dcsimg

Síntese de Nutrientes: 1. Fotossíntese

Equipe PASSEIWEB


CLOROPLASTOS

Os plastos ou plastídeos é um grupo de organelas específicas de células vegetais, que possuem características semelhantes com as mitocôndrias como: membrana dupla, DNA próprio e origem endosimbionte.

Os plastos desenvolvem-se a partir de proplastídeos, que são organelas pequenas presentes nas células imaturas dos meristemas vegetais e desenvolvem-se de acordo com as necessidades da célula, surgindo diferentes tipos de plastos como: os cromoplastos (que contêm pigmentos), os leucoplastos (sem pigmento), etioplastos (que se desenvolvem na ausência de luz), amiloplastos (que acumulam amido como substância de reserva), proteoplastos (que armazenam proteína) e os oleoplastos (acumulam lipídeos).

As células vegetais e as algas verdes possuem um grande número de cloroplastos, de forma esférica ou ovóide, variando de tamanho de acordo com o tipo celular, e são bem maiores que as mitocôndrias.

Os cloroplastos são um tipo de cromoplastos que contém pigmento chamado clorofila, que são capazes de absorver a energia eletromagnética da luz solar e a convertem em energia química por um processo chamado fotossíntese.


Jan Ingenhousz (1730-1799)

FOTOSSÍNTESE

Considera-se como o descobridor da fotossíntese ao físico holandês Jan Ingenhousz (imagem ao quem em 1779, baseado nos experimentos de Priestley (o descobridor do oxigênio), encontrou que as plantas produziam oxigênio na presença de luz solar. Senebier, em 1782, adicionou que além da luz do sol, o dióxido de carbono era necessário para que a fotossíntese pudesse realizar-se.

A fotossíntese é um processo químico realizado pelas plantas, as algas e certos microorganismos, mediante o qual a energia solar é capturada e convertida em energia química na forma de ATP e compostos orgânicos reduzidos.

Os seres autótrofos e os heterótrofos estão em equilíbrio na biosfera: os seres autótrofos captam a luz solar para formar ATP e NADPH, moléculas que usam para produzir compostos orgânicos a partir de CO2 e H2O e liberando O2 na atmosfera; os seres heterótrofos, por sua vez, consomem os compostos orgânicos produzidos pelos seres autótrofos, para obter energia mediante a oxidação desses compostos utilizando o O2 atmosférico e liberando CO2 ao meio. O CO2 é utilizado de novo pelos organismos autótrofos, fechando o ciclo. Calcula-se que a quantidade de energia livre capturada na fotossíntese durante um ano é de 1017 kJ, o que corresponde a 10 vezes a energia gasta em combustíveis fosseis (petróleo, carvão, gás natural) pela humanidade no mesmo período.

A CLOROFILA

Em 1817, Pelletier e Caveton isolaram o pigmento verde das folhas das plantas e o chamaram clorofila (do grego, folha verde). Em 1872, Sachs demonstrou que o produto imediato da fotossíntese era a glicose. Em 1906, Willstätter purificou a clorofila e descobriu que estava composta por duas partes, as quais tinham diferentes características de absorção da luz: as chamou clorofila a e clorofila b, sendo a primeira a mais comum. Também encontrou que a molécula de clorofila continha Mg2+ e que estava composta de anéis pirrólicos. Fischer, na década de 1930, esclareceu que a estrutura da clorofila estava composta por quatro anéis
pirrólicos muito similares ao anel heme da hemoglobina, com uma cauda de um grupo fitol .

A fotossíntese pode ser realizada nas plantas devido à capacidade que têm as clorofilas (e outros pigmentos) de absorver a energia solar. As clorofilas são os pigmentos que mais absorvem luz nas plantas, havendo outros compostos que também absorvem luz e que, em geral, são chamados de pigmentos cromóforos entre os quais estão, além das clorofilas, o betacaroteno, a ficoeritrina, a ficocianina, etc. A clorofila b diferencia-se da clorofila a em que tem como grupo funcional de substituição na cadeia lateral 3 um grupo aldeído (-CHO) ao invés de um grupo metila (-CH3).

