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Como é que apenas um punhado de animais pode fazer fotossíntese?

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Pelo que entendi, toda a energia da qual os seres vivos dependem vem do sol. É processado pelas plantas na fotossíntese. Essas plantas são consumidas por herbívoros, que por sua vez são consumidos por carnívoros. A energia flui dessa forma, com a fotossíntese sendo a base crucial para todas as outras camadas.

Alguns dias atrás, eu estava me perguntando, por que os animais não fazem fotossíntese? Esta história fala sobre alguns animais exóticos que podem fazer fotossíntese, mas eles parecem ser um caso extremo.

Parece que existe uma regra prática: se uma criatura pode fazer fotossíntese, não pode se mover. Porque isto é assim? Não seria benéfico para um mamífero herbívoro ser capaz de criar açúcares diretamente da luz solar? Eles não teriam que pastar, apenas encontrar água e luz solar. É possível que eles tenham mais facilidade em evitar predadores e se expandir em mais território.

Você consegue pensar em um bom motivo pelo qual essas criaturas nunca se tornaram populares?


É tudo uma questão de energia.

Estima-se que sejam necessários 5.000 metros quadrados de plantas para alimentar a pessoa média no mundo desenvolvido, enquanto a mesma fonte fornece o mínimo possível para um ser humano em condições ideais, 700 metros quadrados. Em comparação, a pessoa média cobre menos de 1 metro quadrado. Embora haja muito desperdício (os animais são capazes de comer apenas uma pequena porcentagem da energia que a planta produz), a energia total disponível da fotossíntese ainda é muito menor do que as necessidades diárias de um animal típico.

Mesmo no caso da lesma que você vinculou (que você esperaria que precisasse do mínimo de energia possível para um animal móvel), parece que eles obtêm pouca ou nenhuma energia real da fotossíntese.

Conseqüentemente, você vê a fotossíntese restrita à vida que tem requisitos de energia extraordinariamente baixos, o que normalmente significa estar estacionário (ou se movendo muito, muito lentamente, como no caso de algumas plantas). Assim que você se adapta a um nicho móvel de alta energia, você precisa ter acesso a muito mais energia do que a fotossíntese pode fornecer.


A quantidade de energia proveniente do Sol é limitada (cerca de 750 W / m ^ 2, perpendicular à luz incidente). É necessária uma quantidade comparativamente grande de energia para se mover, então um animal fotossintético não seria capaz de se mover muito ou com muita frequência. (E de fato os exemplos conhecidos não.)


Pesquisa surpreendente revela que a fotossíntese pode ser tão antiga quanto a própria vida

A descoberta também desafia as expectativas de como a vida pode ter evoluído em outros planetas. A evolução da fotossíntese que produz oxigênio é considerada o fator-chave no eventual surgimento de vida complexa. Acreditava-se que isso levaria vários bilhões de anos para evoluir, mas se de fato a vida mais antiga foi capaz de fazê-lo, então outros planetas podem ter desenvolvido uma vida complexa muito antes do que se pensava.

“Agora, sabemos que o fotossistema II mostra padrões de evolução que geralmente são atribuídos apenas às enzimas mais antigas conhecidas, que foram cruciais para a evolução da própria vida.” - Dr. Tanai Cardona

A equipe de pesquisa, liderada por cientistas do Imperial College London, rastreou a evolução das proteínas-chave necessárias para a fotossíntese, possivelmente até a origem da vida bacteriana na Terra. Seus resultados são publicados e acessíveis gratuitamente em BBA - Bioenergética.

O pesquisador líder, Dr. Tanai Cardona, do Departamento de Ciências da Vida do Imperial, disse: “Tínhamos mostrado anteriormente que o sistema biológico para realizar a produção de oxigênio, conhecido como Fotossistema II, era extremamente antigo, mas até agora não tínhamos sido capaz de colocá-lo na linha do tempo da história da vida.

& # 8220Agora, sabemos que o fotossistema II mostra padrões de evolução que geralmente são atribuídos apenas às enzimas mais antigas conhecidas, que foram cruciais para a evolução da própria vida. ”

Produção precoce de oxigênio

A fotossíntese, que converte a luz solar em energia, pode vir em duas formas: uma que produz oxigênio e outra que não. Supõe-se que a forma produtora de oxigênio tenha evoluído mais tarde, particularmente com o surgimento de cianobactérias, ou algas verde-azuladas, cerca de 2,5 bilhões de anos atrás.

Embora algumas pesquisas tenham sugerido que bolsões de fotossíntese produtora de oxigênio (oxigênio) podem ter existido antes disso, ainda era considerada uma inovação que levou pelo menos dois bilhões de anos para evoluir na Terra.

A nova pesquisa descobriu que enzimas capazes de realizar o processo-chave na fotossíntese oxigenada - dividir a água em hidrogênio e oxigênio - podem na verdade estar presentes em algumas das primeiras bactérias. A evidência mais antiga de vida na Terra tem mais de 3,4 bilhões de anos e alguns estudos sugeriram que a vida mais antiga poderia ter mais de 4,0 bilhões de anos.

Colônias de cianobactérias ao microscópio.

Como a evolução do olho, a primeira versão da fotossíntese oxigenada pode ter sido muito simples e ineficiente, visto que os primeiros olhos sentiam apenas a luz, a primeira fotossíntese pode ter sido muito ineficiente e lenta.

