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Respiração celular e fotossíntese

Última atualização em 19 de agosto de 2022

Juntos, os processos de fotossíntese e respiração celular permitem que a vida na Terra coleta energia para uso em outras reações. Além dos organismos que dependem de enxofre perto de aberturas hidrotérmicas, a maioria da vida na Terra depende da glicose do açúcar. A glicose é criada pelo processo de fotossíntese. A respiração celular envolve a quebra da glicose e o armazenamento da energia recebida na molécula ATP. As plantas criam sua própria energia através da fotossíntese e também usam a respiração celular para produzir ATP. Os animais devem confiar nos açúcares que reuniram de plantas para fornecer seu material mitocôndrias para produzir ATP.

Processo de fotossíntese

A fotossíntese é o principal processo que impulsiona a vida na Terra. Através da fotossíntese, a energia do sol é capturada nos laços de moléculas orgânicas. Essas moléculas, moléculas de glicose, são a base de toda a vida na Terra. A glicose será usada pelo processo de respiração celular para aproveitar a energia química armazenada dentro das ligações covalentes do açúcar.

A fotossíntese ocorre nas folhas e nas partes verdes das plantas. As organelas nas células vegetais, conhecidas como cloroplastas, contêm proteínas especializadas capazes de interagir com a luz. Os citocromos são essas proteínas especializadas, que são ligadas a um grupo heme. Os grupos heme também são vistos ligados à hemoglobina, nas células sanguíneas. Em vez de ferro, essas células heme se ligam ao magnésio. A estrutura complexa do heme interage com os fótons de luz que passam por eles.

O cloroplasto usa a energia aproveitada desses fótons e sua interação com os citocromos e outras proteínas para impulsionar a formação de glicose. Para fazer isso, os cloroplastos combinam unidades de dióxido de carbono em cadeias de 6 carbonos, 12 hidrogênios e 6 oxigências. Isso é glicose, que pode ser modificado e combinado com outras moléculas de glicose a serem armazenadas como amidos e açúcares complexos como frutose.

Reação da fotossíntese

A reação da fotossíntese tem duas partes, comumente chamadas de reações de luz e o ciclo de Calvin. Todo o processo de fotossíntese pode ser visto abaixo.

No topo do diagrama, a luz e a água se combinam nos cloroplastos, onde os hidrogênios são separados do oxigênio na cadeia de proteínas que começam dos citocromos e pigmentos acessórios que coletam energia. Os hidrogênios, elétrons e energia associada estão ligados ao ADP e NADP+. Essas moléculas podem ligar um hidrogênio, elétrons e energia. Ao fazer isso, eles se tornam os principais produtos das reações leves, NADPH e ATP. O oxigênio é produzido como subproduto.

ATP e NADPH são então usados no ciclo Calvin, uma série de reações que recicla esses portadores de elétrons e produz glicose. A energia interior e as moléculas de hidrogênio são usadas para energizar reações ao longo do ciclo. O ciclo Calvin possui três fases, fixação de carbono, redução e regeneração de ribose. Essas reações podem ser vistas na imagem abaixo. Observe que a adição de um dióxido de carbono em uma volta da reação produz a molécula de 3 carbono 3-foshfoglicerato. Duas dessas moléculas são então combinadas para produzir uma glicose, entre outras coisas.

Processo de respiração celular

Uma vez que a glicose é criada pelos cloroplastos, ela pode ser usada para conduzir outras reações dentro da célula. Também pode ser exportado para outras células dentro do organismo. É aqui que o processo de respiração celular assume o controle. A respiração celular possui 4 processos distintos, que impulsionam a criação de ATP. Este ATP pode ser usado em várias reações celulares e fornece energia de ativação para ajudar as enzimas a tarefas completas.

A respiração celular ocorre nas mitocôndrias, uma pequena organela semelhante aos cloroplastos. Enquanto cloroplastos são encontrados apenas nas plantas, as mitocôndrias são encontradas em todos os eucariotos vivos. As plantas fornecem toda a glicose que suas células precisam e muito mais. Esta glicose extra que eles armazenam como amidos e açúcares complexos. Animais, e de fato toda a cadeia alimentar, depende da glicose produzida pelas plantas.

Reação da respiração celular

O primeiro processo de respiração celular, glicólise, é exatamente o que seu nome implica. “Glyco-” refere-se à glicose, onde “-lysis” se refere a algo dividido ou dividido ao meio. A glicólise ocorre dentro do citosol da célula, fora das mitocôndrias. Nesse processo, a molécula de glicose de 6 carbono é dividida em duas moléculas de piruvato.

Essas moléculas de 3 carbono são então convertidas em acetil CoA na próxima etapa. Esta molécula será uma parte essencial do ciclo Krebs. O acetil CoA também é capaz de se transferir para as mitocôndrias, onde ocorrerão o ciclo de Krebs e a fosforilação oxidativa. Isso pode ser visto no diagrama abaixo. Os rótulos à direita mostram onde as várias reações ocorrem.

O ciclo Krebs é semelhante ao ciclo Calvin, na medida em que recicla certas moléculas para acionar continuamente a produção de elétrons e ATP. Os elétrons são então passados para a membrana mitocondrial interna. Esta membrana é carregada com proteínas especializadas, capazes de transferir energia derivada da passagem de elétrons pelo seu gradiente em potencial.

Esta cadeia de transporte de elétrons utiliza uma série de enzimas acionadas por elétrons, especializadas na ligação de grupos de fosfato solto ao ADP. Ao fazer isso, eles armazenam energia no vínculo entre essas moléculas e criam um ATP. Essas moléculas de ATP são então exportadas das mitocôndrias e podem ser usadas em toda a célula para fornecer energia em outras reações. Por exemplo, o ATP é usado para bombear íons para fora das células, criando o potencial elétrico necessário para reações nervosas. Existem inúmeros outros exemplos.

