3. Modelos de magnetorecepção

3. Modelos de magnetorecepção

“Orientação magnética em animais: das bactérias até vacas”

IX Escola do CBPF2012

Indução magnética

Se um ser vivo pode detectar campos elétricos então também poderá detectar campos magnéticos através da Lei de Indução de Faraday.

Indução magnética►Dentre os animais elétricos temos os

que produzem descargas de alta voltagem e os que sentem campos elétricos.

►Produtores de corrente elétrica:Todas as células vivas produzem

quantidades mínimas de eletricidade. Porem, num animal elétrico os músculos

especializados, envolvidos na geração de eletricidade, produzem milhões ou bilhões de vezes mais eletricidade que um músculo normal.


►Órgão: eletroplacas ... células musculares que em vez de se contraírem produzem eletricidade!!!

Indução magnética►Exemplos deste tipo de animais:

Torpedo

Raia

Poraquê

Indução magnética►O órgão elétrico pode ser usado para

produzir descargas....ou na tarefa de eletrorrecepção, ou seja, na detecção de campos elétricos extremamente fracos.

►Nem sempre funciona para os dois objetivos.

Indução magnética► Família Gymnotoidei (peixes com forma de agulha) :

todos possuem órgão elétrico para alta descarga e outro de descarga baixa para eletrocomunicação e eletrolocalização

Eletrophorus electricus

Gymnotus carapo

Indução magnética►Dentre os peixes eletrorreceptores

temos os da família Elasmobranchia (tubarões e raias) e o da família dos Silurodei, que são peixes ósseos ao contrario dos Elasmobranchia, dentre eles os “catfish” ou peixes gato.

Indução magnética► Órgãos elétricos:Miogênicos: foram formados a partir de

células muscularesNeurogênicos: foram formados a partir de

células nervosas

Os órgãos miogênicos evoluíram a partir de algum tipo de célula muscular, e o tipo varia entre as espécies de peixes elétricos. Já os órgãos neurogênicos são o resultado de uma evolução secundaria dos órgãos miogênicos.

Indução magnética►Órgão miogênico da enguia: em 1 ms

descarrega uma corrente de 1 A numa voltagem de 500 V.

►Órgão neurogênico: descarrega mais vezes que um miogênico. Em alguns peixes pode descarregar até 1800 vezes por segundo.


► O órgão eletrorreceptor nos Elasmobranchia é conhecido como ampola de Lorenzini e corresponde com um órgão bulboso.

► Nos teleósteos são órgãos bulbosos.

► Nos Mormyridae (e outros tipos de peixes) são órgãos tuberosos.

Indução magnética►Órgãos bulbosos são sensíveis a baixa

freqüência: usados primariamente para detectar corrente contínua ou as lentas mudanças nos campos elétricos da presa e das fontes inanimadas. Uma destas é a corrente induzida pelo movimento das massas de água, como as correntes marinhas, através do campo magnético da terra (Força de Lorentz). Estes receptores são os mais sensíveis às correntes elétricas, variando um equivalente a cerca de 1-10 Hz, dependendo da espécie.

Indução magnética►Órgãos tuberosos são sensíveis a alta

freqüência: usados primariamente na eletrocomunicação - detectando as descargas elétricas de outros membros da mesma espécie. Os receptores tuberosos são os mais sensíveis às flutuações das correntes elétricas de cerca de 100-1.000 Hz, dependendo da espécie e mesmo do indivíduo.

Indução magnética►Assim, o movimento de um peixe com

sensibilidade elétrica num campo magnético induz uma corrente elétrica que pode ser sentida pelo peixe.

►O aspecto que prevalece é o relativista: o movimento relativo num campo magnético induz um campo elétrico.

Indução magnética►O movimento de um sistema condutor

num campo magnético deve produzir uma corrente perpendicular ao campo magnético e ao vetor velocidade do sistema

►Um sistema detector de campos elétricos deve ser sensível a esta corrente induzida


NORTE MAGNÉTICO CORRENTES

ELÉTRICASINDUZIDAS VELOCIDADE DO

TUBARÃO

COMPONENTE HORIZONTAL DO CAMPO GEOMAGNÉTICO

Indução magnética►Porem as correntes de água também

produzem correntes elétricas que podem interferir na corrente induzida

►Como o animal distingue ambas correntes?

