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.
Na quimiossíntese, tal como na fotossíntese, é possível distinguir duas fases:
• Produção de moléculas de ATP e de NADPH - Da oxidação de compostos minerais (amoníaco, sulfureto de hidrogénio, carbonatos e sulfatos de ferro) obtêm-se electrões (e") e protões (H+) que vão ser transportados ao longo de uma cadeia, ocorrendo a fosforilação de ADP em ATP e a redução do NADP+ em NADPH.
• Redução 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 é um processo complexo que envolve a utilização da energia luminosa na produção de substâncias orgânicas a partir de dióxido de carbono (CO2) e água (H2O), com libertação de oxigénio (O2).
Este processo ocorre em todos os seres vivos que possuem pigmentos capazes de captar energia luminosa, pigmentos fotossintéticos, e reveste-se de uma grande importância para a generalidade dos seres vivos: produz substâncias orgânicas a partir de substâncias inorgânicas; transforma a energia luminosa em energia química que fica armazenada na glicose (principal combustível das células); e produz o oxigénio, gás essencial para a sobrevivência da maioria dos seres vivos, uma vez que intervém na respiração celular, processo pelo qual as células produzem energia.
Os principais pigmentos fotossintéticos presentes nas plantas e nas algas são as clorofilas, os carotenos, as xantofilas e as ficobilinas. Nestes organismos, esses pigmentos acumulam-se nos cloroplastos, organelos citoplasmáticos com forma discóide e cor verde devido à presença de clorofilas, sendo aí que ocorre a fotossíntese.
De entre os vários aspectos estruturais do cloroplasto destacam-se o estroma (matriz interna que preenche o seu interior) e os tilacóides (vesículas achatadas e empilhadas). É no cloroplasto que ocorre a fotossíntese, localizando-se os pigmentos fotossintéticos nas membranas dos tilacóides.
A energia solar é constituída por radiações de diferentes comprimentos de onda, sendo as radiações de comprimento de onda correspondentes ao espectro de luz visível (entre os 380 nanómetros e os 750 nanómetros) as que os seres vivos fotossintéticos utilizam na fotossíntese.
Através da análise do espectro de absorção dos diferentes pigmentos, constata-se que as radiações são absorvidas de forma diferente pelos pigmentos fotossintéticos, que se complementam na sua captação.
Enquanto as clorofilas a e b possuem picos de absorção que se situam nas zonas azul-violeta e vermelho-alaranjada do espectro de luz visível, os carotenóides absorvem preferencialmente radiação na zona do vermelho-alaranjado .
Processo fotossintético A fotossíntese é um processo complexo de reacções químicas que compreende duas fases: a fase fotoquímica e a 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 a quando oxidada. Por esta razão, a água é considerada o dador primário de electrões.
Oxidação da clorofila a e redução do NADP+ - A clorofila a, 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 pelo NADP+, que fica reduzido a NADPH. Para a redução do NADP+ a NADPH contribuem também os protões (2 H+) provenientes da fotólise da água.
Fotofosforilação - Ao longo da cadeia transportadora de electrões ocorrem reacções de oxidação--redução com libertação de energia. Esta energia é utilizada na fosforilação do ADP em ATP num processo denominado fotofosforilação.
Fase química
Esta fase, também designada por fase não dependente da luz, ocorre a redução do CO2 e a síntese de compostos orgânicos num ciclo de reacções conhecidas como ciclo de Calvin.
Este compreende basicamente as seguintes etapas:
Fixação do dióxido de carbono - O CO2 combina-se com uma pentose (ribulose difosfato - RuDP), formando um composto intermédio de seis átomos de carbono, que origina, quase imediatamente, duas moléculas de três átomos de carbono cada uma - ácido fosfoglicérico (PGA).
Formação do aldeído fosfoglicérido (PGAL) - As moléculas de ácido fosfoglicérico são fosforiladas pelo ATP e reduzidas pelo NADPH, formado na fase fotoquímica, originando um composto de três átomos de carbono, o aldeído fosfoglicérido.
