Fotossintese

Processo a partir do qual os organismos autotróficos fotossintéticos convertem a matéria mineral (matéria-prima inorgânica) em matéria orgânica, utilizando a energia luminosa. Este processo é realizado por plantas, algas, algumas bactérias e cianobactérias.
A fotossíntese inclui a fixação do dióxido de carbono atmosférico, usado na síntese de hidratos de carbono, resultando na libertação de oxigénio.
A compreensão do processo fotossintético teve por base vários estudos. Entre os vários investigadores, destacam-se:

- Joseph Priestley - em 1771 observou que, ao colocar uma vela num frasco selado, a chama apagava-se antes de a cera ser consumida. Repetindo a experiência, mas colocando no interior do frasco uma planta, verificou a formação de uma substância - o oxigénio - que permitia que a vela ardesse até ao fim.
- Jan Ingenhousz - deu continuidade às experiências de Priestley, observando que a substância responsável pela combustão completa da vela só se formava quando a planta era exposta à luz e que apenas as partes verdes eram capazes de a produzir.

- Jean Senebier - demonstrou, em 1796, que o dióxido de carbono era responsável pela extinção da chama da vela encerrada no frasco e que as plantas fixavam esta molécula durante a fotossíntese.

- Theodore de Saussure - os seus trabalhos mostraram que o dióxido de carbono fixado pelas plantas não era o único responsável pelo seu crescimento. Sugeriu que o aumento de massa se devia também à incorporação de água.
Apenas em 1845 foi estabelecido que a energia solar é armazenada sob a forma de energia química nos produtos resultantes do processo fotossintético.


A fotossíntese pode ser compreendida como um processo físico-químico, traduzido pela seguinte equação geral:




A energia luminosa utilizada na fotossíntese é captada através de pigmentos fotossintéticos - clorofilas (a, b, c e d), carotenóides e ficobilinas (ficoeritrina e ficocianina). Os diferentes tipos de pigmentos fotossintéticos possuem estruturas diversas, permitindo que cada um seja capaz de captar radiações de vários comprimentos de onda.
A faixa do espectro electromagnético correspondente à luz visível - que inclui radiações com comprimentos de onda que vão desde o violeta, com cerca de 380 nm, ao vermelho, com 700 nm - é designada radiação fotossinteticamente activa. As radiações mais eficientes para a fotossíntese são absorvidas pelos pigmentos nas faixas vermelho-alaranjada e azul-violeta do espectro electromagnético.

Os seres autotróficos fotossintéticos possuem um ou mais pigmentos fotossintéticos. Nas plantas superiores, os principais pigmentos fotossintéticos são as clorofilas (a e b) e os carotenóides: as clorofilas são responsáveis pela cor verde característica das plantas, enquanto que os carotenóides, também chamados pigmentos acessórios, são amarelados ou alaranjados.
Nas plantas a fotossíntese ocorre ao nível dos cloroplastos: é na membrana dos tilacóides destes organelos que se localizam as clorofilas.

O processo fotossintético compreende duas fases: a fase fotoquímica (luminosa), dependente da luz, e a fase química (obscura), não dependente da luz.
A fase fotoquímica ocorre nos tilacóides. Nesta etapa têm lugar reacções fotoquímicas importantes:
- fotólise da água - dissociação da molécula de água em oxigénio e hidrogénio, na presença da luz; a água funciona como o dador primário de electrões;
- oxidação da clorofila a - ao ser excitada pela luz, a clorofila a emite electrões, ficando na forma reduzida;
- fluxo de electrões - percurso seguido pelos electrões ao longo de cadeias de transportadores, onde ocorrem transferências energéticas que permitem a fotofosforilação do ADP em ATP;
. redução do NADP⁺ - os electrões reduzem o NADP⁺ (aceitador final de electrões) a NAPH.
Para que a fase fotoquímica ocorra é necessária a presença de luz, água, ADP+Pi e NADP⁺. Os produtos finais são O₂, ATP, NADPH e H⁺.