►Uma solução: detecção do campo oscilante gerado na ampola de Lorenzini quando o peixe mexe a cabeça de ida e volta...

Indução magnética.....

Olhos, ouvidos e nariz fechados quando ele faz mergulhos noturnos

Ornitorrinco....


40,000 eletrorreceptores40,000 mecanorreceptores no bico


Bico curto – Australia–400 eletrorreceptores–Alimenta-se de cupins

Echidna comedor de insetos


Bico largo – Nova Guinea

–2000 eletrorreceptores

– Alimenta-se de vermes

Echidna comedor de vermes

Detecção com luz

► Em 1977, M. Leask publica na revista Nature uma proposta de modelo ressonante para explicar a magnetorecepção em pássaros.

► Neste modelo, ele propunha a criação de pares de radicais livres fotoexitados, ou seja, teriam que estar envolvidas moléculas fotoativas.

► A primeira molécula proposta foi a rodopsina.

Detecção com luz

► O modelo de Leask era bastante primitivo, mas foi capaz de predizer comportamentos que depois foram observados experimentalmente.

► Atualmente este modelo tem sido modificado muito, e hoje é conhecido como o modelo da produção de pares de radicais.

► A idéia é que fotomoléculas no estado base são exitadas para estados tripletes após absorver luz. Na relaxação destes estados exitados, alguns estados transitórios podem reagir com outras moléculas usando para isto campos magnéticos externos.

Detecção com luz

Outros modelos químicos...►ICR : Ressonância Ciclotrônica de Íons

Permite explicar os efeitos observadosde campos magnéticos oscilantes emdiferentes organismos vivos.

Hipótese ferromagnéticaPropriedades magnéticas da matéria

►Um material na presença de um campo magnético externo B apresenta uma magnetização M (momento magnético) por unidade de volume.

►A relação entre ambos parâmetros pode ser escrita da seguinte forma:

M = cB

Propriedades magnéticas da matéria

c é conhecida como a susceptibilidade magnética.

► Se c < 0 então, o material é DIAMAGNÉTICO.

► Se c > 0 então, o material pode ser PARAMAGNÉTICO ou FERROMAGNÉTICO, dependendo de seu valor e do comportamento de M em função da temperatura e do campo magnético aplicado.

Diamagnetismo►Lei de Lenz: quando o fluxo magnético

aplicado através de um circuito muda, uma corrente induzida aparece numa direção tal que se oponha à mudança de fluxo.

►Reflexo natural da resistência às mudanças num sistema.

Diamagnetismo►Podemos pensar que os elétrons, na

presença de um campo magnético B0 irão precessar em volta do eixo do campo com velocidade angular:

m2eB0

Diamagnetismo►Isto implica numa corrente elétrica I:

m 4BZe

m2eB

2Ze

TQI 0

20T

onde Z é o número atômico do elemento, e é a carga elétrica do elétron, M é a massa do elétron e o sinal negativo vem da carga negativa do elétron.

Diamagnetismo►Esta corrente induzida no átomo está

relacionada com um momento magnético:

m

BZeIA

4

20

2

onde A é a área formada pelo circuito de corrente e < 2 > é o valor médio do quadrado da distância dos elétrons ao eixo do campo magnético

Diamagnetismo►A magnetização por unidade de

volume na matéria será então:

m

rBNZeM

6

20

2

onde N é o número de átomos por unidade de volume e< r2 > é o valor médio do quadrado da distância ao centro do

átomo

Diamagnetismo►Assim, observamos que a

susceptibilidade magnética deve ser:

m

rNZe

6

22

c

►Observamos que na dedução anterior não foi feita nenhuma restrição aos átomos, o que mostra que TODA A MATERIA É DIAMAGNÉTICA.

►O valor de c é negativo e não depende da temperatura.

►Se o campo magnético aplicado for muito intenso, então pode-se levitar um objeto.