Regeneração da ribulose difosfato e síntese de compostos orgânicos - A maior parte das moléculas de aldeído fosfoglicérido é utilizada na regeneração da ribulose difosfato (por cada 12 moléculas de aldeído fosfoglicérido 10 são utilizadas na regeneração da ribulose). As moléculas de aldeído fosfoglicérido que não intervêm na regeneração da ribulose são utilizadas na síntese de compostos orgânicos, como a glicose.
Atendendo aos compostos que intervêm na fase fotoquímica e no ciclo de Calvin, pode-se representar o processo fotossintético, de um modo global, pela equação:
Na maioria dos seres heterotróficos pluricelulares, a digestão extracelular ocorre fora das células, no exterior do organismo (fungos) ou no interior do corpo do organismo, em cavidades ou órgãos especializados (animais).
O facto de a digestão ocorrer no exterior das células, em cavidades digestivas, permite aos animais a ingestão de uma maior quantidade de alimento e uma digestão gradual realizada por acção de enzimas presentes em sucos digestivos lançados na cavidade digestiva. As enzimas, ao actuarem sobre os alimentos, transformam-nos em substâncias mais simples capazes de serem absorvidas.
A presença de um sistema digestivo permite, assim, um melhor aproveitamento dos alimentos e uma maior independência do organismo relativamente ao alimento, pois não necessita de estar continuamente a captar alimento. Nos sistemas digestivos dos animais observa-se a existência de um tubo, tubo digestivo, que pode ser uma simples cavidade ou mais complexo, constituído por diferentes órgãos especializados.
A evolução dos sistemas digestivos permitiu um aproveitamento cada vez mais eficaz dos alimentos imprescindíveis à vida, à medida que a sua complexidade aumentou.
O tubo digestivo de alguns seres vivos, como a hidra e a planaria, apresenta uma única abertura, que estabelece a comunicação entre o exterior e a cavidade digestiva, designada cavidade gastrovascular. Esta abertura, apesar de ser designada por boca, tem a função de boca e de ânus, permitindo, ao mesmo tempo, a entrada dos alimentos e a saída de resíduos alimentares não aproveitados - tubo digestivo incompleto.
Hidra com u tubo digestivo incompleto
O ser humano têm o tubo digestivo completo
Os animais dos Filos dos Cnidários e dos Platelmintes possuem um sistema digestivo incompleto, isto é, com uma só abertura, que funciona simultaneamente de boca e ânus, associada a uma cavidade gastrovascular. A cavidade gastrovascular, como o nome indica, funciona como órgão digestivo (gastro) e como órgão de distribuição (vascular), ocorrendo nela uma digestão extracelular dos alimentos e fazendo chegar o seu resultado às células. Estes animais não possuem sistema circulatório devido à existência desta cavidade que, associada à grande área destes animais quando comparada com o seu volume, lhes confere uma eficiente superfície de trocas. Também possuem uma digestão intracelular e uma digestão extracelular. Nos Cnidários, a digestão intracelular é mais importante que a digestão extracelular, no entanto, nos Platelmintes, a cavidade vascular muito ramificada permite a ocorrência de uma maior quantidade de digestão extracelular em relação à digestão intracelular. Nos Cnidários, o alimento entra através da boca, com a ajuda dos tentáculos, para a cavidade gastrovascular. As células glandulares da gastroderme exocitam enzimas digestivas para esta cavidade, ocorrendo uma digestão extracelular, sendo posteriormente fagocitado para as células digestivas da gastroderme o resultado desta digestão. Nestas células digestivas, ao nível dos vacúolos digestivos, realiza-se uma digestão intracelular, sendo seguidamente os micronutrientes difundidos para as células adjacentes. Nos Platelmintes o processo é semelhante, não contando estes animais com a ajuda dos tentáculos para ajudar a ingestão, mas antes com uma faringe que se projecta para fora da boca. Os produtos de excreção, nos dois filos, são exocitados para a cavidade gastrovascular e posteriormente para a água.