Na Terra, levou mais de um bilhão de anos para que as bactérias aperfeiçoassem o processo que levou à evolução das cianobactérias, e mais dois bilhões de anos para que animais e plantas conquistassem a terra. No entanto, como a produção de oxigênio estava presente tão cedo significa que em outros ambientes, como em outros planetas, a transição para uma vida complexa poderia ter levado muito menos tempo.

Medindo relógios moleculares

A equipe fez sua descoberta traçando o "relógio molecular" das principais proteínas da fotossíntese responsáveis ​​pela divisão da água. Este método estima a taxa de evolução das proteínas observando o tempo entre os momentos evolutivos conhecidos, como o surgimento de diferentes grupos de cianobactérias ou plantas terrestres, que hoje carregam uma versão dessas proteínas. A taxa de evolução calculada é então estendida no tempo, para ver quando as proteínas evoluíram pela primeira vez.

“Poderíamos desenvolver fotossistemas capazes de realizar novas reações químicas ecológicas e sustentáveis ​​complexas, totalmente alimentadas por luz.” - Dr. Tanai Cardona

Eles compararam a taxa de evolução dessas proteínas de fotossíntese com a de outras proteínas-chave na evolução da vida, incluindo aquelas que formam moléculas de armazenamento de energia no corpo e aquelas que traduzem sequências de DNA em RNA, que se pensa ter se originado antes do ancestral de toda a vida celular na Terra. Eles também compararam a taxa com eventos que sabidamente ocorreram mais recentemente, quando a vida já era variada e as cianobactérias apareceram.

As proteínas da fotossíntese mostraram padrões de evolução quase idênticos aos das enzimas mais antigas, remontando no tempo, sugerindo que evoluíram de maneira semelhante.

O primeiro autor do estudo, Thomas Oliver, do Departamento de Ciências da Vida do Imperial, disse: “Usamos uma técnica chamada Reconstrução de Sequência Ancestral para prever as sequências de proteínas de proteínas fotossintéticas ancestrais.

& # 8220 Essas sequências nos fornecem informações sobre como o ancestral Fotossistema II teria funcionado e fomos capazes de mostrar que muitos dos principais componentes necessários para a evolução do oxigênio no fotossistema II podem ser rastreados até os primeiros estágios da evolução da enzima. ”

Evolução dirigida

Saber como essas proteínas-chave da fotossíntese evoluem não é apenas relevante para a busca de vida em outros planetas, mas também pode ajudar os pesquisadores a encontrar estratégias para usar a fotossíntese de novas maneiras por meio da biologia sintética.

O Dr. Cardona, que está liderando esse projeto como parte de seu UKRI Future Leaders Fellowship, disse: “Agora que temos uma boa noção de como as proteínas da fotossíntese evoluem, adaptando-se a um mundo em mudança, podemos usar a 'evolução direcionada' para aprender como para mudá-los para produzir novos tipos de química.

& # 8220Podemos desenvolver fotossistemas que podem realizar novas reações químicas ecológicas e sustentáveis ​​complexas, totalmente alimentadas por luz. ”


Ciência futurista

Os cientistas há muito buscam manter as pessoas vivas usando partes de animais - um processo conhecido como xenotransplante. Mas por muito tempo se acreditou ser impossível os primeiros experimentos mostraram que o corpo leva cerca de cinco minutos para rejeitar um órgão de outra espécie. “Ninguém ousaria falar” sobre a realização de testes clínicos para xenotransplantes, diz Leo Bühler, presidente da Associação Internacional de Xenotransplantes.

Para que um rim, coração ou pulmão de porco mantenha uma pessoa viva, o sistema imunológico humano deve ser enganado para não reconhecer que ele vem de uma espécie diferente. É aí que entra a tecnologia de edição de genes Crispr, permitindo que os pesquisadores façam alterações direcionadas a um conjunto completo de genes em muitos lugares simultaneamente. Crispr - abreviação de repetições palíndrômicas curtas com espaçamento regular agrupado - foi usado pela eGenesis para eliminar do genoma do porco um grupo de vírus que alguns temem que possam chegar aos humanos após um transplante. Agora eles também estão trabalhando para remover marcadores que identificam as células como estranhas para que o sistema imunológico humano não as rejeite

Wenning Qin em seu laboratório na eGenesis. Fotografia: Tony Luong / The Guardian


Fotossíntese

Fotossíntese é o processo pelo qual as plantas usam luz solar, água e dióxido de carbono para criar oxigênio e energia na forma de açúcar.

Folhas de árvores verdes

As folhas da planta são verdes porque essa cor é a parte da luz do sol refletida por um pigmento nas folhas chamado clorofila.

Fotografia cortesia do Shutterstock

A maior parte da vida na Terra depende da fotossíntese. O processo é realizado por plantas, algas e alguns tipos de bactérias, que capturam energia da luz solar para produzir oxigênio (O2) e energia química armazenada na glicose (um açúcar). Os herbívoros então obtêm essa energia comendo plantas, e os carnívoros a obtêm comendo herbívoros.

