Na Grécia antiga acreditava-se que as plantas obtinham nutrientes a partir do solo. Para esclarecer esta teoria, no século XVII, Van Helmont conduziu uma experiência. Colocou uma planta jovem num vaso, tendo pesado ambos ao início. Regou a planta com água da chuva durante 5 anos, voltou a pesar a planta e o solo, e verificou que a diferença do peso do solo era insignificante, logo a planta não se alimentava a partir deste.
Fig.1 Van Helmont colocou uma planta jovem num vaso, tendo pesado ambos no início. Regou a planta com água da chuva durante 5 anos. Ao fim deste tempo pesou a planta e o solo.
In: Carrajola, C. (2007b).
No século XVIII, Joseph Priestley, foi mais longe, adicionando uma nova perspectiva: as plantas também teriam um papel fundamental na renovação e manutenção da qualidade do ar. Conduziu uma experiência na qual demonstrou que uma vela se apaga e que um rato morre dentro de uma campânula, mas quando acompanhado por uma planta, a vela mantém-se acesa e o rato sobrevive. Isto deve-se ao facto de, para ocorrer combustão, ser necessário que exista oxigénio no meio, que também é necessário à vida dos animais. Este trabalho experimental demonstrou que as plantas são capazes de produzir este elemento vital.
Fig. 2 Experiência de Priestley que demonstrou que a chama de uma vela se apaga dentro de uma campânula (A); o rato morre dentro de uma campânula (B) e o rato sobrevive se estiver acompanhado de uma planta dentro da campânula (C).
No século XVIII, Joseph Priestley, foi mais longe, adicionando uma nova perspectiva: as plantas também teriam um papel fundamental na renovação e manutenção da qualidade do ar. Conduziu uma experiência na qual demonstrou que uma vela se apaga e que um rato morre dentro de uma campânula, mas quando acompanhado por uma planta, a vela mantém-se acesa e o rato sobrevive. Isto deve-se ao facto de, para ocorrer combustão, ser necessário que exista oxigénio no meio, que também é necessário à vida dos animais. Este trabalho experimental demonstrou que as plantas são capazes de produzir este elemento vital.
Fig. 2 Experiência de Priestley que demonstrou que a chama de uma vela se apaga dentro de uma campânula (A); o rato morre dentro de uma campânula (B) e o rato sobrevive se estiver acompanhado de uma planta dentro da campânula (C).
In: Carrajola, C. (2007b).
Assim ficou demonstrado que o processo pelo qual as plantas produzem oxigénio é essencial para a manutenção de todos os seres vivos existentes no planeta Terra. Este processo, denominado fotossíntese, será o tema central deste trabalho.
Assim ficou demonstrado que o processo pelo qual as plantas produzem oxigénio é essencial para a manutenção de todos os seres vivos existentes no planeta Terra. Este processo, denominado fotossíntese, será o tema central deste trabalho.
Objectivos
Modo de obtenção de matéria pelos seres autotróficos.
Dar a conhecer o processo de Fotossíntese.
Desenvolvimento
Os seres autotróficos são seres capazes de produzir compostos orgânicos a partir de substâncias minerais, utilizando uma fonte externa. Existem dois tipos de seres autotróficos: os fotoautotróficos, que utilizam energia luminosa; e os quimioautotróficos, que utilizam energia resultante de reacções de oxidação-redução de determinados compostos químicos.
A fotossíntese é o processo autotrófico mais conhecido e também o principal meio de obtenção de matéria pelos seres autotróficos, sendo utilizado por cianobactérias, algas e plantas. A partir de energia luminosa, dióxido de carbono e água, estes seres produzem compostos orgânicos a partir de compostos inorgânicos existentes no solo.
A fotossíntese é o processo autotrófico mais conhecido e também o principal meio de obtenção de matéria pelos seres autotróficos, sendo utilizado por cianobactérias, algas e plantas. A partir de energia luminosa, dióxido de carbono e água, estes seres produzem compostos orgânicos a partir de compostos inorgânicos existentes no solo.
A fotossíntese divide-se em duas fases: a fase dependente da luz e a fase não dependente directamente da luz.