O tubo digestivo de alguns animais complexos, como a minhoca e o Homem, possui duas aberturas: a boca, por onde entram os alimentos, e o ânus, por onde são eliminados os resíduos alimentares - tubo digestivo completo.
A digestão pode ocorrer no interior das células, em vacúolos digestivos, designando-se por digestão intracelular. Neste processo intervêm vários sistemas membranares da célula, como o retículo endoplasmático, o complexo de Golgi e os lisossomas, organelos presentes no citoplasma de células eucarióticas. As proteínas sintetizadas nos ribossomas do retículo são transportadas até aos dictiossomas do 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. As vesículas provenientes do retículo endoplasmático fundem-se e originam os dictiossomas. No interior dos séculos dos dictiossomas as proteínas sofrem maturação, o que as torna funcionais, acabando por ser transferidas para vesículas que se separam do dictiossoma. Algumas destas vesículas fundem-se com a membrana celular, lançando o seu conteúdo para o meio extracelular por exocitose (hormonas, enzimas digestivas). Outras, que permanecem no citoplasma, contendo no seu interior enzimas digestivas, designam-se por 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, que podem transpor a sua membrana para o citoplasma por diferentes processos de transporte. Os resíduos resultantes da digestão são eliminados para o meio extracelular por exocitose.
No entanto, existem alguns animais que fogem a esta regra, os parasitas, que efectuam uma absorção do material já foi digerido. O processo digestivo normal é constituído por uma ingestão, um transporte e armazenamento, uma digestão, uma absorção e finalmente por uma egestão.
O local onde estas etapas decorrem depende do animal em causa, pois, por exemplo, uns não possuem qualquer cavidade digestiva, outros possuem uma cavidade simultaneamente, digestiva e vascular e os mais evoluídos possuem cavidades digestivas especializadas.
O sistema digestivo, dos animais que o possuem, é constituído por diferentes zonas onde estas funções possam decorrer, pelo que apresenta uma região receptora, uma região de transporte e de armazenamento, uma região de digestão e absorção e uma região de absorção de água e de concentração de resíduos.
Da mesma forma que os animais diferem uns dos outros, também as suas necessidades nutritivas são diferentes, pelo que diferentes são os seus sistemas digestivos. Os principais passos evolutivos dos sistemas digestivos e as suas vantagens são: A digestão deixa de ser intracelular, passando a ser extracelular.
Este facto implica a existência de uma cavidade digestiva, pelo que o animal pode ingerir uma maior quantidade de alimento de cada vez, obtendo uma maior quantidade de nutrientes, que lhe permitem alcançar uma taxa metabólica mais elevada, Além disso, não necessita de estar continuamente a ingerir alimentos, pois estes ficam em reserva durante algum tempo.
Surge uma cavidade digestiva e com ela uma boca (sistema digestivo incompleto, já que só possui uma abertura), permitindo um maior e melhor aproveitamento dos nutrientes.
Surge o sistema digestivo completo, isto é, possui pelo menos três órgãos; boca que permite a ingestão, intestino, que permite a digestão e a absorção, e ânus, que permite a egestão, possuindo deste modo duas aberturas. Surge assim a sequenciação e a simultaneidade das fases digestivas, pois a partir deste momento existe apenas uma direcção de funcionamento. O animal pode simultaneamente estar a ingerir alimentos, a digeri-los, a absorvê-los e até a eliminá-los, já que estes seguem apenas uma direcção. A digestão pode ocorrer em mais do que um órgão (estômago e intestino), o que aumenta a sua rapidez, logo a quantidade de nutrientes absorvidos. A absorção também é mais eficiente, pois realiza-se ao longo de uma maior superfície.
