FUNCŢIILE DE NUTRIŢIE ALE ORGANISMELOR VII
FUNCŢIILE DE NUTRIŢIE sunt cele care asigură schimbul de materie şi energie între organism şi mediul său de viaţă. Organismul, fie el vegetal sau animal, preia din mediu anumite substanţe pe care le transformă în substanţe proprii, sau pe care le utilizează ca atare, fără să le transforme. Substanţele nefolositoare sau cele aflate în exces, sunt eliminate din organism. Schimburile materiale presupun şi conversia energiei: luminoasă, chimică, termică, calorică etc.
Transformările substanţelor se realizează prin două procese esenţiale care constituie
METABOLISMUL : ASIMILAŢIA şi DEZASIMILAŢIA.
Asimilaţia (Anabolism) = ansamblul reacţiilor de sinteză a substanţelor proprii organismului (se realizează cu consum de energie).
Dezasimilaţia (Catabolism) = ansamblul reacţiilor de degradare a unor substanţe din organism (se realizează cu eliberare de energie).
Funcţiile de nutriţie sunt :
1. HRĂNIREA
2. RESPIRAŢIA
3. CIRCULAŢIA
4. EXCREŢIA
1.1 NUTRIŢIA ÎN LUMEA VIE
Organismele au nevoie de energie pentru a funcţiona şi pentru a se integra în mediul de viaţă. Energia este obţinută prin arderea substanţelor organice. Organismele pot avea nutriţie :
AUTOTROFĂ = îşi «prepară singure hrana» (sintetizează substanţe organice) utilizând energia luminoasă (solară) sau energie chimică:
- FOTOSINTEZA;
- CHEMOSINTEZA.
HETOROTROFĂ = substanţele organice sunt preluate din mediul de viaţă (HOLOZOICĂ şi SAPROFITĂ) sau din organisme gazdă (nutriţie PARAZITĂ).
MIXOTROFĂ = se hrănesc şi autotrof şi heterotrof (Euglena verde, plantele semiparazite şi cele carnivore).
HRĂNIREA LA EUCARIOTE
Nutriţia La Plante
Majoritatea plantelor se hrănesc AUTOTROF prin FOTOSINTEZĂ.
Există şi plante (puţine) cu nutriţie MIXOTROFĂ şi HETEROROFĂ (plantele parazite).
I. Autotrofia la plante se poate realiza prin fotosinteză.
Hrănirea autotrofă = plantele îşi prepară singure hrana folosind energia luminoasă (fotosinteza).
Definiţie : Fotosinteza este procesul prin care plantele verzi transformă substanţele anorganice în substanţe organice în prezenţa luminii.
Este singurul proces natural prin care se obţine O2. Substanţele anorganice sunt:
H2O, sărurile minerale, CO2.
Ecuaţie chimică:
Apa şi sărurile minerale sunt transportate prin xilem (vase lemnoase) spre frunze. Lumina este absorbită de pigmenţii asimilatori (clorofila a) şi este convertită în energie chimică. CO2 ajunge în frunză din aerul atmosferic. Rezultă O2 care va fi eliberat în mediu şi substanţe organice. O parte din acestea rămân în frunză (amidon), altă parte formează seva elaborată (apă şi glucoză) transportată prin floem (vase liberiene) la toate ţesuturile plantei unde poate fi consumată sau depozitată.
Transferul celor două gaze implicate (O2, CO2) se realizează prin stomate.
Fotosinteza se desfăşoară în organele verzi ale unei plante. Mecanismul fotosintezei:
1. faza de lumină - se desfăşoară în grana
- are loc fotoliza apei cu obţinere de oxigen
- se obţine energia necesară pentru sinteza substanţelor organice; această energie se acumulează în substanţe macroergice (ATP).
