Obtenção de matéria pelos seres autotróficos

     Para que o processo de autotrofia ocorra, estes seres utilizam energia luminosa – seres fotoautotróficos – ou energia resultante de reacções de oxidação-redução de determinados compostos químicos – seres quimioautotróficos.

                             Fotossíntese

A fotossíntese é um processo complexo que envolve a utilização da energia luminosa na produção de substâncias orgânicas a partir de C e , com a libertação de , realizado pelas cianobactérias, pelas algas e pelas plantas. Pode, por isso, dizer-se que estes seres convertem a energia luminosa em energia química.

 

A fotossíntese reveste-se de uma grande importância para os seres vivos porque:

·         Produz substâncias orgânicas a partir de substâncias inorgânicas;

·         Transporta a energia luminosa em energia química, que fica armazenada nos compostos orgânicos sintetizados;
·         Produz o oxigénio, gás essencial para a sobrevivência da maioria dos seres vivos.
 

Os principais pigmentos fotossintéticos presentes nas plantas e nas algas são as clorofilas. 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 de luz visível. Por essa razão, plantas sujeitas experimentalmente a luz com diferentes comprimentos de onda apresentam diferentes taxas fotossintéticas.

Quando os pigmentos fotossintéticos absorvem luz, os seus electrões passam para níveis de energia superiores. Os electrões excitados podem, seguidamente, regressar ao nível energético inicial – estado fundamental – libertando energia sob a forma de calor ou de luz, sendo este último caso designado fluorescência.

 

Admite-se, actualmente, que as clorofilas e os outros pigmentos fotossintéticos estão dispersos na bicamada fosfolipídica da membrana interna dos seus cloroplastos.

 

 

Durante as décadas de 40 e 50, foram realizadas experiências que contribuíram para esclarecer as etapas envolvidas no processo fotossintético. Essas experiências permitiram verificar que a fotossíntese compreendia duas fases:

 

·         Uma fase em que as reacções dependem da luz – fase fotoquímica.

 

·         Uma fase não dependente directamente da luz – fase química.

 

 

           Fase Fotoquímica

 

Nesta fase, também designada por fase dependente da luz, a energia luminosa, captada pelos pigmentos fotossintéticos, é convertida em energia química, que vai ser utilizada na fase seguinte. Nesta etapa ocorrem:

 

·         Fotólise da água – desdobramento da molécula de água em hidrogénio e oxigénio na presença da luz.

        O oxigénio é libertado e os hidrogénios cedem os seus electrões, que vão ser captados pela clorofila quando oxidada. Por esta razão, a água é considerada o dador primário de electrões.

·         Oxidação da clorofila – a clorofila, quando excitada pela luz, perde electrões, ficando oxidada. Esses electrões vão ser transferidos ao longo de uma cadeia de moléculas transportadoras de electrões até serem captados por um transportador de electrões, que fica reduzido. 

·         Fotofosforilação – ao longo da cadeia transportadora de electrões ocorrem reacções de oxidação-redução com libertação de energia. Essa energia é utilizada na fosforilação do ADP em ATP num processo chamado fotofosforilação.

 

     Fase Química

 

Nesta fase, também designada por fase não dependente da luz, ocorre a redução do Carbono  e a síntese de compostos orgânicos num ciclo de reacções conhecido como ciclo de Calvin. Este compreende, basicamente, as seguintes etapas:

·    Fixação do Carbono    ;

·         Produção de compostos orgânicos;

·         Regeneração da ribulose difosfato (RuDP). De uma forma mais particular:

·	O ciclo de Calvin tem início com a combinação do C	com uma pentose, isto é, um
	glícido  formado  por cinco  átomos  de carbono  – ribulose  difosfato  (RuDP)  –
	originado um composto intermédio instável, com 6 carbonos;
·	Este  composto  origina,  imediatamente,  duas  moléculas  com  três  átomos  de
	carbono – ácido fosfoglicérico (PGA);

·         As moléculas de PGA são fosforiladas pelo ATP e posteriormente reduzidas pelo NADPH, provenientes da fase fotoquímica, formando aldeído fosfoglicérico (PGAL);

·         Por cada doze moléculas de PGAL formadas, dez são utilizadas para regenerar a RuDP e duas são utilizadas para sintetizar compostos orgânicos;

·         Para se formar uma molécula de glicose, é necessário que o ciclo se realize seis vezes, gastando-se seis moléculas de C    , dezoito moléculas de ATP (três por cada ciclo) e doze moléculas de NADPH (duas por cada ciclo).

Durante a fase não dependente directamente da luz (reacções químicas), verifica-se:

·    A incorporação do C    ;

·       

A utilização da energia química contida no ATP e poder redutor do NADPH para formar compostos orgânicos.

   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 da energia solar, usa a energia proveniente da oxidação de substâncias inorgânicas, como a amónia, os nitritos, o enxofre e o ferro. Só algumas bactérias conseguem realizar este processo, como por exemplo, as bactérias nitrificantes, as bactérias sulfurosas, etc.