Fase dependente da luz
Cloroplasto
O Cloroplasto é um organito celular situado nas células das plantas, constituído por uma membrana externa, e uma membrana interna. No seu interior podemos encontrar os telacóides, que se encontram empilhados, sendo assim designados Grana. É nos tilacóides que ocorre a fase dependente da luz da fotossíntese.
Fig. 3 Da folha ao tilacóide. Folha em corte transversal. Esquema de uma célula vegetal com os cloroplastos. Organização interna de um cloroplasto com as membranas e o espaço entre elas - estroma. Os tilacóides possuem membrana, que inclui muitas moléculas de pigmentos e um espaço interior.
In: Carrajola, C. (2007b).
Os seres fotossintéticos são capazes de sintetizar pigmentos fotossintéticos (clorofilas ou carotenóides) que captam a energia luminosa. Estes pigmentos são capazes de absorver luz com comprimentos de onda entre os 400 a 500nm e os 600 a 700nm (nm = nanómetros). A absorção é feita entre estes valores intermédios, pois comprimentos de onda com valores mais elevados provocam danos nas células.
Quando os fotões provenientes da energia luminosa transmitem energia aos electrões dos átomos que compõem os pigmentos fotossintéticos, esses electrões ficam mais energéticos, passando para um estado de maior energia, denomiado estado excitado.
Como tudo na natureza tem de voltar ao equilíbrio, estes electrões vão tentar livrar-se dessa energia a mais.
Os electrões em estados de maior energia encontram-se cada vez mais afastados do núcleo, sendo assim mais difícil para o núcleo manter os electrões "ligados" a si. Deste modo, estes electrões excitados podem ser cedidos aos átomos de outras moléculas próximas, por isso denominadas aceptores, dispostas ao longo da membrana interna do cloroplasto. Isto leva à ocorrência de uma reacção REDOX, ou seja, de transferência de electrões entre moléculas. A molécula que aceita os electrões denomina-se Oxidante e é reduzida, enquando a dadora de electrões se denomina Redutora e é oxidada.
Fig. 4 Transferência de energia durante a fotossíntese. Fluxo de electrões.
Quando os fotões provenientes da energia luminosa transmitem energia aos electrões dos átomos que compõem os pigmentos fotossintéticos, esses electrões ficam mais energéticos, passando para um estado de maior energia, denomiado estado excitado.
Como tudo na natureza tem de voltar ao equilíbrio, estes electrões vão tentar livrar-se dessa energia a mais.
Os electrões em estados de maior energia encontram-se cada vez mais afastados do núcleo, sendo assim mais difícil para o núcleo manter os electrões "ligados" a si. Deste modo, estes electrões excitados podem ser cedidos aos átomos de outras moléculas próximas, por isso denominadas aceptores, dispostas ao longo da membrana interna do cloroplasto. Isto leva à ocorrência de uma reacção REDOX, ou seja, de transferência de electrões entre moléculas. A molécula que aceita os electrões denomina-se Oxidante e é reduzida, enquando a dadora de electrões se denomina Redutora e é oxidada.
Fig. 4 Transferência de energia durante a fotossíntese. Fluxo de electrões.
In: Carrajola, C. (2007b).
É ao longo desta transferência, os electrões vão libertando a energia que tem em excesso, energia essa utilizada pelo cloroplasto para formar ATP (Adenosina Trifosfato) a partir de moléculas de ADP (Adenosina Difosfato) e Fosfato. Neste ponto, presenciamos a transformação de energia luminosa em energia química, que fica armazenada na ligação química que se estabeleceu para formar o ATP.
Ao longo desta transferência, os electrões perdidos pela clorofila são repostos pela molécula de água, através de um fenómeno denominado fotólise (desdobramento da molécula de água por acção da luz), que permite a separação dos átomos de hidrogénio do oxigénio, que é libertado pela planta para o meio ambiente. A molécula de água é composta por dois átomos de Hidrogénio e um de Oxigénio, unidos por ligações entre os dois electrões dos átomos de H e dois electrões do átomo de O. Ao doar electrões à clorofila, os átomos de H ficarão sem electrões para se ligar ao átomo de O, o que resulta na desmantelação da molécula de água. É deste fenómenos que resulta a produção de Oxigénio: a molécula de O é libertada para o ambiente.