Diamagnetismo

Diamagnetismo

LEVITAÇÃO DIAMAGNETICA

Diamagnetismo

Levitação diamagnética numa rã

Diamagnetismo

Levitação diamagnética num grilo

Diamagnetismo

Paramagnetismo►Agora vamos analisar o que acontece

num átomo quando ele está na presença de um campo magnético.

►Para átomos com elétrons desemparelhados observamos que o momento magnético pode ser escrito quanticamente como:

JgJ B

B é o magneton de Bohr

Paramagnetismo►Os níveis de um sistema atômico

num campo magnético:BgmBU BJ

onde mJ é o número quântico azimutal e tem os valores –J, -J+1,....J-1, J

Para átomos com um elétron de valência, sem momento orbital, temos que mJ = ±1/2 e g=2, de onde U = ±BB

Paramagnetismo►Supondo que o sistema analisado

tem só dois níveis de energia, existirão duas populações em equilíbrio, cujos tamanhos serão dados por uma estatística de Boltzmann:

tBB

B

eee

NN

//

/1

tBB

B

eee

NN

//

/2

Paramagnetismo►N1 e N2 são as populações dos níveis

inferiores e superiores respectivamente, e N = N1 + N2 é o número total de átomos no sistema.

►O momento para cada átomo em N1 é m, e para cada átomo em N2 é –m. Assim:

xNeeeeNNNM xx

xx

tanh)( 21

kTBx

onde

Paramagnetismo►Se o átomo tiver momento angular

orbital, na presença de um campo magnético B o número quântico J terá 2J+1 níveis de energia com separações iguais.

►Neste caso a magnetização será:)(xBNgJM JB

Paramagnetismo►BJ é a função de Brillouin:

Jx

JJxJ

JJxBJ 2

coth21

2)12(coth

212)(

kTBgJx Bonde

Paramagnetismo►Em ambos casos, para x<<1:

TC

kTNp

kTgJNJ

BM BB

33)1( 2222 c

2/1)1( JJgponde

A expressão mostrada para c é conhecida como a Lei de Curie

Materiais magnéticos►Observamos que no diamagnetismo

e no paramagnetismo aparece um momento magnético em resposta a um campo externo. Se o campo externo for NULO o momento magnético do material também será nulo.

Materiais magnéticos►Porém, existem materiais que

apresentam um momento magnético num campo nulo.

►A presença deste momento magnético espontâneo sugere que os spins eletrônicos e os momentos magnéticos estão arranjados de uma forma regular.

Materiais magnéticos► Os materiais magnéticos podem ser

classificados de acordo com a forma como os momentos magnéticos estão ordenados dentro da estrutura cristalina do material:

► Ferromagnéticos► Ferrimagnéticos► Antiferromagnéticos

Materiais magnéticos►Cada material magnético é

caracterizado por uma temperatura de ordenamento:

No caso dos ferro(i)magnetos esta temperatura é a temperatura de Curie (TC); acima dela a magnetização espontânea desaparece.

►T > TC : fase paramagnética desordenada

►T < TC : fase magnética ordenada

►No caso dos antiferromagnetos esta temperatura é a temperatura de Neel (TN)

Materiais magnéticos► Aproximação do campo médio (mean field

approximation): cada átomo magnético sente um campo proporcional com a magnetização

MBE é uma constante independente da temperatura

Cada spin sente a magnetização média dos outros spins.

Ferromagnetismo► Neste caso os momentos

magnéticos estão orientados paralelamente:

Porém, numa configuração deste tipo tem que existir a repulsãomagnetostática entre os momentos magnéticos. Pierre Weiss supôs que neste caso deveria existir um campo magnético extra que manteria todos os momentos alinhados. Este campo magnético fictício é chamado de Campo de Troca BE (Exchange Field).

Ferromagnetismo► BE : campo molecular, campo de Weiss ou

campo de troca.► Ele não é real e então não entra nas

equações de Maxwell► Magnitude ≈ 107 Gauss (103 T), 104 vezes

maior que o campo entre os dipolos num ferromagneto.

► O efeito de orientação opõe-se à agitação térmica.

► Em temperaturas elevadas a ordem dos spins se destrói.

