Fotossíntese e Quimiossíntese - Aula

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FOTOSSÍNTESE

Prof.: Ygor Bechepeche

Conceito: É a síntese de compostos orgânicos a partir da água (H2O) e gás carbônico (CO2), utilizando como fonte de energia a luz , absorvida pelos pigmentos fotossintéticos (clorofila a, b e carotenóides: amarelos, alaranjados e vermelhos) e dando como produto secundário água e oxigênio (O2).

Fórmula Resumida 6CO2 + 6H2O

Luz Pigmentos

C6H12O6 + 6O2

(Clorofila)

Fórmula Geral 12H2O + 6CO2

Luz Pigmentos (Clorofila)

C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

Origem do Oxigênio • Cornelius Van Niel foi o primeiro a propor que o oxigênio viria da água e não do gás carbônico. • Na década de 1930, quando estudava bactérias fotossintetizantes. Ele verificou que as bactérias vermelhas sulfurosas (ou tiobactérias púrpuras) realizavam uma forma particular de fotossíntese em que não havia necessidade de água nem formação de oxigênio. Essas bactérias usam gás carbônico e sulfeto de hidrogênio (H2S) e produzem carboidrato e enxofre. • Van Niel escreveu, então, a fórmula geral da fotossíntese realizada por essas bactérias: Fotossíntese bacteriana:

6 CO2+ 2 H2S

CH2O + H2O + 2 S

Equação geral da fotossíntese:

6 CO2+ 2 H2A

CH2O + H2O + 2 A

H2A pode ser a água (H2O) ou o sulfeto de hidrogênio (H2S)

A origem do oxigênio (O2) • Fornecer H2O com O16 e CO2 com O18 - em 1940 • Quando se fornecia à alga Chlorella, CO2 que continha o isótopo O18, todo O2 liberado era O16.

• Quando se fornecia H2O contendo o isótopo O18 à alga Chlorella, todo O2 liberado era O18. • Assim sendo, uma fórmula mais completa, dando ênfase a esta questão seria: 6CO218 + 12H2O16

C6 H12 O618 + 6H2O + 6O216

6CO216 + 12H2O18

C6 H12 O616 + 6H2O + 6O218

Ocorrência da Fotossíntese • Bactérias, algas, liquens, briófitas, pteridófitas, gimnospermas, angiospermas. • Nos vegetais, ocorre na FOLHA, mais precisamente no PARÊNQUIMA CLOROFILIANO (mesofilo).

Estrutura do Cloroplasto

• As clorofilas não ficam isoladas no cloroplasto, mas agrupadas, formando os fotossistemas: Fotossistema I, PSI ou P700 : absorve luz de comprimento de onda igual ou menor que 700 nm (nanômetros) – Clorofila A Fotossistema II, PSII ou P680 : absorve luz de comprimento de onda igual ou menor que 680 nm – Clorofila B

Etapas da Fotossíntese • Duas grandes etapas: FOTOQUÍMICA e QUÍMICA

FOTOQUÍMICA ou FASE DE CLARO: quebra da água, liberação do oxigênio, produção de ATP e NADPH2 (Nicotinamida

Adenina Dinucleotídeo

Fosfato).

• Ocorre nas lamelas e membranas dos tilacóides;

• Formação de ATP

(moeda energética) :

adenina + ribose =

adenosina e mais 3 grupos fosfóricos; • A etapa de claro pode ser dividida em: Fotólise da água e Fotofosforilação (Cíclica e Acíclica).

