CONTEÚDO
PARA AVALIAÇÃO 1° SÉRIE DO ENSINO MÉDIO
FOTOSSÍNTESE
FOTOSSÍNTESE E QUIMIOSSÍNTESE
A
fotossíntese é um dos processos biológicos de maior importância na vida da
Terra. Alem da produção do gás oxigênio, essencial para a sobrevivência de
quase a totalidade dos seres vivos, é mediante esse processo que são produzidos
bilhões de toneladas de compostos orgânicos e carboidratos.
A
quimiossíntese é um fenômeno biológico semelhante a fotossíntese, exclusivo de
algumas bactérias. Nos dois processos, substancias simples são utilizadas para
a síntese de substancias complexas.
FOTOSSÍNTESE
A
fotossíntese é um processo biológico de maior importância para a manutenção da
vida da vida da Terra, pois, nesse processo, forma-se compostos orgânicos que
sustentam a diversidade de cadeias alimentares e libera-se um gás essencial
para os organismos aeróbicos, o oxigênio.
Pela
fotossíntese, a maioria das plantas e outros organismos vivos, como algas
unicelulares e pluricelulares e algumas bactérias, convertem energia luminosa
em energia química. Os processos metabólicos da célula utilizam unicamente a
energia química.
A
fonte primaria de energia luminosa é o sol, embora os organismos
fotossintetizantes possam realizar a fotossíntese na presença de fontes
artificiais, como lâmpadas incandescentes e florescentes.
Por
meio de uma serie de etapas e processos complexos que envolvem gases,
compostos, pigmentos e outros elementos bioquímicos, a energia química é
utilizada, então, para produzir compostos orgânicos, armazenados e
posteriormente consumidos para o crescimento do organismo, nas plantas
terrestres, o CO² entra no organismo através de orifícios nas folhas, os estômatos.
EQUAÇÃO GERAL DA FOTOSSÍNTESE
A fotossíntese
é um fenômeno biológico que ocorre nos cloroplasto de seres eucarióticos ou no
citoplasma de seres procarióticos fotossintetizantes. Ela envolve dois
reagentes, uma fonte de gás carbônico CO2 e uma fonte de hidrogênio H2O e uma
fonte luminosa e um pigmento sensível a luz, clorofila. A quebra do gás
carbônico e da água, por meio de complexas reações bioquímicas, forma três
produtos distintos: carboidrato, água e gás oxigênio. Desconsiderando-se, neste momento, todas as
reações bioquímicas envolvidas, a fotossíntese pode ser genericamente
representada pela equação;
2 H2O + CO2 = CH2O + H2O + 02
Mas como a glicose é o carboidrato
representado na fotossíntese a equação passa a ser:
12 H2O + 6CO2 = C6H1206 = 6H2O = 6O2
O CLOROPLASTO
Para
entender toda a complexidade do processo fotossintético, é necessário conhecer
o local onde ele ocorre nos seres eucarióticos: o cloroplasto. Essa estrutura é uma organela de cor verde devido a
presença predominante do pigmento clorofila.
Os
cloroplastos podem ter tamanhos diferentes e ocorrem em quantidades variáveis
nas células.
A estrutura do cloroplasto pode ser
analisada em três componentes principais: envoltório, tilacoide e estroma.
Envoltório é a parte
externa do cloroplasto, formado por duas membranas que delimitam essa organela.
As moléculas de clorofila estão localizadas na membrana interna do cloroplasto.
Nos cloroplastos desenvolvidos, essa membrana forma pequenas vesículas com o
formato de discos achatados denominados tilacoides. É nos
tilacoides que ocorre a etapa fotoquímica da fotossíntese. Os tilacoides podem
se organiza-se em pilhas. Cada pilha é
chamada de granum, e a totalidade das
pilhas de um cloroplasto recebe o nome de grana.
Preenchendo
o espaço entre o envoltório e os tilacoides encontra-se uma substancia
gelatinosa, o tilacoides. Ele contem ribossomos, DNA
e RNA, responsáveis pela síntese de certas proteínas do cloroplastos.
ETAPAS
DA FOTOSSÍNTESE
Embora a luz seja essencial para a
fotossíntese, uma parte do processo de ocorrer mesmo no escuro. Isso acontece
por que a fotossíntese envolve duas etapas distintas e interdependentes,
denominadas etapas fotoquímica e química. Cada uma delas possui características
diferentes e ocorre em locais distintos de cloroplasto.
