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Metabolismo Metabolismo em ambientes aquáticos Heterotróficos Fotoheterotróficos (facultativo ou AAnPs) - utiliza a luz como fonte de energia. - utiliza carbono a partir de compostos orgânicos. -bactérias não-sulforosas púrpuras e verdes Quimiorganotróficos: - substâncias químicas como fonte de energia. - utiliza carbono a partir de compostos orgânicos. - maioria das bactérias e fungos. Autotróficos Fotoautototrófia: - ambiente aeróbico. - o organismo obtém seus nutrientes com a ajuda da luz do sol, nos seus cloroplastos. - utiliza carbono a partir do CO2 (fonte inorgânica). - utilizam água (H2O) como fonte de hidrogênios. - forma oxigênio (O2). - algas, plantas e cianobactérias. Fotolitotrófia - ambiente anaeróbico. - utiliza a luz como fonte de energia. - utiliza carbono a partir do CO2 (fonte inorgânica). - utilizam o gás sulfídrico (H2S) como fonte de hidrogênios. - forma enxofre (S2). - bactérias verdes e púrpuras que metabolizam enxofre. Quimioautotrófia: - ambiente anaeróbico. - substâncias químicas como fonte de energia. - utiliza carbono a partir do CO2 (fonte inorgânica) e hidrogênio e formam metano. - bactérias metanogênicas. Quimiolitotrofia: - ambiente aeróbico. - substâncias químicas como fonte de energia (oxidações inorgânicas). - necessitam de: oxigênio (para oxidação), gás carbônico e água. - bactérias nitrificadoras. Mixotróficos - fazem metabolismo autotrófico e heterotrófico. - ocorrem em macroalgas (organismo unicelulares com metabolismo mais flexível). - evidência da teoria da endossimbiose. - endossimbiose terciária: cryptophyta ciliata (mixotrófico: mantêm o núcleo, cloroplasto e a mitocôndria, pode fazer fotossíntese) dinoflagelado (ao incorporar o cloroplasto passa a fazer fotossíntese). Fotossíntese Fossíntese bactéria X cianobactéria - muda algumas enzimas Bactéria Púrpura + Bactéria Verde Sulforosa = Cianobactérias e Eucariontes fotossintetizantes (fotossistema II) (fotossistema I) (fotossistemas I eII) Bacterioclorofila a Clorofila a - Quem produz oxigênio? Cianobactérias e Eucariontes fotossintetizantes = foram responsáveis pelo início do aumento de oxigênio na atmosfera. - Quem são anaeróbios? Bactéria Púrpura e Bactéria Verde Sulforosa. - Fotossíntese bacteriana anoxigênica: tem que ocorrem em zona anóxica e ao mesmo tempo estar na zona fótica (luz solar) - As bactérias verdes sulforosas aguentam mais que as bactérias púrpuras. - O determinante para o aparecimento das bactérias púrpuras é a diminuição de oxigênio, mas ainda com a presença de luz. -Consórcio: As bactérias púrpuras tem a capacidade de se locomover e então levam a verde junto com elas. Em troca as verdes dão matéria orgânica para as púrpuras. - Concentram-se nas áreas de transição (bentos) = entre marés e mangueirais. - Pigmentos fotossintetizantes - “ A cor que apresentam é a cor que refletem como resposta ao que absorveram!” Clorofila - há 4 tipos de clorofila: a,b,c e d. - Diferentes clorofilas absorvem diferentes faixas do expectro de luz. - absorve o azul e vermelho e reflete o verde. - a base da molécula é a porifirina, a qual tem um elemento metálico no centro. - as terminações diferenciam uma clorofila de outra. - não é solúvel em água, apenas em álcool e acetona. - divinil clorofila a e b = aparecem nas próclorofitas. - toda clorofila pode, caso se torne necessário, se transformar em feocina = responsável pela degradação do fotossistema. Clorofila a: cianobactérias. Absorve a luz vermelha (664nm) e azul (413nm), transmitindo a luz verde. Clorofila b: Absorve a luz vermelha (617nm) e azul (458nm), transmitindo a luz verde. Bacterioclorofilas: presentes nas bactérias púrpuras e verdes (que realizam fotossíntese anoxigênica). - bacterioclorofila a: máximo de absorção entre 800 e 925 nm. - outras bacterioclorofilas: 670 ao 1040nm. Pigmentos acessórios: ficobilinas e carotenóides Ficobilinas: - cianobactérias e cloroplastos de algas vermelhas. - estão nos ficobilissomos. - cadeia aberta =tem a capacidade de ser solúvel em água e também não apresentam o fitol. - ficoeritrina = absorve no azul (530 nm) e reflete no vermelho. - ficocianina = absorve no vermelho (620 nm) e reflete no azul e verde. Carotenóides: - absorve entre o azul e verde e refletem entre o amarelo, vermelho e marrom. - função primária de fotoproteção = protege a célula do produto da fotoxidação – oxigênio singleto. - são precursores da vitamina A. - auxiliam principalmente em ambientes costeiros onde a luz azul já foi absorvida na