A fase química, também denominada ciclo de Calvin ou ciclo fotossintético redutor do carbono, ocorre no estroma e compreende um conjunto de reacções que não dependem da luz.
Ali, o dióxido de carbono é fixado, combinando-se com a ribulose difosfato (RuDP). Os electrões do NADPH e o ATP, produzidos na fase fotoquímica, são utilizados na produção do aldeído fosfoglicérido (PGAL), que pode seguir duas vias - intervir na regeneração da ribulose difosfato ou ser usado na síntese da glicose.

A fase não dependente da luz requer a presença de ATP, NADPH e CO₂. Os produtos finais desta fase são glicose, ADP+Pi, NADP⁺ e RuDP.

A fotossíntese pode ser influenciada por vários factores, internos e externos. Os factores internos podem ser, por exemplo, a estrutura dos cloroplastos e das folhas, o teor de pigmentos fotossintéticos, a quantidade de produtos fotossintéticos acumulada nos cloroplastos, a concentração de enzimas e de nutrientes. Exemplos de factores externos que interferem com o processo fotossintético são a luz, a temperatura, a salinidade, o grau de hidratação e a pressão parcial de CO_2.

Ingestão, digestão e absorção

Como os alimentos contêm, em regra, moléculas complexas, nos seres heterotróficos ocorre um conjunto de processos de modo que os constituintes dos alimentos sejam simplificados para poderem ser aproveitados a nível celular. Desse modo, após a ingestão, ou seja, a introdução dos alimentos no organismo, essas moléculas experimentam uma digestão, processo de transformação das moléculas complexas dos alimentos em substâncias mais simples, por reacções de hidrólise, catalisadas por enzimas. A absorção é a passagem do resultado da digestão (nutrientes simples) para o interior do nosso corpo onde são transportados a todas a células.


Digestão

Digestão intracelular: digestão dentro das células. As células englobam, muitas vezes, por endocitose, partículas alimentares constituídas por moléculas complexas que não transpõem a membrana das vesículas endocíticas. O restículo endoplasmático, o complexo de Golgi e os lisossomas têm um papel importante neste tipo de digestão. Esta digestão ocorre dentro de vacúolos digestivos (= vesículas endocíticas+lisossomas).
Esta verifica-se em seres unicelulares e em certas células de seres multicelulares.

Digestão extracelular: digestão realizada no exterior das células. Pode ser realizada fora ou dentro do corpo, intra ou extracorporal, respectivamente.


Ingestão


A digestão pode ser intracelular ou extra-celular. se for extra-celular pode ser intra-corporal ou extra-corporal.


• O tubo digestivo pode ser incompleto, com uma única abertura, ou completo, com duas aberturas, a boca e o ânus.
• A parede do intestino delgado contém vilosidades que melhoram a absorção dos nutrientes resultantes da digestão.

Transporte de materiais através da membrana plasmática

Em todas as células e membrana plasmática permite a entrada e saída de substâncias de que as células necessitam e a saída de produtos resultantes da sua actividade. Uma das suas propriedades fundamentais é a permeabilidade selectiva (apenas deixa passar o que lhe interessa). Os mecanismos pelos quais ocorrem as trocas de materiais através da membrana celular são variados. Alguns são controlados por processos físicos (transporte não mediado) e noutros intervêm proteínas da membrana (transporte mediado).

Transporte não mediado

Muitas substâncias atravessam a membrana celular a favor do gradiente de concentração, ou seja, do meio onde se encontram em maior concentração para o meio onde se encontram em menor, atingindo assim um equilíbrio térmico entre os dois meios.

Difusão simples: ocorre sem mediadores; sem gasto de energia; a favor do gradiente de concentração.

Osmose: movimento da água através de uma membrana selectivamente permeável, é um caso particular de difusão de difusão simples.