ATP E FOFOSSÍNTE
O
ATP (trifosfato de adenosina) é um molécula importante nos processos de
transferência de energia.
A
fotossíntese é uma reação endotérmica, pois a energia dos reagentes (água e
dióxido de carbono) é menor que a energia de seus produtores. Por isso, é
necessário fornecer energia. O ATP é a molécula que fornece energia para a
fotossíntese.
Etapa fotoquímica
Essa
etapa da fotossíntese também denominada fase
clara ou fase escura. Como o nome sugere, ela compreende um conjunto de
reações que dependem diretamente da luz. A etapa fotoquímica ocorre nos
tilacoides dos cloroplastos, na presença de luz.
O
processo inicia-se quando a luz excita elétrons de moléculas de clorofila. Os
elétrons excitados se desprendem da molécula e serão utilizados para a formação
de ATP a partir do ADP (difosfato de adenosina) e de fosfato inorgânico.
Portanto, a fase fotoquímica da fotossíntese é responsável pela transformação
da energia luminosa em energia química em forma de ATP.
Ainda
sob ação da luz, ocorre um reação denominada fotólise da água, a molécula
de água é quebrada, liberando átomos de oxigênio.
Alem disso, o hidrogênio liberado da molécula
de água se funde a molécula de NADP (nicotinamida adenina dinucleotídio
fosfato), reduzindo-se a NADPH².
A
etapa fotoquímica da fotossíntese, portanto, gera gás oxigênio, produz ATP e
NADPH².
De onde provem o gás oxigênio
Por
muito tempo se pensou que o oxigênio liberado pela fotossíntese era originado
do dióxido de carbono (CO²). Em 1941, os cientistas Berkeley e Samuel Ruben
realizaram experimentos mostrando que, na verdade, o oxigênio liberado
resultava da quebra da molécula de água, e não do CO². esses experimentos
utilizavam átomos radiativos de oxigênio. Esses átomos são chamados de isótopos, por que tem o mesmo numero atômico do oxigênio comum.
Etapa Fotoquímica
Também conhecida como fase escura, essa etapa da fotossíntese
ocorre tanto na presença como na ausência de luz. Embora seja formada por um
conjunto de reações que não dependem da luz, a etapa química depende
diretamente das substancias produzidas durante a fase fotoquímica. Essa etapa
ocorre no estroma dos cloroplastos.
Em
comparação com a fase fotoquímica a etapa química é mais lenta. Diversas
enzimas fazem parte do processo, por isso ela também é denominada etapa enzimática.
As
reações que ocorrem nessa etapa aproveitam a energia da fase luminosa para
assimilar o carbono dos gás carbônico. Com isso ocorre a formação de moléculas
orgânicas em um processo conhecido como fixação
do carbono.
As
moléculas de NADPH2 e de ATP formadas na etapa luminosa são utilizadas nessa
etapa durante as reações de fixação do carbono para a formação de carboidratos.
ENERGIA LUMINOSA
A
luz do Sol, composta por diferentes comprimentos de onda, é a formada primaria
de energia radiante que incide na Terra. Ela ilumina e aquece o plante e pode
ser captada pelos seres vivos fotossintetizantes. O olho humano só consegue distinguir uma parcela desses
comprimentos de onda, entre 400 e 700 nanômetros aproximadamente.
Comprimentos de onda acima ou abaixo
dessa faixa não são visíveis pelo olho humano. Entre os comprimentos de onda
baixo de 400 nm., estão o ultravioleta, os raios X e os raios gama. O
infravermelho, as micro-ondas e as ondas estão acima de 700 nm.
O ESPECTRO DE LUZ VISÍVEL
A
luz solar, ao passar por um prisma, decompõe-se em várias cores popularmente
denominadas “cores do arco Iris”. Cada cor equivale a uma determinada faixa de
comprimento de onda.
Por
exemplo a cor verde tem o comprimento em torno de 540nm., a cor violeta , que
tem o comprimento menor corresponde a
400nm. e a maior, o vermelho que tem 700nm. de comprimento.