2. faza de întuneric – se desfăşoară în stroma
- are loc sinteza de substanţe organice simple (cu 3 sau 4 atomi de
carbon) urmată de o succesiune de reacţii de sinteză care au ca rezultat producerea de glucide, proteine, lipide – ciclul CALVIN
EVIDENŢIEREA PROCESULUI DE FOTOSINTEZǍ
Metodele de evidenţiere a procesului de fotosinteză se bazează pe determinarea cantităţii de CO2 absorbit, de O2 eliberat sau a substanţelor organice sintetizate, a substanţei uscate totale (biomasa) sau numai a carbonului acumulat. Deoarece concomitent cu fotosinteza are loc si respiraţia, datele obţinute experimental indică fotosinteza aparentă. Pentru obţinerea fotosintezei reale, la valoarea celei aparente se va adăuga consumul de substanţa organică prin respiraţie.
Experimental în laboratorul de biologie, punerea în evidenţa a O2 produs şi CO2 absorbit în procesul de fotosinteză se poate realiza astfel: se secţionează un fragment de Elodea sp. sau altă plantă acvatică şi se introduce cu partea secţionată în sus, într-o eprubetă cu apă de robinet. Eprubeta se aşeză în apropierea unei surse de lumină. După 2-3 minute se observă degajarea de bule de gaz la nivelul secţiunii.
Gazul produs este O2, lucru ce poate fi demonstrat prin ridicarea eprubetei şi introducerea rapidă a vârfului unui băţ de chibrit incandescent care se va reaprinde (O2 este un gaz care întreţine arderea).
Dacă vom pune fragmentul de Elodea sp. într-o eprubetă cu apă fiartă şi răcită şi o vom expune la lumină, vom observa că nu se mai degajă bule de gaz(O2), deoarece prin fierbere, CO2 solvit în apă a fost înlăturat. Dacă se adaugă în apa fiartă şi răcită o cantitate mică de NaHCO3 (carbonat acid de sodiu), planta va degaja din nou bule de
O2 deoarece NaHCO3 pune în libertate CO2 necesar desfăşurării fotosintezei, după reacţia :
Metode bazate pe evidenţierea substanţelor organice produse
Experimental, în laboratorul de biologie poate fi evidenţiată substanţa organică produsă prin fotosinteză astfel : se acoperă parţial o frunză cu o bucată de staniol şi se lasă la lumină câteva ore. Se rupe apoi frunza de pe plantă, se fierbe câteva minute în apă, apoi câteva minute în alcool. Frunza decolorată prin fierbere se introduce într-o soluţie de iod în iodură de potasiu. Se va observa colorarea în albastru a zonelor care conţin amidon, acolo unde nu a existat staniol şi unde s-a realizat fotosinteza (iodul dă o coloraţie albastră în prezenţa amidonului). În partea care a fost acoperită cu staniol, fotosinteza nu a avut loc, nu s-a produs amidon şi, ca urmare, va rămâne decolorată.
ROLUL PIGMENŢILOR ASIMILATORI (clorofila a şi clorofila b)
Fotosinteza se desfăşoară în cloroplaste, la nivelul granei. Membrana tilacoidală este formată din două straturi fosfolipidice (la fel ca membrana cloroplastului, a mitocondriei şi a celulei). Aceste membrane tilacoidale reprezintă sediul reacţiilor dependente de lumină ale fotosintezei. Ele au pe suprafaţă sau încorporate, molecule cu clorofilă, pigmenţi asociaţi, sisteme de transport de electroni şi enzime. Moleculele care absorb lumina sunt dispuse în fotosisteme.
Tipuri de pigmenţi asimilatori :
- clorofila a , este prezentă în toate organismele fotosintetizatoare;
- clorofila b, este întâlnită în algele verzi, muşchi şi cormofite (la plantele superioare, raportul valoric între clorofila a/clorofila b este de 3/1);
- clorofila c (alge brune, diatomee, dinoflagelate);
- clorofila d ( alge roşii);
- clorofila e ( alge galben–aurii);
- ficoeritrina (alge roşii);
- ficocianina (cianobacterii)
Roluri :
Pigmenţii asimilatori au rolul de a absorbi, în funcţie de particularităţile spectrului lor de absorbţie, radiaţiile luminoase a căror energie este utilizată în sinteza substanţelor organice. Capacitatea de absorbţie a luminii se datorează posibilităţii formării electronilor energizanţi. Lumina absorbită de clorofilă determină eliberarea unui electron cu potenţial energetic foarte mare, electron care în final va reveni la clorofilă dar cu un potenţial energetic mult mai mic. In cadrul acestei reacţii clorofila joacă rol de catalizator, molecula de clorofilă oxidată, revenind din nou la forma iniţială prin (re)captarea unui electron.