O processo

Durante a fotossíntese, as plantas absorvem dióxido de carbono (CO2) e água (H2O) do ar e do solo. Dentro da célula vegetal, a água é oxidada, o que significa que perde elétrons, enquanto o dióxido de carbono é reduzido, o que significa que ganha elétrons. Isso transforma a água em oxigênio e o dióxido de carbono em glicose. A planta então libera o oxigênio de volta no ar e armazena energia dentro das moléculas de glicose.

Dentro da célula vegetal existem pequenas organelas chamadas cloroplastos, que armazenam a energia da luz solar. Dentro das membranas tilacóides do cloroplasto existe um pigmento absorvente de luz chamado clorofila, que é responsável por dar à planta sua cor verde. Durante a fotossíntese, a clorofila absorve energia das ondas de luz azul e vermelha e reflete as ondas de luz verde, fazendo com que a planta pareça verde.

Reações dependentes de luz vs. reações independentes de luz

Embora existam muitas etapas por trás do processo de fotossíntese, ele pode ser dividido em dois estágios principais: reações dependentes de luz e reações independentes de luz. A reação dependente da luz ocorre dentro da membrana do tilacóide e requer um fluxo constante de luz solar, daí o nome luzdependente reação. A clorofila absorve energia das ondas de luz, que é convertida em energia química na forma das moléculas ATP e NADPH. O estágio independente de luz, também conhecido como Ciclo de Calvin, ocorre no estroma, o espaço entre as membranas do tilacóide e as membranas do cloroplasto, e não requer luz, daí o nome luzindependente reação. Durante esse estágio, a energia das moléculas de ATP e NADPH é usada para montar moléculas de carboidratos, como a glicose, a partir do dióxido de carbono.

No entanto, nem todas as formas de fotossíntese são criadas iguais. Existem diferentes tipos de fotossíntese, incluindo fotossíntese C3 e fotossíntese C4. A fotossíntese C3 é usada pela maioria das plantas. Envolve a produção de um composto de três carbonos chamado ácido 3-fosfoglicérico durante o Ciclo de Calvin, que passa a se tornar glicose. A fotossíntese C4, por outro lado, produz um composto intermediário de quatro carbonos, que se divide em dióxido de carbono e um composto de três carbonos durante o Ciclo de Calvin. Um benefício da fotossíntese C4 é que, ao produzir níveis mais elevados de carbono, permite que as plantas prosperem em ambientes sem muita luz ou água.

As folhas da planta são verdes porque essa cor é a parte da luz do sol refletida por um pigmento nas folhas chamado clorofila.


Colocamos essa questão a Howard Griffiths, do departamento de Ciências Vegetais da Universidade de Cambridge.

Quando essa pergunta foi feita pela primeira vez sobre o papel do luar na fotossíntese, minha resposta inicial não foi um acaso! Porque a intensidade da luz que refletimos na lua é uma ordem de 100-1000 vezes insuficiente para suportar a fotossíntese na maioria dos vasos de plantas terrestres e plantas que temos em nosso jardim.

No entanto, eu fiz algumas pesquisas e olhei algumas análises mais recentes das taxas de fotossíntese em algas. Surpreendentemente, parece que alguns grupos de fitoplâncton muito pequenos podem ser capazes de fotossintetizar usando a luz da lua, desde que esteja nos trópicos e não seja atenuada por uma coluna de água, que tende a absorver luz exponencialmente.

Portanto, a resposta ainda é "provavelmente não" porque, obviamente, o fitoplâncton cresce em uma coluna de água, então não é muito provável que seja capaz de captar a intensidade da luz.

No entanto, também abre uma série de questões intrigantes porque as plantas certamente tentam evitar a luz da lua. Tenho certeza de que muitos de vocês estão familiarizados com o dobramento das folhas que vemos no trevo crescendo em seus gramados e muitas plantas no jardim dobram suas folhas à noite. Darwin se interessou por isso e achou que tinha a ver com as folhas tentando manter seu equilíbrio térmico à noite.

O que achamos que está acontecendo agora é que as folhas estão tentando evitar o luar para evitar que seus ritmos circadianos sejam interrompidos por essas intensidades de luz variáveis, porque certamente respondem ao luar. Na verdade, agora se sabe que muitos animais - animais tão diversos como cobras e crocodilos - e toda uma gama de plantas e diferentes sistemas, incluindo humanos - são altamente sensíveis ao luar e à maneira como ele pode interromper nosso controle circadiano e nossa percepção de duração do dia.


Como é que apenas um punhado de animais pode fazer fotossíntese? - Biologia

Ao usar a energia da luz solar, as plantas podem converter dióxido de carbono e água em carboidratos e oxigênio em um processo chamado fotossíntese. Como a fotossíntese requer luz solar, esse processo só acontece durante o dia. Freqüentemente gostamos de pensar nisso como as plantas “respirando dióxido de carbono e“ expirando oxigênio. No entanto, o processo não é exatamente tão simples. Como animais, as plantas precisam quebrar os carboidratos em energia. O oxigênio é necessário para fazer isso. Então por que as plantas se livram de todo o oxigênio que produzem durante a fotossíntese? A resposta é, eles não. As plantas realmente retêm uma pequena quantidade do oxigênio que produziram na fotossíntese e usam esse oxigênio para quebrar os carboidratos e dar-lhes energia.

