Fotossíntese

Lana Magalhães

A fotossíntese é um processo fotoquímico que consiste na produção de energia através da luz solar e fixação de carbono proveniente da atmosfera.

Ela pode ser resumida como o processo de transformação da energia luminosa em energia química. O termo fotossíntese tem como significado síntese pela luz.

As plantas, algas, cianobactérias e algumas bactérias realizam fotossíntese e são denominados seres clorofilados, isso porque apresentam um pigmento essencial para o processo, a clorofila.

A fotossíntese é o processo básico de transformação de energia na biosfera. Ela sustenta a base da cadeia alimentar, em que a alimentação de substâncias orgânicas proporcionadas pelas plantas verdes produzirá o alimento para os seres heterótrofos.

Assim, a fotossíntese tem sua importância baseada em três principais fatores:

  • Promove a captura do CO2 atmosférico;
  • Realiza a renovação do O2 atmosférico;
  • Conduz o fluxo de matéria e energia nos ecossistemas.

Processo de fotossíntese

Esquema da fotossíntese
Representação do processo de fotossíntese

A fotossíntese é um processo que ocorre no interior da célula vegetal, a partir do CO2 (dióxido de carbono) e H2O (água), como forma de produzir glicose.

Em resumo, podemos esclarecer o processo de fotossíntese da seguinte forma:

A H2O e o CO2 são as substâncias necessárias para realização da fotossíntese. As moléculas de clorofila absorvem a luz solar e quebram a H2O, liberando O2 e hidrogênio. O hidrogênio une-se ao CO2 e forma a glicose.

Esse processo resulta na equação geral da fotossíntese, a qual representa uma reação de oxidação-redução. A H2O doa elétrons, como o hidrogênio, para a reduzir o CO2 até formar os carboidratos na forma de glicose (C6H12O6):

começar estilo tamanho matemático 20px 12 espaço reto H com 2 subscrito reto O espaço mais espaço 6 espaço CO com 2 subscrito espaço seta para a direita com Luz sobrescrito espaço espaço 6 espaço reto O com 2 subscrito espaço mais espaço reto C com 6 subscrito reto H com 12 subscrito reto O com 6 subscrito espaço mais 6 espaço reto H com 2 subscrito reto O fim do estilo

Fotossíntese
A clorofila é pigmento responsável pela coloração verde dos vegetais

A fotossíntese ocorre nos cloroplastos, uma organela presente apenas nas células vegetais, e onde é encontrado o pigmento clorofila, responsável pela cor verde dos vegetais.

Os pigmentos podem ser definidos como qualquer tipo de substância capaz de absorver luz. A clorofila é o pigmento mais importante dos vegetais para a absorção da energia dos fótons durante a fotossíntese. Outros pigmentos também participam do processo, como os carotenoides e as ficobilinas.

A luz solar absorvida apresenta duas funções básicas no processo de fotossíntese:

  • Impulsionar a transferência de elétrons através de compostos que doam e aceitam elétrons.
  • Gerar um gradiente de prótons necessário para síntese da ATP (Adenosina Trifosfato - energia).

Porém, o processo fotossintético é mais detalhado e ocorre em duas etapas, como veremos a seguir.

Etapas

A fotossíntese é dividida em duas etapas: a fase clara e a fase escura.

Fase clara

A fase clara, fotoquímica ou luminosa, como o próprio nome define, são reações que ocorrem apenas na presença de luz e acontecem nas lamelas dos tilacoides do cloroplasto.

A absorção de luz solar e a transferência de elétrons ocorre através dos fotossistemas, que são conjuntos de proteínas, pigmentos e transportadores de elétrons, os quais formam uma estrutura nas membranas dos tilacoides do cloroplasto.

Existem dois tipos de fotossistemas, cada um com cerca de 300 moléculas de clorofila:

  • Fotossistema I: Contém um centro de reação P700 e absorve preferencialmente a luz de comprimento de onda de 700 nm.
  • Fotossistema II: Contém um centro de reação P680 e absorve a luz preferencialmente de comprimento de onda em 680 nm.