Na quimiossíntese, tal como na fotossíntese, é possível distinguir duas fases:

 ·    Produção de moléculas de ATP e redução de um transportador (NADPH) – da oxidação de compostos minerais (por exemplo: libertam-se electrões  e protões que vão ser transportados ao longo de uma cadeia, ocorrendo a fosforilação de ADP em ATP e a redução do transportador (NAD em NADPH).

 

·         Fixação de dióxido de carbono – esta fase corresponde à fase química da fotossíntese, ocorrendo também aqui um ciclo idêntico ao de Calvin, onde intervêm as moléculas de ATP e de NADPH produzidas 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 (    ) e electrões – molécula de água (fotossíntese) e oxidação de compostos minerais (quimiossíntese).

Reflexão pessoal: Tentei ao máximo, a partir de imagens e de definições explicar tudo ao pormenor visto que é fundamental ter um profundo conhecimento acerca deste tipo de obtenção de matéria, pois desencadeará outros estudos que necessitaram de uma profunda análise acerca mesmos.

 

Ingestão, Digestão e Absorção

   O processamento dos alimentos até que estes possam fornecer os seus constituintes para que sejam utilizados pelas células engloba a ingestão, a digestão e a absorção:

·         A ingestão consiste na entrada dos alimentos para o organismo;

      ·         A digestão é o conjunto de processos que permite a transformação de moléculas complexas dos alimentos em moléculas mais simples; 

·         A absorção consiste na passagem dos nutrientes resultantes da digestão para o meio interno.

 

A hidra e a planária possuem tubos digestivos incompletos, isto é, com uma só abertura, designada cavidade gastrovascular. Nestes casos, a digestão inicia-se na cavidade gastrovascular – digestão extracelular – onde são lançadas enzimas que actuam sobre os alimentos e os transformam em partículas simples.

 

As partículas parcialmente digeridas são depois fagocitadas por células que continuam a digestão dentro de vacúolos digestivos – digestão intracelular – ocorrendo a difusão das moléculas simples para as restantes células do organismo.

Alguns mecanismos adaptativos são a presença da faringe que permite à planária captar os animais de que se alimenta e a maior área de digestão e de absorção da planária resultante da ramificação da cavidade gastrovascular, que permite uma distribuição eficaz dos nutrientes por todas as células.

A minhoca e o Homem possuem um tubo digestivo completo, isto é, com duas aberturas – a boca, por onde entram os alimentos e o ânus que é por onde eles saem.

 

Na minhoca, o alimento entra pela boca, passa pela faringe, pelo esófago e deste para o papo, onde é acumulado e humidificado. De seguida, passa para a moela, onde é triturado

com a ajuda de grãos de areia. O alimento fraccionado por digestão mecânica segue para o intestino, onde:

·         Sofre a acção de enzimas que completam a digestão;

          ·        Ocorre a absorção de substâncias mais simples.

Os resíduos alimentares são eliminados pelo ânus.

No tudo digestivo do Homem, bem como em todos os vertebrados, cada uma das áreas é especializada numa etapa particular do processo digestivo, realizando-se a maior parte deste no estômago e no intestino delgado.

         ·         Na boca, por acção dos dentes e da saliva, inicia-se a digestão mecânica e química;

         ·         No estômago e no intestino delgado são produzidas enzimas específicas, ocorrendo também aqui a digestão mecânica e química;

         ·         No intestino delgado são lançados ao mesmo tempo o suco pancreático e a bílis, provenientes, respectivamente, do pâncreas e do fígado (glândulas anexas).

         ·         No intestino delgado, após terminar a digestão, inicia-se a absorção, facilitada pela existência de projecções ricamente vascularizadas da superfície intestinal que aumentam significativamente a área da superfície de absorção. Por difusão ou transporte activo, os diferentes nutrientes atravessam as membranas das células da parede intestinal e dos capilares sanguíneos ou linfáticos.

          ·         O material não absorvido passa para o intestino grosso, onde ocorre absorção de água antes da sua eliminação pelo ânus.

       As características de um tubo digestivo completo são o maior e mais eficaz aproveitamento dos alimentos, dado que estes se deslocam num único sentido, permitindo uma digestão e uma absorção sequenciais ao longo do tubo, a existência de vários órgãos, onde pode ocorrer digestão por acção mecânica e química (enzimas digestivas), a maior capacidade de absorção, uma vez que esta pode ocorrer em diferentes zonas do tubo, a eficiente eliminação através do ânus, dos resíduos alimentares não absorvidos e a possibilidade de armazenamento de maior quantidade de alimento.

Reflexão pessoal: Acima conseguimos perceber algumas diferenças entre sistemas digestivos tais como o do mamífero (Homem), da minhoca e da hidra.

Endocitose,Exocitose e Digestão Intracelular

Transporte de Partículas – Endocitose e Exocitose
   Por vezes as substâncias que a célula precisa no seu interior são demasiado grandes para passarem através da membrana citoplasmática. O transporte deste tipo de material para o interior da célula por invaginação da membrana celular chama-se endocitose. Existem vários tipos de endocitose, como a fagocitose, a pinocitose e a endocitose mediada por receptores.