Mas o que acontece à noite quando não há luz solar necessária para a fotossíntese? Curiosamente, para manter seu metabolismo e continuar respirando à noite, as plantas devem absorver oxigênio do ar e liberar dióxido de carbono (que é exatamente o que os animais fazem). Felizmente para todos nós, respiradores de oxigênio, as plantas produzem aproximadamente dez vezes mais oxigênio durante o dia do que o que consomem à noite.

As plantas transformam o açúcar em energia usando os mesmos processos que fazemos. O oxigênio é necessário para quebrar o açúcar em dióxido de carbono, liberando energia que as plantas podem usar para se manterem vivas.

No entanto, as plantas também absorvem energia do sol (luz), dióxido de carbono da atmosfera e água do solo - todos eles usam para fazer açúcar e liberar oxigênio. (Eles usam o 'carbono' do dióxido de carbono para construir a molécula de açúcar). Como não há luz solar à noite, isso dá às plantas uma maneira de permanecer vivas, mesmo quando não há luz.

Contudo, as plantas usam açúcar para construir quase tudo! A celulose, a substância dura das plantas, é apenas um punhado de moléculas de açúcar ligadas entre si. Não podemos digeri-lo, mas alguns animais podem. Da mesma forma, as plantas produzem amido (açúcar ligado, mas não tão fortemente) para armazenar energia para quando escurecer. Somos capazes de digerir o amido.

Uma vez que as plantas usam o açúcar, elas produzem mais do que apenas energia, eles produzem mais oxigênio do que usam.

Ótima pergunta! As plantas produzem oxigênio, porque quando fotossintetizam, absorvem dióxido de carbono (CO2 uma forma gasosa de carbono ligada a duas moléculas de oxigênio) e água (H2(Um oxigênio ligado a dois átomos de hidrogênio) e combiná-los usando a energia da luz para produzir açúcares e oxigênio. Isso armazena a energia em ligações químicas (nos açúcares) e libera O2. A equação química para isso é:
6CO2 + 6H2 C6H12O6(açúcar) + 6O2

As plantas usam esses açúcares como fazemos quando os consumimos, para obter energia. As plantas usam os açúcares que produzem oxidando-os (com O2, assim como nós) para liberar a energia armazenada nas ligações. Eles liberam CO2 (assim como nós, quando respiramos). Mas, quando as plantas estão fotossintetizando, elas liberam mais O2 durante a fotossíntese do que eles irão consumir na respiração (oxidando os açúcares que eles produziram). Eles liberam o oxigênio através dos mesmos poros que permitem o CO2 para entrar em suas células de folha.

A resposta rápida para sua pergunta é que o oxigênio é apenas um resíduo quando as plantas fazem a fotossíntese.

As plantas podem fazer duas coisas importantes:
Use a energia do sol para transformar CO2 (dióxido de carbono) e H2O (água) em açúcar (C6H12O6) com oxigênio (O2) sobrou. Isto é fotossíntese.

E eles podem:
Divida o açúcar (C6H12O6) em CO2 (dióxido de carbono) e H2O (água), mas eles precisam (O2) oxigênio para fazer isso. Isto é respiração celular.

Só podemos fazer a segunda coisa.
o primeira lei da termodinâmica nos diz que a matéria não pode ser criada ou destruída. Não pode vir do nada e não pode desaparecer. Portanto, o mesmo número de átomos (C, H, O) deve entrar e sair. Vamos escrever fotossíntese como uma equação equilibrada.

Fotossíntese:
6CO2 + 6H2O dá C6H12O6 + 6O2
Conte o número de átomos de carbono em cada lado da seta. Se você tem seis de um lado, precisa de seis do outro. Agora conte os átomos de hidrogênio. (6 x 2) de um lado e 12 do outro. Quantos átomos de oxigênio estão no lado esquerdo?
(6 X 2) + (6 X 1) = ___. Agora quantos átomos de oxigênio estão na glicose? 6.
Então você tem átomos de oxigênio sobrando. É aí que o O2 vem de. É o material que sobra da fabricação do açúcar. Assim como quando você faz algo, as sobras que você corta não desaparecem. A planta respira o oxigênio, o que é bom para todos nós, animais, porque precisamos de oxigênio, como você sabe.

Poderia haver animais sem plantas? Poderia haver plantas sem animais?

As plantas produzem oxigênio como um produto residual da fabricação de açúcar usando luz solar, dióxido de carbono e água. Se uma planta precisa de energia, mas não tem luz solar, ela pode queimar o açúcar que produzia quando tinha luz solar e, para isso, requer oxigênio.


Sai

A troca de oxigênio e dióxido de carbono na folha (bem como a perda de vapor d'água na transpiração) ocorre por meio de poros chamados estômatos (singular = estoma).

Normalmente os estômatos abrem quando a luz atinge a folha pela manhã e fecham à noite. A causa imediata é uma mudança no turgor do células de guarda. A parede interna de cada célula de guarda é espessa e elástica. Quando o turgor se desenvolve dentro das duas células-guarda que flanqueiam cada estoma, as paredes externas delgadas se projetam e forçam as paredes internas a uma forma crescente. Isso abre o estoma. Quando as células-guarda perdem o turgor, as paredes internas elásticas recuperam sua forma original e o estoma se fecha.