Os dois fotossistemas estão ligados por uma cadeia transportadora de elétrons e atuam de forma independente, mas complementar.

Dois processos importantes acontecem nessa fase: a fotofosforilação e a fotólise da água.

Fotossistemas
Os fotossistemas são responsáveis pela absorção de luz e transporte de elétrons para a produção de energia

Fotofosforilação

A fotofosforilação é basicamente a adição de um P (fósforo) ao ADP (Adenosina difosfato), resultando na formação de ATP.

No momento em que um fóton de luz é capturado pelas moléculas antenas dos fotossistemas, a sua energia é transferida para os centros de reação, onde é encontrada a clorofila. Quando o fóton atinge a clorofila, ela torna-se energizada e libera elétrons que passaram por diferentes aceptores e formaram, juntamente com H2O, o ATP e NADPH.

A fotofosforilação pode ser de dois tipos:

  • Fotofosforilação acíclica: Os elétrons que foram liberam pela clorofila não retornam para ela e sim para a do outro fotossistema. Produz ATP e NADPH.
  • Fotofosforilação cíclica: Os elétrons retornam para a mesma clorofila que os liberou. Forma apenas ATP.

Fotólise da água

A fotólise da água consiste na quebra da molécula de água pela energia da luz do Sol. Os elétrons liberados no processo são usados para substituir os elétrons perdidos pela clorofila no fotossistema II e para produzir o oxigênio que respiramos.

A equação geral da fotólise ou reação de Hill é descrita da seguinte forma:

começar estilo tamanho matemático 20px 2 espaço reto H com 2 subscrito reto O espaço espaço espaço seta para a direita com Luz sobrescrito espaço espaço reto O com 2 subscrito espaço mais espaço 4 à potência de mais espaço mais espaço 4 reto e à potência de menos fim do estilo

Assim, a molécula de água é a doadora final de elétrons. O ATP e NADPH formados serão aproveitados para a síntese de carboidratos, a partir de CO2. Porém, isso acontecerá na etapa seguinte, a fase escura.

Fase escura

A fase escura, ciclo das pentoses ou ciclo de Calvin pode ocorrer na ausência e presença de luz e acontece no estroma do cloroplasto. Durante essa fase, a glicose será formada a partir de CO2. Assim, enquanto a fase luminosa fornece energia, na fase escura acontece a fixação do carbono.

Reações da fotossíntese
Esquema do ciclo de Calvin

Confira um resumo de como ocorre o ciclo de Calvin:

1. Fixação do Carbono

  • A cada volta do ciclo, uma molécula de CO2 é adicionada. Porém, são necessárias seis voltas completas para produzir duas moléculas de gliceraldeído 3-fosfato e uma molécula de glicose.
  • Seis moléculas de ribulose difosfato (RuDP), com cinco carbonos, unem-se a seis moléculas de CO2, produzindo 12 moléculas de ácido fosfoglicérico (PGA), com três carbonos.

2. Produção de compostos orgânicos

  • As 12 moléculas de ácido fosfoglicérico (PGAL) são reduzidas a 12 moléculas de aldeído fosfoglicérico.

3. Regeneração da ribulose difosfato

  • Das 12 moléculas de aldeído fosfoglicérico, 10 combinam-se entre si e formam 6 moléculas de RuDP.
  • As duas moléculas de aldeído fosfoglicérico que sobraram servem para dar início a síntese de amido e outros componentes celulares.

A glicose produzida ao final da fotossíntese é quebrada e a energia liberada permite a realização do metabolismo celular. O processo de quebra da glicose é a respiração celular.

Quimiossíntese

Ao contrário da fotossíntese que necessita de luz para ocorrer, a quimiossíntese acontece na ausência de luz. Ela consiste na produção de matéria orgânica a partir de substâncias minerais.

É um processo realizado apenas por bactérias autotróficas para obtenção de energia.

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Lana Magalhães
Lana Magalhães
Licenciada em Ciências Biológicas (2010) e Mestre em Biotecnologia e Recursos Naturais pela Universidade do Estado do Amazonas/UEA (2015). Doutoranda em Biodiversidade e Biotecnologia pela UEA.