É ao longo desta transferência, os electrões vão libertando a energia que tem em excesso, energia essa utilizada pelo cloroplasto para formar ATP (Adenosina Trifosfato) a partir de moléculas de ADP (Adenosina Difosfato) e Fosfato. Neste ponto, presenciamos a transformação de energia luminosa em energia química, que fica armazenada na ligação química que se estabeleceu para formar o ATP.
Ao longo desta transferência, os electrões perdidos pela clorofila são repostos pela molécula de água, através de um fenómeno denominado fotólise (desdobramento da molécula de água por acção da luz), que permite a separação dos átomos de hidrogénio do oxigénio, que é libertado pela planta para o meio ambiente. A molécula de água é composta por dois átomos de Hidrogénio e um de Oxigénio, unidos por ligações entre os dois electrões dos átomos de H e dois electrões do átomo de O. Ao doar electrões à clorofila, os átomos de H ficarão sem electrões para se ligar ao átomo de O, o que resulta na desmantelação da molécula de água. É deste fenómenos que resulta a produção de Oxigénio: a molécula de O é libertada para o ambiente.
Fase não dependente directamente da luz.
Nesta fase ocorre o ciclo de Calvin, o qual podemos dividir em três fases:
1ª Fase: Fixação do Carbono.
Nesta fase ocorre a combinação do CO2 com um glícido formado por cinco átomos de carbono, RuDP (ribulose difosfato), dando origem a um composto intermédio, instável, com seis carbonos. Este composto dá, imediatamente, origem a duas moléculas com três átomos de carbono, denominadas PGA (fosfoglicérico).
2ª Fase: Produção de compostos orgânicos.
Nesta fase as moléculas de PGA são fosforiladas pelo ATP (recebem dele um grupo fosfato) e reduzidas pelo NADPH (recebem dele electrões), os quais foram produzidos durante a fase dependente da luz. Deste modo, forma-se PGAL (aldeído fosfoglicérico), que vai ser utilizado para a síntese de amido, de aminoácidos, de glícidos e de ácidos gordos.
3ª Fase: Regeneração do aceitador.
10 das 12 moléculas do PGAL são utilizadas para regenerar o RuDP, que por sua vez irá ser usado para se iniciar uma nova 1ª fase do ciclo de Calvin.
Nesta fase ocorre o ciclo de Calvin, o qual podemos dividir em três fases:
1ª Fase: Fixação do Carbono.
Nesta fase ocorre a combinação do CO2 com um glícido formado por cinco átomos de carbono, RuDP (ribulose difosfato), dando origem a um composto intermédio, instável, com seis carbonos. Este composto dá, imediatamente, origem a duas moléculas com três átomos de carbono, denominadas PGA (fosfoglicérico).
2ª Fase: Produção de compostos orgânicos.
Nesta fase as moléculas de PGA são fosforiladas pelo ATP (recebem dele um grupo fosfato) e reduzidas pelo NADPH (recebem dele electrões), os quais foram produzidos durante a fase dependente da luz. Deste modo, forma-se PGAL (aldeído fosfoglicérico), que vai ser utilizado para a síntese de amido, de aminoácidos, de glícidos e de ácidos gordos.
3ª Fase: Regeneração do aceitador.
10 das 12 moléculas do PGAL são utilizadas para regenerar o RuDP, que por sua vez irá ser usado para se iniciar uma nova 1ª fase do ciclo de Calvin.
Fig. 5 O ciclo de Calvin.
In: Carrajola, C. (2007b).
Conclusão
Podemos concluir que as plantas obtêm a matéria necessária para a sua sobrevivência através de um processo denominado fotossíntese. Neste processo, vai utilizar o dióxido de carbono existente na atmosfera, juntamente com a água e outros nutrientes que obtém atravás do solo. Deste modo, a planta irá produzir energia química, que por sua vez vai ser utilizada na produção de compostos orgânicos como o amido, aminoácidos, glícidos e ácidos gordos. Deste processo resulta ainda a libertação de Oxigénio para o meio, demonstrando a extrema importância destes seres na manuntenção da vida na Terra.
Bibliografia
Livros
CARRAJOLA C.; CASTRO M.J.; HILÁRIO T. – Planeta com Vida, Biologia (volume 2). Santillana Constância, Carnaxide, 2007.
MATIAS O.; MARTINS P. – Biologia 10/11, Livro do Professor. Areal Editores, Porto, 2007
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