Ferromagnetismo►Como mostrar o ordenamento

magnético?►Difração de nêutrons!! ►Os nêutrons não tem carga e então

não interagem eletricamente, porém tem spin e podem interagir magneticamente com estruturas magnéticas.

►Interpretação semelhante àquela da difração de raios X.

Ferromagnetismo

T < TC

T > TC

Ferromagnetismo► Agora, usando a aproximação do campo

médio:

)BB(M E0P cTC

P c

)MB(C)BB(CMT 0E0

CTC

BM

0 c

Para T > TC:

Pela Lei de Curie:

Então:

Assim, obtemos a equação deCurie-Weiss :

Ferromagnetismo► Lei de Curie-Weiss

CTTC

c

TC é a temperatura de Curie e corresponde com uma temperatura deordenamento magnético

Experimentalmente, num gráfico de c-1 contra T deve-se observar que:

c-1 = 0 se T = TC

Elementos como o ferro, o cobalto e o níquel apresentam ordenamento ferromagnético

Antiferromagnetismo►Em materiais como NiO e KNiF3 observa-

se que por baixo de uma certa temperatura a magnetização espontânea é nula, porém a difração de nêutrons mostra um ordenamento magnético.

►Por cima desta temperatura: observa-se uma estrutura magnética com um tamanho de célula unitária magnética

►Por baixo desta temperatura: observa-se que a célula unitária magnética dobra de tamanho.

Antiferromagnetismo►Assim, se tem um ordenamento dos

momentos com duas vezes a distância atômica e nenhum momento magnético total.

►A interpretação para isto é que os momentos estão ordenados antiparalelamente.

Antiferromagnetismo► Usando a aproximação do campo médio:

bbbaba0b

babaaa0a

MMBBMMBB

- Duas sub-redes magnéticas a e b- Ma e Mb são as magnetizações de cada subrede- aa e bb descrevem a intensidade da interação intra-rede- ab descreve a intensidade da interação entre as redes- O sinal é negativo porque o campo médio é contrário ao campo aplicado.

Antiferromagnetismo► Assim, numa estrutura antiferromagnética,

com momentos magnéticos em cada sub-rede de igual intensidade, porém com sentidos opostos:

iibbaa

baab

O coeficiente ii pode ser positivo ou negativo e o coeficiente ab tem que ser positivo

Antiferromagnetismo► No equilíbrio térmico, a magnetização das

sub-redes a e b será:

)x(BSNg21M

)x(BSNg21M

bSBsb

aSBsa

kTBSgx

kTBSgx

bBsb

aBsa

onde

Antiferromagnetismo► Na região paramagnética:

bb

aa

B'MB'M

cc

TC

kT6)1S(SNg'

2B

2S

c

0

ba

BM

MMM

c

TC2c

)(C iiab

onde:

Lembrando que na rede completa:

Após um pouco de álgebrapode ser mostrado que: onde

Antiferromagnetismo►Num gráfico c-1 contra T pode-se observar

um comportamento análogo ao da Lei de Curie-Weiss, porém agora o intercepto com o eixo T será negativo.

► NÃO é uma temperatura de ordenamento

►Existe uma temperatura de ordenamento espontâneo, conhecida como Temperatura de Neel TN

Antiferromagnetismo► Por baixo de TN os momentos Ma e Mb são

diferentes de zero num campo nulo. Assim:

Nbiiaabb

Nbabaiia

T/)MM(CMT/)MM(CM

Para que este sistema não tenha só a solução trivial, o determinante dos coeficientes tem que ser zero

)(CT iiabN

Antiferromagnetismo

Ferrimagnetismo►Neste caso a ordem magnética

corresponde a duas sub-redes antiparalelas com momentos magnéticos diferentes entre as redes.

►O momento magnético total é diferente de zero.

Este tipo de ordem magnética é comum numa família de minerais chamados deferritas.

