénio deslocam-se para o interior do tilacoide.

 

   1.4 Os eletrões que a clorofila perdeu acabam por ser repostos pela fotólise da água.

 

2-      O fluxo de eletrões liberta energia para transformar várias moléculas ADP em ATP. Os protões que foram encaminhados para o interior do tilacoide vão ser utilizados para a fosforilação do ADP que irá ocorrer no estroma (exterior do tilacoide). Este processo é feito num proteína especial, a ATPase e os H+ estão relacionados com o gradiente de concentração. (ADP+P+Energia --> ATP) <- fosforilação do ADP, que ocorre no estroma.

 

3-      O Fotossistema I após captar a energia lumiosa, reencaminha os eletrões para o estroma e em conjunto com os protões, vão ser cedidos a uma molécula chamada de NADP(+), reduzindo-a e transformando-a em  NADPH (molécula transportadora de eletrões e hidrogénios), molécula importante, tal como o ATP para a formação decompostos orgânicos.

 

 

No fim desta etapa da fotossíntese, denominada fase fotoquímica, consumiu-se água e libertou-se oxigénio devido à ação da luz sobre os pigmentos fotossintéticos.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fase química: 

 

Ocorre no estroma e não depende diretamente da luz. Ocorre a incorporação de dióxido de carbono, que desde que entra na planta sofre uma sequência de reações até à formação de matéria orgânica. Esta fase ocorre no estroma dos cloroplastos e é nela que se forma a glicose, pela reação inicial entre o dióxido de carbono atmosférico e a ribulose difosfato (RDP). Nesta fase ocorre uma série de reações químicas que necessitam de ATP e NAPH formados na fase anterior. Estas reações ocorrem por ação de enzimas que dependem da presença de luz e da temperatura.

 

Ciclo de Calvin - é composto por 3 fases:

 

1)      Fixação de carbono: o dióxido de carbono combina-se com a ribulose difosfato (RuBP) que origina um composto com 6 carbonos instáveis;

 

2)      Produção de compostos orgânicos: o composto instável formado dá origem imediatamente a 2 moléculas com 3 carbonos cada uma, o ácido fosfoglicérico (PGA);

 

3)      Regeneração do aceitador: o ATP atua nestas 2 moléculas e estas são reduzidas pelo NDPH, formando o aldeído fosfoglicérico (PGAL).

 

Por cada 12 PGAL, 10 são utilizadas para regenerar o RuBP e 2 são para sintetizar compostos orgânicos. Para se formar uma molécula de glicose é necessário que o ciclo ocorra 6 vezes.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

No geral:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Quimiossíntese

 

São os seres quimiotróficos que realizam um processo – quimiossíntese – muito semelhante à fotossíntese, mas que utilizam uma fonte de energia e dadores de protões e de eletrões diferentes. Ocorre também uma fase de obtenção de energia e uma outra em que a energia é utilizada na produção de matéria orgânica.