Tempo Pressão Osmótica lb / pol 2
7 DA MANHÃ. 212
11h 456
17:00 272
12 meia-noite 191

A tabela mostra a pressão osmótica medida em diferentes horas do dia em células de guarda típicas. A pressão osmótica dentro das outras células da epiderme inferior permaneceu constante em 150 lb / em 2 (

1000 quilopascal, kPa). Quando a pressão osmótica das células guarda tornou-se maior do que a das células circundantes, os estômatos se abriram. À noite, quando a pressão osmótica das células-guarda caia para quase a das células vizinhas, os estômatos se fechavam.

Abrindo estômatos

O aumento da pressão osmótica nas células guarda é causado pela captação de potássio íons (K +). A concentração de K + nas células-guarda abertas excede em muito a das células vizinhas. É assim que ele se acumula:

  • A luz azul é absorvida por fototropina que ativa uma bomba de prótons (uma H + -ATPase) na membrana plasmática da célula guarda.
  • O ATP, gerado pelas reações de luz da fotossíntese, aciona a bomba.
  • Conforme os prótons (H +) são bombeados para fora da célula, seu interior se torna cada vez mais negativo.
  • Isso atrai íons de potássio adicionais para a célula, aumentando sua pressão osmótica.

Fechando estômatos

Embora os estômatos abertos sejam essenciais para a fotossíntese, eles também expõem a planta ao risco de perda de água pela transpiração. Cerca de 90% da água captada por uma planta é perdida na transpiração. Em angiospermas e gimnospermas (mas não em samambaias e licopsídeos), o ácido abscísico (ABA) é o hormônio que desencadeia o fechamento dos estômatos quando a água do solo é insuficiente para acompanhar a transpiração (que geralmente ocorre por volta do meio-dia).

  • O ABA se liga a receptores na superfície da membrana plasmática das células guarda.
  • Os receptores ativam várias vias de interconexão que convergem para produzir
    • um aumento no pH do citosol
    • transferência de Ca 2+ do vacúolo para o citosol

    Os estômatos abertos também fornecem uma abertura através da qual as bactérias podem invadir o interior da folha. No entanto, as células guarda têm receptores que podem detectar a presença de moléculas associadas a bactérias chamadas padrões moleculares associados a patógenos (PAMPs). LPS e flagelina são exemplos. Quando as células guarda detectam esses PAMPs, o ABA medeia o fechamento do estoma e, assim, fecha a porta para a entrada de bactérias.

    Este sistema de imunidade inata assemelha-se ao encontrado em animais.

    Densidade de estômatos

    A densidade dos estômatos produzidos nas folhas em crescimento varia com fatores como o temperatura, umidade, e intensidade da luz ao redor da planta. Também depende da concentração de dióxido de carbono no ar ao redor das folhas. O relacionamento é inverso ou seja, como a concentração de CO 2 aumenta, o número de estômatos produzidos diminui e vice-versa. Alguma evidência:

    • Plantas cultivadas em uma atmosfera artificial com um alto nível de CO 2 têm menos estômatos do que o normal.
    • Espécimes de herbário revelam que o número de estômatos em uma determinada espécie tem diminuído nos últimos 200 anos & mdash o tempo da revolução industrial e níveis crescentes de CO 2 na atmosfera.

    Esses dados podem ser quantificados determinando o índice estomático: a proporção do número de estômatos em uma determinada área dividido pelo número total de estômatos e outras células epidérmicas na mesma área.

    Como a planta determina quantos estômatos produzir?

    Acontece que as folhas maduras da planta detectam as condições ao seu redor e enviam um sinal (sua natureza ainda é desconhecida - mas veja abaixo * ) que ajusta o número de estômatos que se formarão nas folhas em desenvolvimento.

    Dois experimentos (relatados por Lake et al., Em Natureza, 411: 154, 10 de maio de 2001):

    • Quando as folhas maduras da planta (Arabidopsis) são envoltos em tubos de vidro cheios com altos níveis (720 ppm) de CO 2 , as folhas em desenvolvimento têm menos estômatos do que o normal, embora cresçam no ar normal (360 ppm).
    • Por outro lado, quando as folhas maduras recebem ar normal (360 ppm CO 2 ) enquanto o tiro é exposto a alto CO 2 (720 ppm), as novas folhas se desenvolvem com o índice estomático normal.

    * Um sinal que aumenta a densidade estomática em mudas de Arabidopsis com 2 dias de idade (uma configuração experimental diferente da anterior) é um peptídeo de 45 aminoácidos denominado Stomagen que é liberado pelas células do mesofilo e induz a formação de estômatos na epiderme acima.

    Os estômatos revelam níveis anteriores de dióxido de carbono

    Porque CO 2 os níveis e o índice estomático estão inversamente relacionados, as folhas fósseis poderiam nos dizer sobre os níveis anteriores de CO 2 na atmosfera? sim. Conforme relatado por Gregory Retallack (em Natureza, 411: 287, 17 de maio de 2001), seu estudo das folhas fósseis do ginkgo e seus parentes mostra:

    • seus índices estomáticos eram Alto no final do período Permiano (275 & ndash290 milhões de anos atrás) e novamente na época do Pleistoceno (1 & ndash8 milhões de anos atrás). Ambos os períodos são conhecidos por evidências geológicas como tendo sido tempos de baixo níveis de dióxido de carbono atmosférico e eras glaciais (com geleiras).
    • Por outro lado, os índices estomáticos foram baixo durante o período Cretáceo, uma época de alto CO 2 níveis e clima quente.