Ferrimagnetismo► Na aproximação do campo médio para este

caso, vamos supor que os sítios a e b não são equivalente e que Ma ≠ Mb. Assim:

bbbaab0b

babaaa0a

MMBBMMBB

bbaa

baab

onde, por questões de simetria:

Ferrimagnetismo► Da mesma forma que no antiferromagnetismo,

pode-se calcular a susceptibilidade na região paramagnética, onde agora cada sub-rede tem uma constante de Curie diferente (Ca e Cb):

0bbbbbaabb

0ababaaaaa

BCM)CT(MCBCMCM)CT(

Ferrimagnetismo► Após uma álgebra complicada, pode-se

mostrar que:

'TCT 1

01

cc

ba CCC 2

abbabb2baa

2a

10 C)CC2CC( c

3bbaaabbbaa

2abba

2abbb

2b

2abaa

2aba C/])([CC2)(C)(CCC

C)2(CC' abbbaaba

onde:

Ferrimagnetismo► Para valores grandes de T:

TCc

2]CC4)CC[(

2CCT

2/12abba

2bbbaaabbbaaa

NF

Também existe uma temperatura na qual valores não nulos de Mem ambas sub-redes podem aparecer para campo zero:

a Temperatura de Neel Ferrimagnética TNF

Graficamente, aparece uma curvatura na vizinhança de TNF, o que é característico de materiais ferrimagnéticos.

Ordenamento magnético

c verso T

Dependência do tamanho► O que acontece quando o tamanho do

material magnético diminui?► Materiais volumosos (dimensões maiores que

milímetros): formação de domínios► A formação dos domínios magnéticos é

energeticamente favorável.► Os domínios magnéticos estão saturados:

todos os momentos nele estão alinhados na mesma direção

► A energia magnética do sistema neste caso é a mínima possível.

Dependência do tamanho

Na presença de um campo magnéticoos domínios podem reorientar-se nadireção do campo.

A formação dos domínios é favorecidapela existência de diversas contribuiçõesà energia, dentre elas as contribuiçõesdas anisotropias magnéticas, sendo as principais a anisotropia de forma e a cristalina

Dependência do tamanho►No estilo do Demócrito: o que

aconteceria se um imã fosse fatiado inúmeras vezes?

►Se o tamanho do imã diminui muito, as diversas contribuições à energia não favorecem mais a formação de domínios.

►Chegaremos então num Monodomínio Magnético.

Dependência do tamanho►O monodomínio magnético é estável.►Os momentos magnéticos de cada

átomo se encontram ordenados igualmente em toda a partícula.

►O momento total da partícula se encontra orientado numa direção fixa, segundo a anisotropia cristalina e de forma.

Dependência do tamanho►E se o tamanho diminuir mais ainda?►Neste caso a energia magnetocristalina

deverá diminuir também, chegando em níveis comparáveis àqueles da energia térmica kT.

►A energia magnetocristalina constitui uma barreira de energia para as duas possíveis orientações do momento magnético.

►Para tamanhos menores que aquele do monodomínio, o momento magnético pode oscilar entre as duas orientações possíveis, pulando a barreira de energia.

Dependência do tamanho►O comportamento destas partículas

depende da temperatura, pois kT pode ser maior, semelhante ou menor que a barreira de energia magnetocristalina.

►Pode definir-se uma temperatura, chamada de Temperatura de Bloqueio TB, na qual a energia térmica kTB é semelhante à energia da barreira.

►Isto implica que o tempo de relaxação entre as duas orientações possíveis deve aumentar com a diminuição da temperatura.

Dependência do tamanho► Em função da diminuição do tamanho:► Organização em multidomínios magnéticos

(bulk)► Após um certo volume limite V1 e até um

volume V2 ( V1 > V2 ) as partículas não formam mais domínios magnéticos e se comportam com um único domínio. Estas partículas são chamadas de Monodomínios Magnéticos.

► Para volumes menores que V2 a partícula se comporta como um material paramagnético, porque o momento magnético da partícula pode variar termicamente. Isto é conhecido como Superparamagnetismo e depende da forma da partícula e das anisotropias da mesma.

Dependência do tamanho► Segundo a temperatura e o tempo de relaxação

podem ser definidos três estágios para estas partículas:

► T > TB : os tempos de relaxação são maiores que o tempo de detecção do aparelho de medida. A sensação é de um sistema paramagnético, pois o momento total é nulo em campo zero. Neste caso o sistema é chamado de SUPERPARAMAGNÉTICO.