superfície. - carotenoides primários: participam de forma acessória da fotossíntese. - carotenoides secundários: componentes dos cromoplastos (frutos e flores). Resumo dos Pigmentos Fotossintéticos Pigmento Tipo Absorve Reflete (cor que apresenta) Distribuição Clorofila a Azul e Vermelho Verde Plantas, algas e cianobactérias b Plantas e algas verdes c Algas pardas e diatomáceas d Algas vermelhas Bacterioclorofila a Vermelho Verde Bactérias púrpuras e verdes Carotenóides Carotenos Azul e verde Laranja Todos, exceto cianobactérias Xantofilas Amarelo Algas pardas e diatomáceas Ficobilinas Ficoeritrina Azul Vermelho Algas vermelhas e cianobactérias Ficocianina Vermelho Azul Características - Localizados nas membranas citoplasmáticas - em invaginações ou em membranas multicamadas – ou em clorossomos. - Estruturas da clorofila a e bacterioclorofila a — moléculas correspondendo a tetrapirróis contendo magnésio (porifirina). - As duas moléculas são idênticas, exceto pelas regiões assinaladas em amarelo e verde. - Os espectros de absorção ao lado de cada molécula correspondem a células da alga verde Chlamydomonas; células da bactéria fototrófica púrpura Rhodopseudomonas palustris. carboxissomos : são estruturas compostas por clorofila A e pigmentos acessórios associados ao tilacóide. Tem a função de aumentar a captação de luz solar e transmitir a energia para clorofila A para otimizar o processo de fotossíntese. Clorossomo de bactérias verdes sulfurosas e verdes não sulfurosas Modelo da estrutura do clorossomo: O clorossomo (verde) encontra-se estreitamente associado à superfície interna da membrana citoplasmática. As moléculas de bacterioclorofila (Bcl) antena (Bcls c, d ou e) se organizam em conjuntos tubulares no interior do clorossomo. A energia é transferida a partir dessas bacterioclorofilas, através das moléculas captadoras de luz (CL) de Bcl a para Bcl a do centro de reação (CR), situada na membrana citoplasmática (azul). As proteínas da placa da base (PB) atuam como conectores entre o clorossomo e a membrana citoplasmática. Os pigmentos - A energia de um fóton é inversamente proporcional ao comprimento de onda. - PAR = Radiação Fotossíntetica Absorvente. - Na água chega somente 50% da luz que chegou na atmosfera. - A cor azul é a que consegue ir mais longe! = por isso as bactérias mais profundas absorvem esse tipo de luz. -adaptação dos organismos dependendo da quantidade/qualidade de luz -Para otimizar a absorção da luz = criação de pigmentos e estruturas acessórias como Carotenos, Xantofilas e Ficobilossomos, depois essa energia é transmitida para clorofila A. Os pigmentos acessórios também protegem a clorofila A da luz (em caso de excesso). Na água: - absorção é feita pelas moléculas de água. - fitoplâncton absorve. - as regiões oceânicas são mais azuis, porque há mais organismos absorvendo esse comprimento de luz. - ambientes costeiros são mais marrons, há maior diversidade de vida = absorção de vários comprimentos. - o desenvolvimento de diversos pigmentos foi para atender os diferentes comprimentos de ondas.-algumas espécies tem a capacidade de se deslocar na coluna d’água, alterar sua clorofila e também conseguem descolar os cloroplastos/tilacóides para absorver o máximo de luz possível Trabalhando com os pigmentos Cromatografia líquida de alta eficiência: - separação de diferentes partículas com base no tamanho das moléculas = palaridade e peso molecular. Quimiotaxonomia: - diferenciar grupos algais a partir da cromatografia. - Adaptações - - Os organismos fotossintetizantes tem a capacidade de se adaptar ao ambiente conforme os comprimentos de luz disponíveis. Muita Luz = concentra os cloroplastos no CENTRO para proteger o centro de reação ou então AUMENTO de pigmentos acessórios. Mais luz Mais fotossistemas Mais fotossíntese Mais quebra da água Maior presença de oxigênio Inibição da fixação de nitrogênio! - Há um limite! = Muita luz pode causar a fotodegradação! - A clorofila tem um máximo de luz que ela pode receber. - O oxigênio produz muitos radicais livres que em excesso pode ser ruim, sendo assim há a fotoinibição (forma de controle e equilíbrio). - Fotoinibição: transferir o oxigênio para a mitocôndria na respiração, como meio de evacuar o oxigênio em excesso produzido na fotossíntese. Essa é uma forma eficiente, porém a mitocôndria tem um limite, o que ela não aguenta reciclar sobra e isso não pode acontecer, pois gera os radicais livres e isso contribui para o envelhecimento do organismo.
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