quarta-feira, 4 de junho de 2014

Expoentes, notação exponencial, logaritmos e tempo de geração


Retirado do livro Microbiologia, de Gerard Tortora


Os números muito grandes e os muito pequenos, como 4.650.000.000 e 0,00000032, são problemáticos para trabalhar. É mais conveniente expressar esses números em notação exponencial – isto é, como uma potência de 10. Por exemplo, 4.65 × 109 está na notação exponencial padrão, ou notação científica: 4,65 é o coeficiente, e 9 é a potência ou exponente. Na notação exponencial padrão, o coeficiente é sempre um número entre 1 e 10, e o expoente pode ser positivo ou negativo.
Para alterar um número para a notação exponencial, siga duas etapas. Primei- ro, determine o coeficiente, movendo o ponto decimal até que exista apenas um dígito diferente de zero à esquerda do mesmo. Por exemplo, 



O coeficiente é 3,2. Segundo, determine o expoente, contando o número de casas que você moveu o ponto decimal. Se você o movimentou para a esquerda, o expoente é positivo. Se você o moveu para a direita, o expoente é negativo. Por exemplo, você moveu o ponto decimal sete casas para a direita, de modo que o ex- poente é –7. Assim,


Agora, suponha que você esteja trabalhando com um número grande, em vez de um número muito pequeno. As mesmas regras se aplicam, mas o valor exponen- cial será positivo em vez de negativo. Por exemplo,


Para multiplicar números escritos em notação exponencial, multiplique os co- eficientes e adicione os expoentes. Por exemplo, 


Para dividir, divida o coeficiente e subtraia os expoentes. Por exemplo,
Os microbiologistas utilizam a notação exponencial em muitas situações. Por exemplo, a notação exponencial é usada para descrever o número de micro- -organismos em uma população. Esses números frequentemente são muito grandes (veja o Capítulo 6). Outra aplicação da notação exponencial é para expressar con- centrações de substâncias químicas em uma solução – substâncias químicas como os componentes do meio (Capítulo 6), os desinfetantes (Capítulo 7) ou os antibióticos (Capítulo 20). Esses números frequentemente são muito pequenos. A conversão de uma unidade de medida para outra no sistema métrico requer a multiplicação ou a divisão por uma potência de 10, que é mais fácil de realizar em notação exponencial.


Logaritmos
O logaritmo (log) é a potência para a qual uma base numérica é elevada para pro- duzir um determinado número. Normalmente trabalhamos com logaritmos na base 10, abreviados como log10. O primeiro passo para descobrir o log10 de um número é escrevê-lo em notação exponencial. Caso o coeficiente seja exatamente 1, o log10 é simplesmente igual ao expoente. Por exemplo    
 Caso o coeficiente não seja 1, como na maioria dos casos, a função logaritmo de uma calculadora deve ser utilizada para determinar o logaritmo.
Os microbiologistas utilizam logs para calcular níveis de pH e para representar graficamente o crescimento de populações microbianas em cultura (Veja o Capítulo 6).


Calculando o tempo de geração
À medida que as células se dividem, a população aumenta exponencialmente. Nu- mericamente, isto é igual a 2 (porque uma célula se divide em duas) elevado ao nú- mero de vezes que a célula se dividiu (gerações). 


Uma aplicação prática para o cálculo é a determinação do efeito em cultura de um novo conservante de alimentos. Suponha que 900 micro-organismos da mesma espécie foram cultivados sob as mesmas condições do último exemplo, exceto pelo fato de que o conservante foi adicionado ao meio de cultura. Após 15 horas, haviam 3.276.800 células. Calcule o tempo de geração e decida se o conservante inibiu o crescimento.
Resposta: 75 min/geração. O conservante inibiu o crescimento. 