Aumento da área interna no intestino. O tiflosole nos Anelídeos e as vilosidade intestinais nos Mamíferos aumentaram a área interna do intestino delgado, logo a sua taxa de absorção, e, por isso, o seu metabolismo.
Aumenta o número e a diversidade de glândulas digestivas, elevando a quantidade e a variedade das enzimas digestivas.
A quantidade e variabilidade enzimática aumenta, o que permite uma digestão mais eficaz e um melhor aproveitamento dos nutrientes. Surgem órgãos ou estruturas cada vez mais adaptados ao tipo de alimento. As Aves possuem bico e não possuem dentes, pelo que, as granívoras, vão possuir papo e moela, com a finalidade de amolecerem os grãos que comem e de os digerir.
Exocitose é o processo pelo qual uma célula eucariótica viva liberta substâncias para o fluido extracelular, seja o fluido que envolve as células dum tecido, nos organismos multicelulares, seja para o ambiente aquático, por modificação da membrana celular, ou seja, sem ser por difusão. É o oposto de endocitose.
As substâncias a serem libertadas pela célula podem ser produtos de excreção, secreções, tais como toxinas ou hormonas, ou neurotransmissores (nas sinapses dos nervos).
Neste processo, uma vesícula com as substâncias a serem libertadas funde-se com a membrana celular e, a seguir, realizam-se três acções:
A superfície total da membrana celular aumenta, uma vez que agrega a si a membrana da vesícula. Esta é uma das formas de crescimento das células; As substâncias que se encontravam dentro da vesícula são libertadas para o exterior; e As proteínas da membrana vesicular encontram-se agora do lado de fora da membrana celular, proporcionando um mecanismo de regulação dos receptores e transportadores transmembrana.
Endocitose é o processo através do qual as células captam macromoléculas, substâncias particuladas e, em casos especializados outras células. O material a ser ingerido é, progressivamente, envolvido por uma pequena região da membrana plasmática, que primeiro invagina e depois se fecha e se desprende formando uma vesícula intracelular, que contém a substânca ou material ingerido. Dois tipos principais de endocitose podem ser distinguidos com base no tamanho das vesículas endocíticas formadas:
a pinocitose ("célula bebendo"), que envolve a ingestão de fluidos e solutos através de vesículas pequenas (150nm de diâmetro)
a fagocitose ("célula comendo"), que envolve a ingestão de partículas grandes como microorganismos e pedaços de células, via vesículas grandes denominadas fagossomos, geralmente maior que 250nm de diâmetro.
Embora a maioria das células eucarióticas esteja, continuamente, ingerindo fluidos e solutos por pinocitose, partículas grandes são ingeridas principalmente por células especializadas em fagocitose. A fagocitose, em protozoários, é uma forma de alimentação: partículas grandes captadas por endossomos chegam até os lisossomos e os produtos do processo de digestão subsequente chegam ao citosol para serem utilizados como alimento. Entretanto, poucas células em organismos multicelulares, são capazes de ingerir, eficientemente partículas grandes, e no intestino do animais, por exemplo, partículas grandes de alimento são quebradas no meio extracelular antes de serem importadas para a célula. A fagocitose é importante, para a maioria dos animais, para outros processos que não de nutrição. Em mamíferos existem dois tipos de glóbulos brancos no sangue especializados em fagocitose: macrofágos e neutrófilos que nos defendem contra infecções, ingerindo os microorganismos invasores. Para que sejam fagocitadas as partículas devem, em primeiro lugar, ligar-se a superfície do fagócito.