Tipo de solução	Concentração de solutos	Potencial da água	Descrição
Isotónica (isos = igual; tónos = vigor)	Igual à solução comparada	Igual à solução comparada	A concentração de solutos á igual nas duas soluções.
Hipertónico (hiper = muito; tónos = vigor)	Elevado	Baixo	Solução ou meio com elevada concentração de soluto.
Hipotónico ( hipo = pouco; tónos = vigor)	Baixa	Elevada	Solução ou meio com baixa concentração de soluto.

Meio hipotónico – a célula sofre pressão de turgescência, fica túrgida.

Meio hipertónico – a célula sofre plasmólise, fica plasmolisada.

Transporte mediado

O movimento de algumas substâncias através da membrana celular verifica-se devido á intervenção de proteínas transportadoras específicas.

Ao nível celular são comuns os processos de difusão facilitada e de transporte activo.

Difusão facilitada: o transporte de certas substâncias como a glicose e os aminoácidos ocorre a favor do gradiente de concentração, mas as partículas não se movimentam livremente, intervindo nesse transporte proteínas transportadoras da membrana. Essas proteínas são específicas e designam-se por permeases (enzimas). Etapas da difusão facilitada:

- Ligação de uma molécula de soluto á permease;

- Alteração da forma da proteína, o que permite a transferência dessa partícula através da membrana:

- Retorno da permease á sua conformação inicial.

Transporte activo: caracteriza-se por ser o transporte de uma substância através de uma membrana biológica contra o gradiente de concentração, havendo assim gasto de energia. Intervêm proteínas específicas (enzimas) da membrana pelo que é também um transporte mediado.

Transporte em quantidade

As células podem transferir para o seu interior ou libertar para o exterior macromolèculas tais com proteínas ou conjuntos de partículas de dimensões variadas.

1- Meio extracelular 2- Citoplasma 3- Vesícula endicítica

Endocitose: transporte de material para o interior da célula. O material é transportado através de invaginações da membrana. Essas invaginações progridem para o interior e separam-se da membrana, constituindo vesículas endocíticas.

Conhecem-se vários tipos de endocitose, como a fagocitose e a pinocitose:

Fagositose: o material alimentar é englobado por pseudópodes, prolongamentos emitidos pela célula, formando uma vesícula fagocítica. Está associada ao processo de digestão em muitos seres vivos unicelulares e ainda à actividade de células do sistema imunitário de muitos animais.

1- Material alimentar 2- Pseudópodes 3- Vesícula fagocítica

Pinocitose: pequenas gotas de fluido são captadas por invaginações da membrana e acabam por se separar formando vesículas pinocíticas. Está associada, por exemplo, à absorção de líquidos ao nível de células do intestino delgado.

1- Gotículas de fluido 2- Membrana plasmática 3- Meio extracelular 4- Vesícula pinocitica 5- Citoplasma

Exocitose: transporte de material para o exterior da célula. As vesículas contendo macromoléculas movem-se até à membrana. Efectua-se assim a fusão da membrana da vesícula com a membrana celular e o conteúdo da vesícula liberta-se o meio extracelular.

1- Meio extracelular 2- Vesícula endicítica 3- Citoplasma

Estrutura e composiçao da membrana plasmatica celular

As moléculas lipídicas constituem 50% da massa da maioria das membranas de células animais, sendo o restante, constituído de proteínas. As moléculas lipídicas são anfipáticas, pois possuem uma extremidade hidrofílica ou polar (solúvel em meio aquoso) e uma extremidade hidrofóbica ou não-polar (insolúvel em água).

Os três principais grupos de lipídios da membrana são os fosfolipídeos, o colesterol e os glicolipídeos.

Os fosfolipídeos possuem uma cabeça polar e duas caudas de hidrocarboneto hidrofóbicas (característica que confere a dupla camada lipídica). As caudas são normalmente ácidos graxos com diferenças no comprimento, o que influi na fluidez da membrana.

As moléculas de colesterol aumentam as propriedades de permeabilidade das duplas camadas lipídicas. Ela torna a bicamada lipídica menos sujeita a deformações, e assim, diminui a permeabilidade da membrana.