► T ≈ TB : os tempos de relaxação são da mesma ordem que o tempo de detecção do aparelho de medida. A sensação é de uma relaxação lenta. Neste caso o sistema é chamado de VISCOSO.

► T < TB : os tempos de relaxação são muito maiores que o tempo de detecção do aparelho de medida. A sensação é de um momento magnético estável em cada partícula. Neste caso o sistema é chamado de ESTÁVEL, e apresenta características semelhantes a um sistema magnético.

Dependência do tamanho► Superparamagnetismo


kT/KV10 ef

Barreira de energia magnética

eMM sr

Relaxação do momento magnético M


Superparamagneto

MonodomínioMultidomínios

Partículas monodomínio e superparamagnéticas têm tamanhos menoresque micrometros, na faixa de menos que 500 nm. Por isso são chamadas de nanopartículas magnéticas.

O limite entre multidomínio e monodomínio depende do mineral magnético.

Materiais magnéticos: minerais de ferro

► Fe é o quarto elemento mais abundante na crosta terrestre (5,1% da massa)

► Elemento muito reativo► Ele é encontrado nas rochas primárias do

manto terrestre na forma de silicatos minerais com Fe(II) ou também na forma de sulfetos

► Expostos na intempérie na superfície da Terra eles se oxidam, o Fe é liberado e se precipita como um novo mineral.

► Dependendo das condições ambientais, serão formados óxidos, oxihidróxidos, sulfitos, sulfetos, carbonatos e fosfatos.


►Estes minerais são comuns nos solos, zonas úmidas, lagoas, rios e oceanos.

►Fe tem papel fundamental em vários processos biológicos, como o transporte do oxigênio sanguíneo nos vertebrados.

►Armazenado nos seres vivos dentro da ferritina.

►A ferritina consiste de uma proteína que envolve um oxihidroxido de Fe pobremente cristalino.


►Nos organismos, geralmente o Fe está complexado na forma de Fe férrico (Fe3+), pois quando ele está livre na forma de Fe ferroso (Fe2+) ele reage com o oxigênio e produz peróxido de hidrogênio (H2O2) através das reações Fenton.

Materiais magnéticos: magnetita

►Fórmula química: Fe3O4►Estrutura espinel inversa, onde se

encontram distribuídos Fe(II) e Fe(III)►É responsável pelo magnetismo da

maioria das rochas, junto com a titanomagnetita.


► Estrutura espinel


►Na estrutura espinel: 8 sítios tetrahedrais (ou A) e 16 sítios octahedrais (ou B). A constante de rede é aproximadamente 8 Å.

►A magnetita tem estrutura espinel inversa:

►se fosse espinel a fórmula seria AB2O4, onde os sítios A estariam ocupados pelo Fe2+ e os sítios B pelos Fe3+. Na estrutura espinel inversa a fórmula é B[AB]O4, onde [] representam os sítios octahedrais. Também poderíamos escrever Fe3+[Fe2+Fe3+]O4


►Apresenta uma valência fracionária de 2,5 pois um elétron fica pulando entre o Fe2+ e o Fe3+ nos sítios octahedrais.

►A temperatura ambiente é um ótimo condutor.

►Por baixo dos 118 K acontece uma transição eletrônica e cristalográfica, conhecida como a TRANSIÇÃO DE VERWEY:

►eletrônica: o elétron pára de pular e então a resistividade aumenta em 100X

►cristalográfica: de cúbica para ortorrômbica

Materiais magnéticos: magnetitaTransição de Verwey

Materiais magnéticos: maghemita

► Maghemita: magnetita – hematita► Estrutura similar àquela da magnetita► A maioria dos Fe estão no estado trivalente, e

as vacâncias dos cátions ficam compensadas pela oxidação dos Fe2+.

► Formada usualmente pela oxidação da magnetita em baixas temperaturas, pela desidratação da lepidocrocita (-FeOOH) ou pela precipitação direta a partir de soluções.