Respiração celular, fotossíntese e evolução

Na teoria da evolução, as origens da vida na Terra não são altamente não comprovadas. No entanto, há um grande corpo de evidências que aponta para o fato de que toda a vida tem um ancestral comum. Esse ancestral divergiu, mais de centenas de milhões de anos, para os milhões de espécies que vemos na Terra hoje. O processo de endossimbiose explicaria essa complexidade.

As bactérias, os organismos mais simples, provavelmente representam uma versão bastante inalterada da primeira forma de vida. As bactérias não têm organelas e completam todas as reações necessárias para o metabolismo em um único compartimento. Muitas bactérias são capazes de concluir a glicólise, o que pode fornecer energia. Outros são capazes de fotossintetizar, como plantas de célula única primitiva.

De acordo com a teoria endossimbiótica, essas bactérias antigas começaram a interagir e os processos de evolução os levaram a diferentes nichos dentro do ambiente. Alguns aproveitavam a luz do sol, enquanto outros se alimentavam disso. Eventualmente, algumas das bactérias predatórias se tornaram bastante grandes. Como tal, eles poderiam absorver grandes quantidades de bactérias menores. Em vez de digeri -los, eles criaram um espaço seguro para eles e os ajudaram a produzir mais energia. Assim, as bactérias endossimbióticas menores se tornaram as primeiras organelas.

Essa teoria sugere que os cloroplastos eram originalmente bactérias fotossintéticas, e que as mitocôndrias eram originalmente bactérias capazes de fosforilação oxidativa. As bactérias maiores se tornaram eucariotos e desenvolveram outras organelas. Essa teoria é apoiada pela evidência de que os cloroplastos e as mitocôndrias estão cercados em membranas duplas, um suposto remanescente do processo de engolência ancestral. Além disso, as mitocôndrias e o cloroplasto contêm bits de DNA circular, semelhante ao encontrado em bactérias. Esse DNA é replicado separadamente do DNA principal encontrado dentro do núcleo.

Respiração celular, fotossíntese e ecologia

Centenas de milhões de anos após essa divisão de organelas, e a evolução nos deu o que vemos hoje. As plantas estão relacionadas a algas, relacionadas a bactérias fotossintéticas. Os animais estão relacionados aos organismos antigos que não receberam endossimbiontes fotossintéticos e, em vez disso, confiaram no consumo de outros organismos.

No fundo da cadeia alimentar, sente-se os organismos fotossintéticos. Eles se formam de longe a maior biomassa da Terra, limitada apenas pela quantidade de luz solar, nutrientes e água que recebem. Um passo acima das plantas e algas, os herbívoros exploram a recompensa que as plantas produzem. Alguns dos maiores animais do mundo, como o elefante, são inteiramente herbívoros. Mas existem herbívoros de todos os tamanhos, até os gafanhotos e pequenos insetos. Como um herbívoro deve consumir muitos organismos fotossintéticos para crescer, há muito menos organismos nesse nível da cadeia alimentar.

Da mesma forma, existem muito menos carnívoros do que herbívoros, porque eles devem se alimentar de muitos organismos menores ao longo de sua vida para crescer e se reproduzir. Dessa forma, toda a cadeia alimentar e a ecologia em geral se baseiam inteiramente nos processos de fotossíntese e respiração celular. A ecologia também é o estudo de como vários organismos interagem entre si enquanto realizam essas reações.

Questionário

1. Qual das alternativas a seguir não é uma diferença entre a fotossíntese e a respiração celular A. Somente um usa a luz solar B. Apenas um quebra a glicose C. Somente um depende de um ciclo de moléculas de carbono

Resposta à pergunta nº 1

C está correto. O ciclo de Krebs e o ciclo Calvin, enquanto diferentes em suas saídas, ambos dependem de uma cadeia de moléculas de carbono que são continuamente recicladas. As moléculas são diferentes, mas os processos são muito semelhantes.

2. Como humano, suas células dependem da glicose para funcionar. De onde vem essa glicose? A. Seu corpo B. plantas C. carne

Resposta à pergunta nº 2

B está correto. Todo o alimento que você consome era em um ponto uma planta. Se você comer carne, os nutrientes que você recebe dessa carne são os mesmos nutrientes que o animal comia antes de morrer. Até a proteína e a gordura nos animais são simplesmente uma reutilização da proteína e da glicose encontradas nas plantas.

3. Qual das seguintes coisas seria mais devastadora para um ecossistema? R. Toda a grama em um prado é morta com um herbicida. B. Todas as borboletas em um prado são mortas com um pesticida. C. Todos os pássaros em um prado são mortos por caçadores.

Resposta à pergunta nº 3

A está correto. Sem a grama, toda a cadeia alimentar entrará em colapso. Os outros dois exemplos representam níveis mais altos da cadeia alimentar. Sem grama, todos os insetos morreriam e todos os pássaros. Mas lembre -se também de que nenhuma das opções é boa. Sem os pássaros, os insetos podem comer toda a grama e ocorrerá o mesmo resultado.

Referências

  • Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Scott, M.P., Bretscher, A.,. . . Matsudaira, P. (2008). Biologia celular molecular (6ª ed.). Nova York: W.H. Freeman e companhia.
  • McMahon, M.J., Kofranek, A.M., & Rubatzky, V.E. (2011). Ciência vegetal: crescimento, desenvolvimento e utilização de plantas cultivadas (5ª ed.). Boston: Prentince Hall.
  • Nelson, D.L. & Cox, M.M. (2008). Princípios de bioquímica. Nova York: W.H. Freeman e companhia.

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