Os glicolipídeos auxiliam na proteção da membrana plasmática em condições adversas, como pH baixo. Sua presença altera o campo elétrico através da membrana e das concentrações dos íons na superfície da membrana. Acredita-se que essas moléculas participem dos processos de reconhecimento celular, e alguns glicolipídeos propiciam pontos de entrada para algumas toxinas bacterianas.

A membrana plasmática não é uma estrutura estática, os lipídios movem-se proporcionando uma fluidez à membrana. Os lipídios podem girar em torno de seu próprio eixo, podem difundir-se lateralmente na monocamada, migrar de uma monocamada para outra (flip-flop) que acontece raramente, e movimentos de flexão por causa das cadeias de hidrocarbonetos.

A fluidez da membrana plasmática depende também da temperatura e da quantidade de colesterol, pois quanto maior a temperatura e maior quantidade de colesterol, a membrana é menos fluida.

Moleculas da vida

A célula é uma organização de moléculas, extremamente complexa , e a vida resulta do relacionamento entre elas, segundo um plano harmoniosamente estabelecido. Umas garantem a estrutura da célula; outras, asseguram os diversos mecanismos de captação de energia e de matéria, e a sua transformação; outras ainda, ocupam-se da emissão ou da recepção e descodificação de informação exógena. Finalmente, uma pequena classe de moléculas, assume o papel fulcral de registar e perpetuar a informação subjacente ao referido plano de funcionamento.

As moléculas que intervêm na estrutura e no funcionamento da célula viva, designam-se por moléculas biológicas ou biomoléculas ou ainda, por moléculas da vida. Agrupam-se habitualmente em quatro classes: glúcidos, prótidos, lípidos e nucleótidos. A estas quatro classes, é de toda a justiça acrescentar uma quinta: a água.


Água


#intervém nas reacções quimicas
#actua como meio da difusão de muitas substancias
#é um regulador de temperatura, pois em presença de grandes variações de temperatura do meio experimenta pequenas variações
#intervém nas reacções de hidrólise
#excelente solvente, serve de veículo para materiais nutritivos necessários as células e produtos de excreção.



Hidratos de carbono


# constituídos por carbono, oxigénio e hidrogénio
#unidade estrutural: monossacarideos
#oligossacarideos: moléculas constituídas por duas a dez moléculas de monossacarideos ligadas entre si (ligação glicosidica), de que sao exemplo: a sacarose, a maltose e a frutose
#polissacarideos: hidratos de carbono complexos de que são exemplo: o amido , a celulose e o glicogéneo
#função energética
#função estrutural


Lípidos

#fraca solubilidade na água
#formados por ácidos gordos e glicerol
#triglisserideos: formados por uma molécula de glicerol e três de ácidos gordos
#fosfolipidos:formados por uma extremidade hidrofilica(composto azotado, acido fosforico e glicerol) e uma estremidade hidrofobica (tres moleculas de acidos gordos)
#função de reserva energética
#função estrutural
#funçao protectora
#função vitamínica e hormonal



Prótidos

#unidade estrutural: aminoacido (grupo amina e grupo carboxilo)
#peptidos: duas moléculas de aminoácidos ligadas por uma ligação peptidica
#proteínas:são constituídas por uma ou mais cadeias polipeptidicas e possuem uma estrutura tridimensional definida
#função estrutural
#função enzimática
#função de transporte
#função hormonal
#função de defesa
#função motora
#função de reserva alimentar.



Ácidos nucleicos

#DNA, formado por :grupo fosfato, pentose (desoxirribose) e uma base azotada (adenina, citosina, guanina e timina)
#RNA, formado por : grupo fosfato, pentose (ribose) e uma c«base azotada (citosina, uracilo, adenina e guanina)
#intervem na sintese de proteínas(DNA eRNA)
#diversidade da vida, pois cada organismo contem o seu DNA que o torna único (DNA)
#suporte universal da informação genética, intervem na actividade celular e é responsável pela transmissão da informação genética de geração em geração. (DNA)