Em muitas células a endocitose é tão extensiva que uma grande fração da membrana plasmática é internalizada a cada hora. Os componentes da membrana plasmática (proteínas e lipídeos) são continuamente retornados à superfície celular em um ciclo endocítico-exocítico em grande escala, que é, em sua maior parte, mediado por cavidades e vesículas recobertos por clatrina. Muitos receptores da superfície da célula, que ligam macromoléculas extracelulares específicas, localizam-se em cavidades recobertas com clatrina, num processo denominado endocitose mediado por receptores. As vesículas endocíticas recobertas, rapidamente perdem sua cobertura de clatrina e se fundem com os endossomos prematuros. Muitos ligantes se dissociam de seus receptores no ambiente ácido do endossomo e acabam chegando aos lisossomos, enquanto muitos dos receptores são reciclados, via vesícula de transporte, de volta para superfície da célula para serem reutilizadas. Mas, complexo ligante-receptor pode seguir outras vias, a partir do compartimento endossomal. Em alguns casos, ambos, receptor e ligante, acabam sendo degradados nos lisossomos, causando a "down regulation" dos receptores.
Reserva(amido nas plantas e glicogénio nos animais)
Lípidos
Características:
Compostos ternários constituídos por carbono, hidrogénio e oxigénio (podem integrar outros elementos, como fósforo e azoto)
Insolúveis em água
Solúveis em solventes orgânicos, como o benzeno, o éter e o clorofórmio.
Tipo de ligação:éster
Alguns grupos:
-glicerídeos- resultam da ligação entre uma molécula de glicerol com uma, duas ou três moléculas de ácidos gordos; -fosfolípidos- moléculas antipáticas, pois possuem uma zona polar (hidrofílica), com afinidade para a água, e zona apolar (hidrofóbica); -esteróides (colesterol)
Funções:
Estrutural (membrana celular)
Enérgética (produção de calor)
Protectora(gordura subcutânea)
Hormonal(progesterona)
Ácidos nucleicos
Caracteristicas:
Unidade estrutural: nucleótido (constituído por um fosfato, uma pentose e uma base azotada)
Tipos:
-DNA (ácido desoxirribonucleico) com estrutura em duplo hélice -RNA (ácido ribonuceico) com estrutura simples
difusão facilitada- é a favor do gradiente de concentração. As proteínas transportadores da membrana plasmática chama-se permeases.
Transporte Activo
A nível celular existem situações em que as substâncias migram do local onde existem em menor concentração para o local onde existem em maior concentração, isto é, contra o seu gradiente de concentração.
Este tipo de transporte designa-se por transporte activo e para que ocorra é necessário que haja gasto de energia (ATP), para causar a alteração conformacional das proteínas transportadoras. Deste modo, o transporte activo é um tipo de transporte mediado, que se realiza com dispêndio de energia para a célula e contra o gradiente de concentração.
Os constituintes químicos de um ser vivo podem ser agrupados em:
*compostos inorgânicos ou minerais-água e sais minerais
*compostos orgânicos-hidratos de carbono ou glícidos, lípidos, prótidos, ácidos nucleicos
Polímero
Monómero
Prótidos
Aminoácidos
Hidratos de Carbono
Monossacarídeos
Lípidos
Ácidos gordos e glicerol
Ácidos nucleicos
nucleótico
Estes constituintes dessempenham várias funções; entre elas destacam-se:
Função estrutural- se entram na constituição dos componentes do organismo, tais como membranas celulares, ossos, conchas, sangue, etc.
Função energética- se são degradados nos processos de obtenção de energia na forma de ATP e calor;
Função enzimática e reguladora- se intervêm como agentes catalisadores das reacções químicas, quer no metabolismo celular quer em pocesso extracelulares, como a digestão, ou se controlam o funcionamento coordenado de orgãos e sistemas;
Função de armazenamento e transferência de informação- se garantem a expressão da informação genética e a sua transmissão aos descentes de todos os seres vivos.