► Cada célula unitária cristalográfica tem 32 íons de O2, 21 1/3 íons de Fe3+ e 21 1/3 de vacâncias, sendo que as vacâncias estão restritas aos sítios octahedrais.

Materiais magnéticos: maghemita

►Este óxido de Ferro é encontrado nos solos dos trópicos e subtrópicos e ocasionalmente no solo das regiões temperadas.

►A maghemita é ferrimagnética à temperatura ambiente.

►A temperatura de Curie é difícil de medir, pois a maghemita se transforma em hematita à temperaturas acima dos 713 K. TC tem sido estimada entre 820 K e 986 K.

►É difícil distinguir a magnetita da maghemita usando análise de raios X.

Materiais magnéticos: ferritina

►A ferritina é o principal composto biológico para armazenar Fe.

►Ela é formada por proteínas que envolvem um núcleo de ferrihidrita.

►Mantém efetivamente o ferro em um estado que é solúvel e facilmente disponível às células e tecidos.

►O núcleo não é um óxido de Fe cristalino mais estável porque a proteína inibe este processo através de um ciclo bioquímico fortemente controlado o qual transporta Fe como Fe2+ e elimina Fe3+ na forma de ferrihidrita.


►Apoferritina: molécula de ferritina sem o núcleo. Corresponde a uma esfera oca, com um diâmetro externo de 12 nm, e um diâmetro interno de 8 nm.

►A sua estrutura tridimensional está bem conservada através dos reinos animal, vegetal e protista.

►A esfera protéica pode armazenar até 4500 átomos de ferro dentro de sua cavidade.

►A alta proporção Fe:proteína (200 vezes mais que na hemoglobina) é possível mantendo o Fe como um mineral compacto.


►Pouco é conhecido sobre a natureza química do Fe que é captado pela ferritina in vivo. Existe pouco Fe2+ livre dentro das células e uma grande abundância de quelantes de Fe, como os citratos. Porém, o controle da mineralização do Fe na casca da ferritina é realizado através do equilíbrio entre a concentração de proteína e os níveis de ferro celular.


►Uma característica importante é seu conteúdo variável de fosfato: 44 Fe/Pi para a ferritina do molusco Patella laticosata até 1,7 Fe/Pi para a bactéria Pseudomonas aeruginosa.

►Ferritina de mamífero tem níveis intermediários de fosfato.

►Baixos níveis de fosfato: núcleos mais cristalinos e linhas de difração típicas de ferridrita

►Altos níveis de fosfato: núcleos amorfos, e o núcleo pode ser visto como um hidrofosfato de ferro amorfo.

BiomineralizaçãoÉ a fabricação de minerais através de matrizes orgânicas

► Biomineralização: processo pelo qual organismos vivos produzem minerais.

► Dois tipos de processos:► 1. Biomineralização induzida: acontece fora do

organismo, como o resultado da interação de residuos metabolicos e o meio ambiente.

► 2. Biomineralização controlada biologicamente: neste caso os minerais são produzidos dentro do organismo através de membranas especializadas.

► No caso das bacterias magnetotáticas: biomineralização do segundo tipo.

Hipótese ferromagnética►Esta hipótese supõe que o transdutor

do campo magnético é formado por imãs ligados a estruturas celulares capazes de converter os sinais magnéticos em sinais nervosos.

►Uma forma de testar esta hipótese é procurar a existência de partículas magnéticas no corpo dos organismos que mostram sensibilidade ao campo geomagnético.

Hipótese ferromagnética


Imagem eletrônica espectroscópica das partículas isoladas magneticamente de corpos macerados de formigas.

A. Imagem do ferroB. Imagem do oxigênioC. Imagem de campo claro

As setas indicam duas partículas que compartem a presença simultânea de ferro e oxigênio.

A barra de escala corresponde com 200 nm

Hipótese ferromagnéticaA análise da difração de elétrons mostrou que as partículas correspondem com óxidos de ferro magnéticos

Hipótese Ferromagnética

Material magnético no ouvido


Magnetita de cerebro humano

Hipótese ferromagnéticaPossíveis mecanismos??

Vida em Marte?

3. Modelos de magnetorecepção

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