Fiecare tip de pigment asimilator are capacitatea de a absorbi şi a utiliza în fotosinteză anumite radiaţii luminoase, de culoare complementară culorii lor. Algele verzi şi plantele superioare realizează cel mai bine fotosinteza în lumină roşie, iar algele roşii la lumină verde. Radiaţiile verzi au o frecvenţă mai mare decât cele roşii, pătrunzând mai adânc în masa apei. Ca urmare, algele roşii trăiesc la adâncimi mai mari spre deosebire de algele verzi.
Importanţa fotosintezei:
- Este singurul proces natural prin care se obţine oxigenul. Acesta este folosit în procesul respirator la plante şi animale (respiraţie aerobă). Este un gaz care întreţine arderea, participând la procesele de oxido-reducere a substratului organic. Prin schimburile de O2 şi CO2 fotosinteza intervine în menţinerea unei compoziţii relativ constante a aerului atmosferic.
- Prin fotosinteză s-a obţinut stratul de ozon (O3) ce protejează Pământul de efectele dăunătoare ale radiaţiilor solare.
- Prin desfăşurarea acestui proces funcţionează toate ecosistemele: acvatice (datorită fotosintezei realizate de alge) şi terestre (datorită fotosintezei realizate de celelalte plante, în special Gimnosperme şi Angiosperme). Într-un ecosistem, principalele relaţii interspecifice sunt relaţiile trofice. Ele se bazează pe hrănire. Plantele constituie sursa de hrană pentru animalele fitofage care constituie hrana animalelor zoofage. Plantele se numesc producători primari (P) datorită fotosintezei – ele produc O2 şi substanţe organice.
Fotosinteza asigură echilibrul ecologic.
Influenţa factorilor de mediu :
Intensitatea fotosintezei este influenţată de o serie de factori din mediul de viaţă :
LUMINA - prin intensitatea şi lungimea de undă (compoziţie). Este principalul factor de care depinde fotosinteza. Intensitatea luminii variază în funcţie de anotimp şi nebulozitate. Începe de la câteva zeci de lucşi până la 50 000 lucşi. Intensitatea fotosintezei depinde de tipul de plante (la cele iubitoare de lumină intensitatea fotosintezei creşte proporţional cu intensitatea luminii spre deosebire de plantele umbrofile la care intensitatea fotosintezei scade la intensitatea mare a luminii.
Compoziţia luminii – se constată că intensitatea fotosintezei creşte în lumină roşie şi scade în lumină verde.
TEMPERATURA - fotosinteza se realizează de obicei începând de la temperaturi de 0°C (excepţie făcând coniferele sau grâul care realizează fotosinteza la - 4° – -6°C) până la temperaturi de 25 - 30°C (la plantele din regiunea temperată) sau +35 - +40°C (la plantele mediteraneene) când se înregistrează maximul intensităţii fotosintezei.
DIOXIDUL DE CARBON (CO2) - în aerul atmosferic CO2 se află în concentraţie de 0,03 % iar O2 în procent de 21%. Creşterea concentraţiei de CO2 de la 0,03% până la 2-5% determină creşterea intensităţii fotosintezei (se practică în sere pentru creşterea productivităţii). Variaţii ale concentraţiei de CO2 se produc frecvent datorită raportului fotosinteză / respiraţie şi a activităţii industriale.
APA este un factor esenţial în realizarea fotosintezei, reprezentând materia primă alături de sărurile minerale şi dioxidul de carbon. Ea reprezintă de asemeni suportul sevei brute şi a celei elaborate.
SĂRURILE MINERALE - influenţează intensitatea fotosintezei deoarece prezenţa lor în sol determină realizarea fotosintezei, creşterea concentraţiei lor în sol ducând la creşterea intensităţii fotosintezei.
Cuprins: Lectii pregatitoare pentru examenul de bacalaureat la Biologie Vegetala si Animala