    Esses estudos também dão suporte à importância do dióxido de carbono como um gás de efeito estufa que desempenha um papel importante no aquecimento global.


    Processo de fotossíntese passo a passo

    Por definição, a fotossíntese é um processo pelo qual fotoautotróficos convertem a energia derivada do Sol em energia química utilizável. Luz, água, clorofila e dióxido de carbono são os requisitos básicos para esse processo.

    Passo 1

    O dióxido de carbono na atmosfera entra na folha da planta através dos estômatos, isto é, diminutos poros epidérmicos nas folhas e no caule das plantas que facilitam a transferência de vários gases e vapor de água.

    Passo 2

    A água entra nas folhas, principalmente pelas raízes. Essas raízes são especialmente projetadas para puxar a água subterrânea e transportá-la para as folhas através do caule.

    Etapa 3

    Conforme a luz solar incide na superfície da folha, a clorofila, ou seja, o pigmento verde presente na folha da planta, retém a energia nela. Curiosamente, a cor verde da folha também é atribuída à presença de clorofila.

    Passo 4

    Então, hidrogênio e oxigênio são produzidos pela conversão de água usando a energia derivada do sol. O hidrogênio é combinado com o dióxido de carbono para fazer alimento para a planta, enquanto o oxigênio é liberado pelos estômatos. Da mesma forma, até algas e bactérias usam dióxido de carbono e hidrogênio para preparar os alimentos, enquanto o oxigênio é liberado como resíduo.

    Os elétrons das moléculas de clorofila e os prótons das moléculas de água facilitam as reações químicas na célula. Essas reações produzem ATP (adenosina trifosfato), que fornece energia para as reações celulares, e NADP (nicotinamida adenina dinucleotídeo difosfato), essencial no metabolismo vegetal.

    Todo o processo pode ser explicado por uma única fórmula química.

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    Enquanto absorvemos oxigênio e liberamos dióxido de carbono para produzir energia, as plantas absorvem dióxido de carbono e liberam oxigênio para produzir energia.

    A fotossíntese tem vários benefícios, não apenas para os fotoautótrofos, mas também para humanos e animais. A energia química armazenada nas plantas é transferida para animais e humanos quando eles consomem matéria vegetal. Também ajuda a manter um nível normal de oxigênio e dióxido de carbono na atmosfera. Quase todo o oxigênio presente na atmosfera pode ser atribuído a esse processo, o que também significa que a respiração e a fotossíntese andam juntas.

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    Estruturas principais e resumo da fotossíntese

    A fotossíntese requer luz solar, dióxido de carbono e água como reagentes iniciais (Figura 4). Após a conclusão do processo, a fotossíntese libera oxigênio e produz moléculas de carboidratos, mais comumente glicose. Essas moléculas de açúcar contêm a energia de que os seres vivos precisam para sobreviver.

    Figura 4. A fotossíntese usa energia solar, dióxido de carbono e água para liberar oxigênio e produzir moléculas de açúcar que armazenam energia.

    As reações complexas de fotossíntese podem ser resumidas pela equação química mostrada na Figura 5.

    Figura 5. O processo de fotossíntese pode ser representado por uma equação, em que dióxido de carbono e água produzem açúcar e oxigênio usando a energia da luz solar.

    Embora a equação pareça simples, as muitas etapas que ocorrem durante a fotossíntese são na verdade bastante complexas, como na forma como a reação que resume a respiração celular representa muitas reações individuais. Antes de aprender os detalhes de como os fotoautótrofos transformam a luz do sol em alimento, é importante se familiarizar com as estruturas físicas envolvidas.

    Nas plantas, a fotossíntese ocorre principalmente nas folhas, que consistem em muitas camadas de células e têm lados superior e inferior diferenciados. O processo de fotossíntese não ocorre nas camadas superficiais da folha, mas sim em uma camada intermediária chamada mesofilo (Figura 6). A troca gasosa de dióxido de carbono e oxigênio ocorre por meio de pequenas aberturas reguladas chamadas estômatos.

    Em todos os eucariotos autotróficos, a fotossíntese ocorre dentro de uma organela chamada cloroplasto. Nas plantas, células contendo cloroplasto existem no mesofilo. Os cloroplastos têm uma membrana dupla (interna e externa). Dentro do cloroplasto há uma terceira membrana que forma estruturas empilhadas em forma de disco chamadas tilacóides. Embutidos na membrana tilacóide estão moléculas de clorofila, um pigmento (uma molécula que absorve luz) por meio do qual todo o processo de fotossíntese começa. A clorofila é responsável pela cor verde das plantas. A membrana tilacóide envolve um espaço interno denominado espaço tilacóide. Outros tipos de pigmentos também estão envolvidos na fotossíntese, mas a clorofila é de longe o mais importante. Conforme mostrado na Figura 6, uma pilha de tilacóides é chamada de granum, e o espaço ao redor do granum é chamado de estroma (não deve ser confundido com estômatos, as aberturas nas folhas).

    Art Connection

    Figura 6. Nem todas as células de uma folha realizam a fotossíntese. As células na camada intermediária de uma folha possuem cloroplastos, que contêm o aparato fotossintético. (crédito & # 8220leaf & # 8221: modificação da obra de Cory Zanker)

    Em um dia quente e seco, as plantas fecham seus estômatos para conservar água. Que impacto isso terá na fotossíntese?