Fotossíntese: fases "clara" e "escura"

São temas importantes relacionados a fotossíntese os seus fatores limitantes  (como dióxido de carbono, luz e água), suas etapas ( a fase clara e escura),  a comparação com a respiração ( e o conceito de ponto de compensação fótico), os experimentos relacionados e as estratégias CAM, C3 e C4. Trataremos aqui das duas fases da fotossíntese.


Para entendermos essas duas fases, é importante ter atenção à reação global da fotossíntese, abaixo. O carbono do dióxido de carbono será reduzido, formando glicose, em um processo endotérmico. Ou seja, a fotossíntese envolve transferência de elétrons. A molécula doadora de elétrons é a clorofila, quando estimulada pela luz.  Uma substância chamada de NADP será aceptora intermediária de elétrons nesse processo. Como processo endotérmico (absorve energia), é necessária a formação de ATP para fornecer energia para a glicose. Assim, a fotossíntese ocorre a transfomação de energia luminosa em energia química, armazenada no ATP.

Na fase clara, ocorre formação de ATP e NADPH2 que fornecerão, respectivamente, energia e elétrons para a fase escura, na qual a glicose é formada. A fotossíntese ocorre nas cianobactérias e, nos eucariotos, nos cloroplastos. Observe, abaixo, os tilacoides e o estroma dos cloroplastos, onde ocorrem, respectivamente, a fase clara e fase escura.



Fase clara (fotoquímica)

A fase clara ocorre em estruturas membranosas. Nos cloroplastos, ela ocorre nos tilacóides, que apresentam clorofila. Nas cianobactérias a fase clara ocorre na membrana plasmática. Isso porque nessas membranas existem substâncias chamadas de citocromos, que  participam do processo através de uma cadeia transportadora de elétrons.

Ocorre, nessa fase, a fotofosforilação, ou seja, a produção de ATP (fosforilação do ADP) com a participação da luz (daí o nome, fotofosforilação). A luz estimula a clorofila, que libera elétrons para uma cadeia transportadora constituida de citocromos na membrana dos tilacoides. A transferência de eletrons entre citocromos está ligada a síntese de ATP. Os elétrons podem retornar para a clorofila (fotofosforilação cíclica) ou não (fotofosforilação acíclica).

Observe, abaixo, a fotofosforilação cíclica, que produz ATP.



Na fotofosforilação acíclica, os elétrons transferidos pela clorofila não retornam para esse pigmento, sendo captados pelo NADP. A água é quebrada o que fornece elétrons para a clorofila, libera gás oxigênio e dois protons, que serão captados pelo NADP.  Assim, a fotofosforilação acíclica produz ATP (pela cadeia transportadora de elétrons) e NADPH.


Assim, a fase clara produz, alem de oxigênio,  NADPH e ATP, e esses dois serão reagentes na proxima etapa, a fase escura.

Fase "Escura" (química)

Na fase "escura", o dióxido de carbono é reduzido a glicose, processo endotérmico, em um processo chamado de Ciclo de Calvin-Benson . O agente redutor é o NADPH que transfere elétrons para o ciclo enquanto que o ATP fornece energia para o processo. A glicose é o produto do ciclo de Calvin.


 Conclusões

Ao observarmos a equação global da fotossíntese devemos agora entender em que processo cada reagente é consumido e cada produto é liberado:


O CO2 é consumido na fase escura, no estroma do cloroplasto, na qual é produzida a glicose. A água é quebrada na fase clara (fotólise da água, na fotofosforilação acíclica), o que leva a produção de O2  e os hidrogênios são captados pelo NADP, que é convertido em NADPH, reagente  da fase escura.

Em resumo, a fase clara fornece ATP e NADPH para a fase escura formar glicose:



Ou localizando esses processos no cloroplasto:




Assim, apesar do nome fase "escura" percebemos que o ciclo de Calvin depende indiretamente da luz, já que os produtos da fase clara (NADPH e ATP) são reagentes do ciclo de Calvin.



Para saber Mais:
Metabolismo energético 2:nucleotídeos e metabolismo energético ( EM BREVE)








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