Na fagocitose, a célula emite prolongamentos citoplasmáticos, os pseudópodes, que envolvem partículas de grandes dimensões ou mesmo células inteiras, acabando por formar uma vesícula que se destaca para o interior do citoplasma.

 

Na pinocitose, a membrana celular, por invaginação, engloba fluido extracelular contendo ou não pequenas partículas. Esta invaginação evolui para a formação de pequenas vesículas endocíticas.

 

Na exocitose, a célula liberta para o meio extracelular produtos resultantes da digestão intracelular ou moléculas sintetizadas no seu interior, tais como produtos de metabolismo celular, certas secreções (hormonas e enzimas) e proteínas estruturais (colagénio). Neste processo as vesículas de secreção convergem para a membrana, fundem-se com ela e libertam o seu conteúdo no meio extracelular.

Digestão Intracelular

A digestão intracelular ocorre no interior das células, através da acção de enzimas contidas em vacúolos digestivos. As proteínas enzimáticas sintetizadas nos ribossomas no retículo são transportadas até ao complexo de Golgi de duas formas: deslocam-se através dos canais do retículo endoplasmático até ao complexo de Golgi ou são armazenadas em vesículas que se destacam do retículo e que se fundem com o complexo de Golgi. No interior do complexo de Golgi, as proteínas enzimáticas, tais como outras que aí são processadas, sofrem maturação, o que as torna funcionais, acabando por ser transferidas para vesículas designadas lisossomas.

A digestão intracelular ocorre no interior de vacúolos digestivos, que resultam da fusão dos lisossomas com vesículas endocíticas ou com vesículas originadas no interior do citoplasma. Por acção das enzimas digestivas, as moléculas complexas existentes no interior dos vacúolos digestivos são desdobradas em moléculas mais simples. Os resíduos resultantes da digestão são eliminados para o meio extracelular por exocitose.

Reflexão pessoal: Como podemos verificar, o sistema endomembranar estabelece uma relação funcional entre o reticulo endoplasmático, o complexo de Golgi, os vacúolos e os lisossomas.

 

 

 

Movimentos Transmembranares

3.2.1.  Osmose

O movimento de água através da membrana citoplasmática designa-se osmose.

 A osmose é o movimento de moléculas de água de um meio menos concentrado (meio hipotónico e com menor pressão osmótica) para um meio mais concentrado (meio hipertónico e com maior pressão osmótica). Quando os meios possuem igual concentração (isotónicos), estabelece-se uma situação de equilíbrio em que o fluxo de água que entre nas células é igual ao fluxo de saída.

 

Na sequência dos movimentos osmóticos, a célula pode:

·         Perder água, diminuindo assim o seu volume celular. Nessa situação, a célula diz-se plasmolisada ou no estado de plasmólise.

·         Ganhar água, aumentando assim o seu volume celular e aumentando a pressão sobre a membrana/parede celular (pressão de turgescência). Neste caso, a célula diz-se túrgida ou no estado de turgescência.

No caso das células animais, a turgescência pode conduzir, em situação-limite, à ruptura da membrana celular (lise celular). Isto não acontece nas células vegetais pois possuem uma parede celular rígida.

 

Este processo não gasta energia. Diz-se, por isso, que é um transporte passivo.

Difusão Simples

 O movimento de outras substâncias através da membrana celular designa-se difusão simples. Neste processo de transporte, as moléculas de um soluto (C , ureia, etc.) deslocam-se do meio de maior concentração para o meio de menor concentração (a favor do gradiente de concentração). A velocidade de movimentação de soluto é directamente proporcional à diferença de concentração entre os dois meios. Neste processo não há gasto de energia – transporte passivo.

Difusão Facilitada

 

A difusão facilitada deve-se à existência de proteínas transportadoras na membrana, que promovem a passagem de moléculas. As proteínas são específicas para cada tipo de substância e denominam-se permeases. Neste processo de movimentação de solutos, as moléculas deslocam-se do meio de maior concentração para o meio de menor concentração (a favor do gradiente de concentração) com intervenção das permeases.

 

A velocidade de transporte da substância:

 

·         Aumenta com a concentração de soluto;

 

·         Mantém-se

quando todos os locais de ligação das permeases estão ocupados (saturação), mesmo que a concentração aumente – velocidade máxima.

 

Não há gasto de energia – transporte passivo.

Transporte Activo

 

Apesar dos processos de transporte passivo de substâncias através da membrana celular, a célula também pode manter várias substâncias no seu interior, em concentrações muito diferentes das do meio. Esta manutenção implica gasto de energia. Essa energia é utilizada para o movimento de substâncias contra um gradiente de concentração, através de proteínas transportadoras, num processo designado transporte activo.

Então, as moléculas de um soluto (Na+, K+) deslocam-se de um meio de maior concentração para um meio de menor concentração (contra o gradiente de concentração) com intervenção de proteínas transportadoras – as ATPases.

Este processo mantém um gradiente de concentração entre os meios intracelular e extracelular e implica gasto de energia (ATP).

Reflexão pessoal: Seja qual for o seu ponto de partida, interno ou externo, há necessidade de que certas substâncias atravessem a membrana plasmática para um bom funcionamento das células daí estes tipos de transporte.