Escola Secundária Alfredo dos Reis Silveira

Biologia e Geologia – 10º ano Ano letivo 2011/2012 Componente de Biologia – Unidade 1 – Obtenção de matéria

Ficha informativa: Obtenção de matéria pelos organismos autotróficos: Fotossíntese e Quimiossíntese

Os seres autotróficos sintetizam matéria orgânica, recorrendo a diferentes fontes de energia. A maioria produz matéria orgânica a partir da matéria inorgânica, por um processo que utiliza como fonte de energia a luz do sol – fotossíntese. Os organismos que realizam este processo designam-se por seres fotoautotróficos, de que são exemplo as algas, as plantas e as cianobactérias. Contudo, existem seres autotróficos que utilizam a energia química proveniente da oxidação de compostos inorgânicos para a síntese de matéria orgânica a partir da matéria inorgânica. Estes seres designam-se por seres quimioautotróficos e o processo que realizam é denominado quimiossíntese. Todos os organismos quimioautotróficos são bactérias.

1 – Fotossíntese

A fotossíntese é um processo complexo que envolve a utilização de energia luminosa na produção de substâncias orgânicas a partir do dióxido de carbono (CO2) e água (H2O), com a libertação de oxigénio (O2). Este processo ocorre exclusivamente nos seres vivos que possuem pigmentos fotossintéticos capazes de captar energia luminosa. Os principais pigmentos existentes nas plantas e nas algas são as clorofilas. Nestes organismos, esses pigmentos encontram-se nos cloroplastos, organitos celulares onde ocorre o processo fotossintético. A energia solar é constituída por radiações de diferentes comprimentos de onda. Os seres vivos utilizam na fotossíntese apenas parte das radiações do espectro da luz visível. Através da análise do espectro de absorção dos diferentes pigmentos constata-se que as clorofilas a e b possuem picos de absorção que se situam nas zonas azul-violeta e vermelho-alaranjado do espectro da luz visível.

A fotossíntese é uma sequência complexa de reacções químicas que compreende duas fases: a fase fotoquímica (ou fase dependente da luz) e a fase química (ou fase não dependente da luz). Este processo pode ser representado de modo geral pela equação:

6 H2O + 6CO2 C6H12O6 (glicose) + O2

1.1 – Fase dependente da luz A fase dependente da luz realiza-se ao nível dos tilacóides. Nela transforma-se energia luminosa em energia química, ocorre decomposição da molécula de água, libertando-se oxigénio e produz-se ATP e NADPH necessários à realização da fase não dependente da luz.

☺ As reações fotoquímicas iniciam-se pela captação de luz e pela excitação das clorofilas dos fotossistemas I e II. A energia absorvida pelas clorofilas dos fotossistemas vai ser tranferida para o centro de reação constituído por uma clorofila a. A clorofila excitada perde dois eletrões que vão ser recebidos e cedidos por um conjunto de aceitadores de eletrões - cadeia transportadora de eletrões, até ao seu aceitador final NADP+, que associando-se ao H+ da água origina NADPH. A energia mobilizada ao longo da cadeia transportadora de eletrões é aproveitada para a produção de ATP.

☺ Este fluxo de eletrões pode ocorrer em duas vias diferentes: um fluxo cíclico de eletrões – fotofosforilação cíclica e um fluxo acíclico – fotofosforilação acíclica.

☺ A fotofosforilação acíclica deve o seu nome ao facto de os dois eletrões perdidos pela clorofila do fotossistema II, aquando da absorção de energia luminosa, não regressarem a este fotossistema, mas sim irem reduzir o fotossistema I, cuja clorofila a também havia sido excitada, perdendo dois eletrões que vão ser recebidos pelo NADP+.Durante este processo ocorre a produção de ATP, por fosforilação do ADP, tendo todo o processo sido iniciado pela ação da luz. O fotossistema II recebe dois eletrões co origem na molécula de água, compensando os dois eletrões anteriormente perdidos para o fotossistema I. A decomposição da molécula de água ocorre por ação da luz – fotólise da luz – originando além dos dois eletrões que vão reduzir o fotossistema II, o oxigénio que se liberta para a atmosfera e dois H+, um dos quais é recebido pelo NADP+ enquanto o outro vai manter um gradiente de concentração que permitirá a produção de ATP.