Ao
chegar as plantas e outros seres fotossintetizantes, a luz solar é captada,
absorvida ou refletida por diferentes moléculas denominadas pigmentos.
PIGMENTOS FOTOSSÍNTETIZANTES
Os
pigmentos são substancias que absorvem luz, dependendo do grupo vegetal ou do
organismo, certos pigmentos poderão ser mais abundantes. Os principais grupos
de pigmentos são os carotenos, xantofilas, ficobilinas e clorofilas.
Os
carotenos e as xantofilas são pigmentos que absorvem comprimentos de luz de 380nm.
a 500nm., tem colorações que variam do amarelo ao vermelho. São encontrados em
algas pluricelulares e plantas.
As
xantofilas são pigmentos amarelados
presentes em algas e algumas plantas, conferindo coloração as suas folhas.
As
ficobilinas são pigmentos que
absorvem comprimentos de luz de 500nm. a 700nm. podem ser de coloração azul no
vermelha, são encontrados nas cianobactérias e algas pluricelulares vermelhas.
As
clorofilas são pigmentos verdes mais
abundantes em todos os seres autótrofos.
Existem
quatro tipos de clorofila, identificado como a,b,c e d. Desde, a
clorofila a esta presente em
praticamente todos os organismos fotossintetizantes. A clorofila b, nas algas verdes e nas plantas. A
clorofila c é encontrada em algas
douradas e algas pardas. A clorofila d
ocorre apenas em algas vermelhas.
ETAPA
FOTOQUÍMICA
A
clorofila tem estrutura molecular com duas regiões distintas, uma região
circular, com um átomo central de magnésio ou região hidrofílica e outra região
formada por uma longa cauda de carbono e hidrogênio ou região hidrofóbica. A
região hidrofílica da clorofila fica voltada para o estroma, enquanto a região
hidrofóbica fica imersa na membrana dos tilacoides.
Nos cloroplasto, as moléculas de
clorofila e de outros pigmentos agrupam-se em conjuntos de centenas de unidades
na membrana dos tilacoides. São denominados complexos antena, pois funcionam como verdadeiros captadores de
luz.
A energia luminosa captada pelas
moléculas de pigmentos é conduzida as moléculas vizinhas até o centro de reação, onde existe um par de
moléculas especiais de clorofila a. o
conjunto formado pelo cento de reação e pelos complexos antena chama-se fotossistema.
A
energia vinda das antenas excita os elétrons das moléculas de clorofila no
centro de reação. Um elétron de cada molécula atinge um nível de energia mais
alto e é captado por um receptor adequado.
A
transferência de elétrons faz com que cada centro de reação fique com um
elétron a menos. Esse centros atraem novos elétrons.
1.
Fotossistemas
a dois tipos de fotossistemas PSI e PSII, que diferem quanto a capacidade de absorver a luz e quanto a
posição que ocupam nas membranas dos tilacoides.
1.2. O fotossistema
PS-I localiza-se com mais freqüência nas membranas dos tilacoides em
contato direto com o estroma. O centro de reação PS-I é uma clorofila a que absorve um comprimento de onda de
700nm.
1.3.
O fotossistema
PS- II ocorre nos grana. Seu
centro de reação é uma clorofila a que
absorve comprimento de luz de 680nm.
FOTOFOSFORILAÇÃO
A fotofosforilação é a adição de fosfato
em presença de luz. Nesse processo há formação de ATP pela fosforização do ADP,
ou seja, ocorre transformação da energia luminosa em energia química, que é
armazenada nas moléculas de ATP. A fotofosforilação pode ser cíclica ou acíclica.
ü Fotofosforilação
acíclica
Nessa etapa fotofosforilativa, há
participação das clorofilas P700 e P680.
A denominação acíclica, nesse caso, deve-se ao destino dos elétrons perdidos
pela clorofila, elas não retornam a
molécula original.
Ao
serem excitados pela luz, os elétrons da clorofila P680, escapam das
moléculas e são recebidos pela plastoquinoma, molécula que funciona como um
aceptor primário de elétrons. Esses elétrons perdem energia, que será utilizada
para a produção de ATP.