    Como as plantas e animais obtêm energia?

    As plantas absorvem energia do sol e usam a fotossíntese para produzir açúcares. Os animais têm mitocôndrias que usam os açúcares fornecidos pelas plantas para produzir sua própria energia celular. As plantas que produzem seus próprios alimentos e alimentos para outras plantas e animais usando a fotossíntese são chamadas de autótrofos.

    O sol fornece energia para as plantas que a absorvem em seus cloroplastos. Os cloroplastos usam essa energia para criar moléculas de açúcar que ajudam as plantas a crescer e se reproduzir. Então, os animais vêm e comem as plantas e absorvem sua energia. Eles usam a energia obtida das plantas para produzir sua própria energia e convertê-la em água e dióxido de carbono. As plantas usam o dióxido de carbono e a água, e o ciclo recomeça. Para obter energia, os animais nem sempre precisam comer plantas. Eles também podem obter energia comendo outros animais que comem plantas.

    Existem muitos processos diferentes que ocorrem em plantas e animais que requerem energia. O trabalho sintético envolve coisas como a produção de DNA e requer energia para ocorrer. O trabalho mecânico envolvido no movimento dos músculos requer energia, assim como os impulsos elétricos que viajam do cérebro para o resto do corpo. Sem energia suficiente, esses processos se tornam difíceis ou impossíveis.


    Fotossíntese, respiração celular e fermentação

    Você já aprendeu um pouco sobre a fotossíntese graças ao nosso estudo de células vegetais. Você aprendeu que a fotossíntese acontece nos cloroplastos que são encontrados apenas nas células vegetais. Vamos pensar no que mais você já aprendeu.

    Você já aprendeu que existem dois tipos básicos de organismos quando se trata de alimentos: produtores e consumidores. Os produtores podem fazer sua própria comida. Os consumidores obtêm os alimentos de que precisam ao comer outros organismos. Você aprendeu que apenas as plantas são produtoras e que elas fazem seus próprios alimentos combinando água (H2O), dióxido de carbono (CO2) e energia do sol para produzir açúcar (C6H12O6) e oxigênio (O2) Esse processo, você aprendeu, é chamado de fotossíntese. No processo de produção de açúcar, as células vegetais também prendem parte da energia que coletaram da luz do sol na molécula de açúcar.

    Certo, ótimo. Então, como as células (lembre-se, as células vegetais e animais precisam de energia e nenhuma delas pode usar diretamente a energia fornecida pelo sol) obtêm a energia da molécula de açúcar? Eles fazem isso com um processo chamado respiração celular. Na respiração celular, as células usam oxigênio para quebrar a molécula de açúcar. Isso libera a energia que é então transferida para uma molécula de ATP (trifosfato de adenosina). O ATP é o combustível de que as células precisam para obter energia. E onde acontece a respiração celular? Como você aprendeu, isso acontece nessas mitocôndrias úteis.

    Então, realmente, você já sabe todos os fundamentos. Existem apenas alguns detalhes que você precisa aprender, e eles são abordados na Seção 1 do Capítulo 5 em seu livro e, é claro, aqui mesmo. Vamos começar com a fotossíntese

    Fotossíntese

    Se você olhasse para as células vegetais em um microscópio e comparasse com as células animais, há duas coisas que você notaria imediatamente. Primeiro, você notaria a parede celular que circunda a célula vegetal. Você notaria isso da mesma forma que Robert Hooke notou. A segunda coisa que você notaria é que uma célula vegetal é verde e uma célula animal é basicamente transparente. Se você estivesse olhando para uma célula vegetal relativamente grande e estivesse usando um microscópio como os que temos na escola, notaria que nem toda a célula vegetal era verde. Em vez disso, você notaria que havia grandes objetos verdes dentro da célula da planta. Esses grandes objetos verdes, é claro, são cloroplastos. E a razão de serem verdes é porque contêm um pigmento verde chamado clorofila.

    Dê uma olhada nesta ilustração do seu livro:

    Você percebe como a fórmula química que define a fotossíntese parece um pouco diferente da forma como você a aprendeu originalmente? Em vez de CO2 + H2O + luz mostra 6CO2 + 6H2O + luz. Isso porque as equações químicas, assim como as equações matemáticas, precisam ser equilibradas. A fórmula original leva um átomo de carbono (isto é, quantos átomos de carbono existem em CO2), 2 átomos de hidrogênio (isto é, quantos átomos de hidrogênio existem em H2O), e 3 átomos de oxigênio (2 que estão em CO2 e um que está em H2O) e o transforma em glicose (que contém 6 átomos de carbono, 12 átomos de hidrogênio e 6 átomos de oxigênio) e uma molécula de oxigênio (O2, which contains 2 oxygen atoms). That just doesn't add up! You can't magically turn 1 carbon atom from CO2 into 6 carbon atoms in C6H12O6. But if you do the math with the formula in the illustration above, you'll see that the number of atoms of carbon, oxygen, and hydrogen on both sides of the equation are correct. You will get way more practice balancing chemical equations when you study chemistry in 8th grade science.