Etapas da Fotossíntese • FASE DE CLARO ou FOTOQUÍMICA

• FOTOLISE DA ÁGUA: Aqui a H2O é "quebrada" , originando íons H+, oxigênio e elétrons. + Os íons H serão capturados pelo NADP (produzidos na fotofosforilação acíclica), formando NADPH2. Os elétrons serão recolhidos pela clorofila b P680 que participa da fotofosforilação acíclica: 4H+---------- 2NADP ........... 2NADPH2 2H2O 4e- ---------- Clorofila b P680 O2 ---------- Liberado para a atmosfera 2H2O  O2 + 4H+ + 4e-

• FOTOFOSFORILAÇÃO CÍCLICA: Síntese de ATP na presença da luz

• FOTOFOSFORILAÇÃO ACÍCLICA

Estroma

ETAPA QUÍMICA ou Reações de Escuro ou Fase Enzimática: Produção de Glicose • Ocorre no estroma e não necessita de luz; • CO2 (ar) utilizado para produzir glicose; • Utiliza o ATP (fotofosforilação) como energia e NADPH2 (fotólise) como fonte de hidrogênio. • Tal processo é conhecido como CICLO DAS PENTOSES ou CICLO DE CALVIN-BENSON. ATP

CO2

ADP + P energia

NADPH2

C6H12O6 NADP

Rubisco (enzima)

Fatores Limitantes da Fotossíntese Concentração de CO2 • Baixa concentração de CO2, baixa fotossíntese; • Aumentando a concentração de CO2, aumenta também a taxa de fotossíntese... ...MAS ATÉ CERTO PONTO (saturação)

Luz

Ponto de Compensação Fótico ✓ Atividade fotossintetizante = atividade respiratória, devido a INTENSIDADE LUMINOSA ✓ Planta consome uma quantidade de oxigênio e glicose igual a produzida na fotossíntese; ou consome na fotossíntese a mesma quantidade de CO2 e glicose produzida na respiração.

➢ Situação 1: F < R ➢ Situação 2: F = R

➢ Situação 3: F > R

Ponto de Compensação Fótico ✓ HELIÓFILAS ou PLANTAS DE SOL: apresentam alto ponto de compensação; ✓ UMBRÓFILAS ou PLANTAS DE SOMBRA: apresentam baixo ponto de compensação.

LUZ e FOTOSSÍNTESE

EXPERIÊNCIA DE ENGELMAN

EXPERIÊNCIA DE ENGELMAN

ESPECTRO DE ABSORÇÃO DA CLOROFILA Todas as células fotossintetizantes, exceto as bacterianas, contêm 2 tipos de clorofila, e um deles sempre é a clorofila a. O segundo tipo de clorofila geralmente é a clorofila b (nos vegetais superiores) ou a clorofila c (em muitas algas). Esses diversos tipos de clorofila diferem quanto à faixa do espectro da luz visível na qual cada uma delas capta luz com mais eficiência.

Os CAROTENÓIDES são pigmentos acessórios. Eles absorvem luz em faixas um pouco diferentes das faixas das clorofilas. A presença desses pigmentos acessórios faz com que muitas folhas tenham cores diferentes do verde.

Temperatura

• Ideal: entre 30ºC e 40ºC

PROVAS DA FOTOSSÍNTESE EXPERIMENTO 1: Consumo de CO2 Coloca-se uma folha suspensa num tubo de ensaio, contendo no fundo uma solução indicadora de pH (vermelho de cresol). A solução de vermelho de cresol tem coloração rósea em pH neutro; em altas concentrações de CO2, que torna o pH ácido, a solução passa a ter coloração amarela, em baixas concentrações de CO2 , em que o pH é básico, torna-se roxa. Iluminando-se a folha, ela absorve CO2 para a fotossíntese; a solução perde H2C03 (ácido carbônico), torna-se alcalina e fica roxa. No escuro, a folha só fará respiração e produzirá mais CO2, que se difunde na solução, formando mais H2C03; com pH ácido, a solução fica amarela.

RÓSEA: Quando em contato com a concentração normal de CO2 (Ph neutro).

AMARELA: Quando em contato com altas concentrações de CO2 (Ph ácido). ARROXEADA: Quando em contato com BAIXAS concentrações de CO2 (Ph alcalino).