luz

Em resumo, na fase dependente da luz ocorrem as seguintes reações: Oxidação da clorofila – a clorofila , quando excitada pela luz, perde eletrões

ficando oxidada. Reações de oxidação-redução ao longo da cadeia transportadora de

eletrões – Os eletrões cedidos pala clorofila vão ser transferidos ao longo de uma cadeia de moléculas transportadoras de eletrões. Cada um desses transportadores fica reduzido quando recebe os eletrões e oxidado quando os cede ao transportador seguinte. Por fim os eletrões são captados pelo NADP+ que fica reduzido: NADP+ + 2e- + 2H+ NADPH + H+

Fotólise da água – desdobramento da molécula de água em hidrogénio e oxigénio na presença da luz: H2O 2H+ + 2e- + ½ O2

Fotofosforilação – ao longo da cadeia transportadora de eletrões ocorrem reações de oxidação-redução com libertação de energia. Esta energia é utilizada na fosforilação do ADP em ATP num processo denominado fosforilação: ADP + Pi (fosfato inorgânico) + energia ATP + H2O

1.2 – Fase não dependente da luz ou Ciclo de Calvin As reações não dependentes da luz constituem um ciclo, conhecido por ciclo de Calvin. Este tem lugar nos estroma do cloroplasto e utiliza CO2 inorgânico e o NADPH e ATP, estes dois últimos produzidos na fase fotoquímica, fixando-os e produzindo matéria orgânica. O CO2 vai fixar-se a RUDP (ribulose difosfato), iniciando assim o ciclo, e formando posteriormente PGA (ácido fosfoglicérico), que vai ser reduzido e hidrogenado pelo NADPH e fosforilado pelo ATP produzindo PGAL (aldeído fosfoglicérico), pelo que é na formação deste composto que são utilizados o NADPH e ATP formados na fase fotoquímica. O PGAL é responsável pela formação da glicose e, a partir desta, de outros compostos orgânicos como a sacarose e o amido (substâncias de reserva das plantas). O PGAL assegura também a continuidade do ciclo de Calvin ao regenerar a RUP (ribulose monofosfato). Por cada doze moléculas de PGAL formadas, duas irão originar uma molécula de glicose, enquanto que as restantes dez moléculas vão originar RUP que, após ser fosforilada pelas restantes moléculas de ATP formadas na fase fotoquímica, vão originar novamente a RUDP, regenerando o ciclo.

Quadro - Mecanismo da fotossíntese e sua localização

2 - Quimiossíntese

A quimiossíntese é um processo de síntese de compostos orgânicos que utiliza, tal como a fotossíntese , o dióxido de carbono como fonte de carbono, mas, em vez de energia solar, usa a energia proveniente da oxidação de substâncias inorgânicas tais como a amónia, os nitritos, o enxofre e o ferro. A quimiossíntese é realizada principalmente por bactérias, entre as quais as ferrobactérias, as sulfobactérias e as nitrobactérias. Cada uma dessas bactérias utiliza a energia de um mineral que oxida, compostos respetivamente de ferro, enxofre e nitrogénio. Na quimiossíntese, tal como na fotossíntese, é possível distinguir duas fases:

☺ Produção de moléculas de ATP e redução de um transportador – da oxidação de compostos minerais (por exemplo H2S) libertam-se eletrões (e-) e protões (H+) que vão ser transportados ao longo de uma cadeia, ocorrendo a fosforilação de ADP em ATP e a redução do transportador.

☺ Fixação do dióxido de carbono – esta fase corresponde à fase química da fotossíntese, ocorrendo também aqui um ciclo idêntico ao de Calvin, onde intervem as moléculas de ATP e do transportador produzido na fase anterior. Neste ciclo verifica-se a fixação do dióxido de carbono que é reduzido, permitindo a formação de substâncias orgânicas.

A fotossíntese e a quimiossíntese diferem basicamente em dois aspetos:

Na fonte de energia utilizada – energia solar (fotossíntese) e energia resultante da oxidação de compostos minerais (quimiossíntese);

Na fonte de protões (H+) e eletrões (e-) – molécula de H2O (fotossíntese) e oxidação de compostos minerais (quimiossíntese).