Atendendo á complexidade da organização estrutural, as células podem agrupar-se em duas grandes categorias: células procarióticas e células eucarióticas. As células procarióticas, de que são exemplo as bactérias, são células de estrutura muito simples, de reduzidas dimensões e sem sistemas endomembranas, nomeadamente sem invólucro celular. As células eucarióticas são células estruturalmente mais complexas, de núcleo bem individualizado do citoplasma, delimitado por um invólucro nuclear. Nestas podem distinguir-se as células animais e as c´lulas vegetais, que apresentam algumas diferenças a nível estrutural. Contudo, em ambos os tipos observam-se três constiyuintes fundamentais: a membrana celular,o citoplasma e o núcleo. A membrana celular, membrana citoplasmática ou membrana plasmática delimita esteriormente a célula, servindo de barreira entre o meio intracelular (meio interno) e o meio extracelular (meio externo). O citoplasma ou hiloplasma, corresponde ao meio aquoso delimitado pela membrana celular. Para além da água, é constituído por vários iões e moléculas orgânicas, apresentando uma natureza coloidal e hialina.
A noção de célula evolui ao ritmo dos avanços tecnológicos no domínio da microscopia. Os conhecimentos resultantes da observação microscópica permitiram, no século XIX, a formulação da teoria celular. De acordo com o enunciado original desta teoria, a célula é a unidade estrutural básica de todos os seres vivos. Hoje em dia, a teoria celular é uma das grandes teorias unificadoras da Biologia e assenta nas seguintes generalizações: *a célula é a unidade básica estrutural e funcional de todos os seres vivos; *todas as células provêm de outras preexistentes; *a célula é a unidade de reprodução, de desenvolvimento e de hereditariedade de todos os seres vivos.
*Base ou Pé: Placa de apoio do microscópio que assenta sobre a mesa garantindo-lhe estabilidade.
*Coluna ou Braço: Haste vertical ou inclinável, fixada à base, que suporta as restantes partes componentes do microscópio. Parte por onde se pega no microscópio.
*Platina: Plataforma onde se colocam as preparações a observar. Tem no centro uma abertura – janela da platina – destinada à passagem dos raios luminosos. A preparação é fixada por duas molas ou pinças.
*Revólver: Suporte de objectivas, fixado à extremidade inferior do tubo, que serve para facilitar a substituição de uma objectiva por outra, colocando-as por rotação em posição de observação.
*Tubo ou Canhão: Suporte cilíndrico da ocular.
*Parafuso Macrométrico ou das grandes deslocações: Permite movimentos de grande amplitude, rápidos, por deslocação vertical da platina.
*Parafuso Micrométrico ou de focagem lenta: Permite movimentos lentos da deslocação da platina para focagens mais precisas.
Parte óptica:
*Sistema de ampliação: Consiste na associação de dois sistemas de lentes (objectiva e ocular) constituindo um sistema óptico composto.
*Objectiva: É uma associação de lentes, situada no revólver, que é colocada na extremidade mais próxima do objecto, ampliando a imagem do objecto (projecta uma imagem real, ampliada e invertida).
*Objectiva de imersão: (100x) A lente frontal da objectiva é mergulhada num óleo de imersão ( de cedro ou anisol). A imersão tem por fim aumentar o valor da abertura numérica e portanto, o poder de resolução da objectiva. Quanto maior for o índice de refracção, maior é a abertura numérica.
*Ocular: É uma associação de lentes que é colocada na extremidade do tubo, mais próxima do olho do observador e que recebe a imagem da objectiva, ampliando-a e tornando-a visível (fornece uma imagem ampliada, direita e virtual).
Sistema de iluminação: consiste na associação destas três peças fundamentais:
*Espelho Duplo ou Fonte de Luz: O espelho destina-se a reflectir a luz que recebe da fonte luminosa para a platina (usa-se a face plana para reflectir luz natural e a face côncava para reflectir luz artificial).
*Diafragma: Regula a quantidade de luz que vai atingir o campo do microscópio.
*Condensador: É um sistema de duas lentes que distribui regularmente no campo visual do microscópio, a luz reflectida pelo espelho ou directamente da fonte luminosa.