PROVAS DA FOTOSSÍNTESE EXPERIMENTO 2: Produção de amido Durante dois dias, cobrem-se duas folhas (A e B) de Tropaeolum (flor-de-chagas); com isso, elas consomem totalmente o amido armazenado. Em seguida, a folha B é mantida totalmente coberta, e a folha A é coberta com um papel metálico no qual previamente se recortou uma letra ou uma palavra (LUZ). Ambas são expostas a um ou dois dias de sol forte, depois são cortadas, fervidas em álcool e tratadas com uma solução de iodo ou iodeto de potássio. Sabemos que essa solução cora o amido em azul-arroxeado. A folha B, totalmente coberta, não realizou fotossíntese e não produziu amido, portanto, não se cora. A folha A só recebeu luz na área recortada no papel metálico, onde se acumulou amido, corado pelo iodo, ficando destacada a palavra LUZ.

PROVAS DA FOTOSSÍNTESE EXPERIMENTO 3: Liberação de O2 Pode-se provar, com a planta aquática Elodea, a liberação de oxigênio na fotossíntese. Quando o sistema é iluminado, nota-se o desprendimento de bolhas que se acumulam no alto do tubo de ensaio. Esse gás é o oxigênio, pois ele reaviva uma brasa na ponta de um palito.

Plantas C3, C4 e CAM Plantas C3 • CO2 após ser fixado forma ácido fosfoglicérico (3 carbonos); • Boas taxas de fotossíntese a todo momento, pois atingem a taxa máxima de fotossíntese em baixa luminosidade; • “Esbanjadoras de água” – clima tropical • Amendoim, algodão, mamona.

Plantas C4 • CO2 após ser fixado forma ácido oxalacético (4 carbonos); • Podem viver em ambientes áridos - vantagem sobre as C3 pois perdem pouca água para fixar o CO2; • Florestas temperadas e desertos; • Milho, cana-de-açúcar.

Plantas CAM ou MAC (metabolismo ácido das cactáceas ou das crassuláceas) • Climas muito secos e quentes; • Cactos (Cactáceas), fortuna e dedo-de-moça (Crassuláceas); • Estômatos fechados durante o dia para evitar perda de água; • CO2 captado à noite e convertido em ácidos orgânicos - ácido málico (4C); • Durante o dia, os ácidos orgânicos são degradados e liberam CO2 que será usado na fotossíntese.

Vantagens e Desvantagens (C3, C4 e CAM) As vantagens dos metabolismos CAM e C4 sobre o C3 são: • Alta taxa fotossintética (dificilmente atinge-se a saturação da fotossíntese); • Ausência ou baixa fotorrespiração; • Alta eficiência na utilização da água.

✓ A desvantagem é o alto custo energético e o consequente menor rendimento quântico de fixação de CO2. ✓ Plantas de metabolismo CAM, ao contrário das C3, não são muito produtivas em termos de biomassa. ✓ Os vegetais de metabolismo C4 são altamente produtivos.

Fotossíntese bacteriana

Ác. Sulfídrico

QUIMIOSSÍNTESE Prof.: Ygor Bechepeche

Conceito: Reação que produz energia química, convertida da energia de ligação dos compostos inorgânicos oxidados. Sendo a energia química liberada, empregada na produção de compostos orgânicos e gás oxigênio (O2), a partir da reação entre o dióxido de carbono (CO2) e água (H2O):

Primeira etapa: formação do NADPH e do ATP por meio dos íons H+ e elétrons provenientes da oxidação do substrato. Composto Inorg. + O2 → Compostos Inorg. oxidados + Energia Química

Segunda etapa: produção de carboidratos a partir do gás carbônico (CO2) CO2 + H2O + Energia Química → Compostos Orgânicos + O2

Utilizado por algumas espécies de BACTÉRIAS e ARQUEOBACTÉRIAS, recebendo a denominação segundo os compostos inorgânicos reagentes (amônia, ferro, nitrito e enxofre). Exemplos: FERROBACTÉRIAS, SULFOBACTÉRIAS, NITROBACTÉRIAS (Nitrossomonas e Nitrobacter). Algumas ARQUEOBACTÉRIAS anaeróbias adquirem energia por meio da reação entre o gás carbônico e gás hidrogênio, tendo como produto o gás metano (CH4). Depósitos de lixo, fundos de pântanos e tubos digestórios de animais.