    Respiração celular

    It is tempting to think of cellular respiration as the opposite of photosynthesis. If you look at the illustration from our book, below, you'll see why:

    Do you see the way the chemical formula for cellular respiration is the reverse of the chemical formula for photosynthesis? The only real difference is that in one, the energy is sunlight and in the second, the energy is the ATP molecule. It's that reversal that makes many people think of photosynthesis and cellular respiration as being opposites. Eles não são! Rather, they are complementary to one another. Without photosynthesis, there would be no sugar, without which there could be no cellular respiration. On the other hand, cellular respiration produces the H2O and CO2 that are needed for photosynthesis. It's really important for you to remember that cellular respiration in eukaryotic cells takes place in the mitochondria. Both animal cells and plant cells depend on cellular respiration for their energy needs, because both animal cells and plant cells need ATP. Plant cells may be able to use the energy from the sun to make sugar, but they can't use the sun's energy as fuel. They need ATP the same way that animal cells do, and ATP can only be formed through cellular respiration. The illustration below from your book shows the way that photosynthesis and cellular respiration complement each other.

    Do you see what I don't like about this illustration? Is it clear from this illustration that plant cells also have mitochondria? Not clear enough, in my opinion! So remember! Plant cells have mitochondria, too!

    Fermentação

    What happens when there is not enough oxygen to keep the cellular respiration reaction alive? Your book makes it seem like the answer is very simple. Let's start with the simple answer in your book. If there is not enough oxygen for cells to perform cellular respiration, they resort to another method of producing energy called fermentation. They still break down the sugar molecule to release the energy so that it can be transferred to an ATP molecule, but they do it without oxygen. In cellular respiration, CO2 e H2O are produced along with the energy. In fermentation, CO2 and something called lactic acid are produced. Just like your book explains, you've probably experienced fermentation yourself when you've had to run the Wednesday mile and you've really pushed yourself to get a good grade. You know that burning or stinging sensation that you feel in your muscles when you push yourself running? That's caused by a buildup of lactic acid in your muscles. No matter how hard your lungs and heart work to get oxygen to the cells in your leg muscles, they still aren't getting enough to produce all the energy they need through cellular respiration. So, they are forced to switch to fermentation, and lactic acid is produced.

    There are some organisms that get all of their energy needs from fermentation. One common example is yeast. Sim. That same stuff that you drop into the bread maker. You should have noticed that there were lots of bubbles in the tubes containing the yeast and sugar water in our classroom. You've already seen live yeast cells in class that I projected from a microscope to the screen. A few classes got lucky and were able to see some yeast cells that were in the process of reproducing. I know you're going to be happy to hear this: yeast cells reproduce by budding! Just when you thought it was safe to forget all about budding and the pain it has caused you on past tests, it's back!

    So how does yeast make bread rise? It's pretty simple, really. Bread is made mostly of flour. You probably already know that bread is "carbs", or carbohydrates. Do you remember what carbohydrates are? That's right, they are just long strings of sugar molecules. Yeast uses those sugar molecules to get the energy it needs, and in the process it creates CO2. That CO2 makes bubbles inside of the bread dough, and those bubbles make the dough get larger, or rise.

    There is another way that fermentation caused by yeast is important. Grape juice also contains a lot of sugar. When yeast is added to grape juice, it uses the sugar for energy. Yes, it produces CO2, but it also produces alcohol. That's how grape juice is turned into wine!

    The Global Warming Connection

    Remember An Inconvenient Truth, the Al Gore documentary movie? One of the scenes in the movie showed the earth at night as photographed from space. Vice President Gore said that the large red areas were forests burning. There are plenty of naturally-occurring forest fires, but humans purposely set forests ablaze, too. In Brasil, for example, parts of the rainforest are burned to create more land for crops and housing. Think about what this means for global warming.

    Global warming is caused by too much carbon dioxide in the atmosphere. The carbon dioxide acts as a blanket. When sunlight hits the earth, it can't radiate back into space because of the carbon dioxide and other greenhouse gases that are present in the atmosphere. So, the earth gets hotter.

    Burning forests is a double-whammy. First, removing trees means that they aren't there anymore to convert carbon dioxide into sugar and oxygen. Second, when we burn the trees, we are releasing all of the carbon dioxide that they have collected. When mitochondria combine glucose with oxygen to produce energy, they are "burning" the sugar through a process called oxidation. There are many examples of oxidation in real life. When a nail gets rusty, that's oxidation. And, of course, when something burns, that's oxidation, too. The only difference between rusting, burning, and the way that mitochondria release the energy from a glucose molecule is the speed of the reaction. Rusting is very slow oxidation and burning is very fast oxidation. So burning the sugar in the trees is just a very fast version of what mitochondria do: the sugar releases carbon dioxide and energy in the form of heat. Some trees have been alive for hundreds or even thousands of years! So when we burn them, we are releasing hundreds or thousands of years worth of "captured" carbon dioxide.

    That's it, folks. If you can remember the chemical formula for both photosynthesis and cellular respiration, if you can explain how the two processes complement one another, and if you can explain what happens when there is not enough oxygen for cellular respiration, then you've learned what you need to have learned.

    These videos will help you to understand photosynthesis and cellular respiration. Don't be afraid of the complicated scientific vocabulary! You will understand more than you think if you just stop once in a while and try to make a connection between what is going on in the video and what you have already learned.


    Assista o vídeo: Snake Plant Propagation by Leaf Cuttings in Water (Agosto 2022).