Da
plastoquinoma, os elétrons são enviados para P700 por meio de transportadores. A
clorofila P700
tem
nível energético maior do que a P680. Ao serem ativados pela luz, os elétrons
da clorofila do PS- I escapam da molécula, sendo recebidos por outro aceptor
primário, a ferrodoxina. Parte da energia deles será utilizada para a produção de
NADPH2 a partir de
NADP. Os elétrons perdidos da P680 são repostos
pela fotólise de água, enquanto os perdidos da P700 são
repostos pelos oriundos da P680.
ü Fotofosforilação
cíclica
Apenas c clorofila P700 participa desse
processo bioquímico. O sistema é chamado cíclico por que os elétrons retornam a molécula de onde saíram.
Eles retornam por meio de diversos citocromos, que são
transportadores de elétrons, os elétrons captados anteriormente pela
ferredoxina voltam a condição energética original, sendo novamente encaminhados
para a clorofila a P700. Na
fotofosforilação cíclica, portanto, também ocorre a produção de ATP, mas não
ocorre a quebra de moléculas de água nem produção de NADPH2.
FIXAÇÃO
DO CARBONO
É nesta etapa química da fotossíntese
que ocorre a formação dos compostos orgânicos, como a glicose, esse mecanismo
envolve uma sequência cíclicas de reações, conhecida como ciclo de Calvin- Benson ou ciclo
das pentoses que ocorre no estroma do cloroplastos.
Embora
esse mecanismo ocorra sem a presença de luz, ele depende das reações envolvidas
na etapa fotoquímica, já que são necessários ATP e NADPH², que somente são
formados na presença de luz.
O
ciclo inicia-se com a molécula de CO2 que tem um carbono. Esse átomo de carbono
é fixado por um enzima denominada Ribulose
difosfato RuDP, cada RuDP é formada por cinco carbonos que se juntando com
outra molécula de carbono dá origem
a uma hexose, nesse ponto nos temos
então seis carbonos, que será quebrada e formará duas moléculas de acido fosfoglicérico
PGA, cada uma contendo três carbonos,
o PGA é transformado em acido difosfoglicérico DPGA, durante essa transformação ocorre consumo de energia onde
que a molécula de ATP é hidrolisada em ADP, em seguida a molécula de DPGA é
transformada em fosfogliceraldeído PGAld, e novamente ocorre consumo de
energia onde a molécula de NADPH² é quebrada em NADP.
Cerca
de cinco fosfogliceraldeído continuará dentro ciclo, sendo utilizado para a
regeneração da Ribulose difosfato, e apenas uma dará origem á glicose, na qual
poder ser formados amido, sacarose entre outros, quando uma molécula de CO2
completa uma volta no ciclo de Calvin ela é reduzida, ao mesmo tempo, uma
molécula de Ribulose difosfato é regenerada. São então, necessárias seis voltas
no ciclo, nessas condições, para que uma molécula de glicose seja produzida. (C6H12O6)
QUIMIOSSÍNTESE
A quimiossíntese
é um fenômeno biológico semelhante a fotossíntese, nos dois processos
ocorre a síntese de substancias mais complexas com base em substancias simples,
com o envolvimento de algum tipo de energia. Enquanto a fotossíntese utiliza
energia luminosa, a quimiossíntese utiliza a energia liberada em reações
químicas que ocorrem somente em certas bactérias autótrofas. Denominadas quimiossintetizantes.
Esses
seres obtém energia química por meio de compostos inorgânicos, que são
oxidados, ou seja, reagem com o oxigênio. Com a oxidação, ocorre a liberação de
energia química, posteriormente utiliza para a formação dos compostos orgânicos
e a liberação de gás oxigênio.
Na
natureza, vários compostos inorgânicos são utilizados pelas bactérias
qumiossintetizantes, destacado o Ferro (Fe), o acido sulfídrico (H2S), o íon
amônio (NH4) e o nitrito (NO2).
As
bactérias que conseguem oxidar o oxido ferroso a oxido férrico, como a Cremothix, são comuns em águas acidas
residuais de minas e jazidas de ferro, são denominadas ferrobactérias.
4Fe + 3O2 =
2Fe2O3 + energia química
As
sulfobactérias ou tiobactérias podem ser encontradas em fontes termais, em água
minerais com enxofre e nas profundezas oceânicas. Um exemplo é a Thiobacillus que oxida o ácido
sulfídrico a enxofre livre.
2H2S + O2 = 2H2O
+ 2S + energia química