A clorofila se encontra nos cloroplastos, organelas das células das folhas similares às mitocôndrias no sentido que têm dupla membrana e possuem seu próprio DNA, embora sejam muito maiores. A membrana externa dos cloroplastos é permeável a íons e a pequenas moléculas. A parte correspondente à matriz contém o estroma, espaço fluido que contém as enzimas das reações obscuras da fotossíntese, nas quais o CO2 é reduzido a glicose. Fazendo parte da membrana interna dos cloroplastos existem muitas estruturas membranais planas e discoidais chamadas tilacóides, empilhados como moedas e que formam unidades chamadas grana. Os grana estão interligados por extensões de tilacóides chamadas lamelas. Embebidas nas membranas tilacóides estão os pigmentos fotossintéticos e as enzimas requeridas para as reações de luz da fotossíntese.

A energia solar provem da fusão de átomos de H por efeito das enormes temperatura e pressão presentes no sol para formar átomos de He.

TIPO DE RADIAÇÃO COMPRIMENTO DA ONDA
Raios gama 0,01-0,1 nm
Raios X < 30 nm
Ultravioleta < 400 nm
Luz visível 400-700 nm
Violeta 415 nm
Azul 465 nm
Vinho 500 nm
Verde 535 nm
Amarelo 580 nm
Laranja 615 nm
Vermelho 680 nm
Infravermelho 700-1000 nm
Micro-ondas < 1 m
Ondas de rádio > 1000 m


A clorofila absorve fortemente a luz vermelha e a violeta refletindo comprimentos de onda intermediárias cuja mistura dá a cor verde, característica das folhas das plantas. A fotossíntese se realiza a partir das porções visível e infravermelha próxima do espectro eletromagnético, fato que tem uma clara conotação evolutiva, pois é justamente essa a faixa do espectro que chega à Terra desde o sol com maior intensidade. Arnon, em 1954, foi o primeiro em poder realizar fotossíntese a partir de cloroplastos isolados. A fotossíntese não somente produz carboidratos como fonte de energia para os animais, mas também é a via por meio da qual o carbono entra de novo na biosfera, e é a principal fonte de oxigênio da atmosfera.

A reação geral do processo da fotossíntese, na qual é aproveitada a energia solar, revela um processo de óxido-redução em que a H2O doa elétrons (como H) para reduzir o CO2 e convertê-lo em carboidrato (CH2O)n: nCO2 + nH2O (CH2O)n + nO2

O oxigênio livre produzido provem da água e não do CO2, o que significa que a água é o agente redutor no processo, como foi predito desde 1930 por Van Niel e comprovado depois mediante a utilização de CO2 e H2O marcados com o isótopo 18O2. Entretanto, a H2O não reduz diretamente o CO2. A energia solar produz a oxidação (saída de elétrons) fotoquímica da H2O devido à existência de excelentes doadores e receptores de elétrons, onde o receptor final deles é o NADP+, o qual é reduzido a NADPH e o O2 é liberado.

A fotossíntese agrupa duas fases:

(1) Fase fototoquímica ou luminosa, que ocorre quando a planta está iluminada

Essas reações, também denominadas etapas fotoquímicas da fotossíntese, ocorre nas membranas do tilacóides, e apresenta as seguintes etapas:

a) absorção da luz

A energia luminosa é absorvida pelas moléculas da clorofila. Nesse processo a energia luminosa excita a clorofila, que perde elétrons para uma substância aceptora de elétrons. A clorofila recupera seus elétrons a partir da molécula de água, que é então quebrada originando o gás oxigênio (O2). Essa reação é denominada fotólise da água, ou Reação de Hill em homenagem ao seu descobridor.

2H2O + LUZ O2 + 4H+ (íons higrogênio) + 4e- (elétrons)

O gás oxigênio é liberado para a atmosfera, onde representa 21% do volume do ar atmosférico. Praticamente todo gás oxigênio presente na atmosfera é resultante do processo de fotossíntese.

b) Transporte de elétrons

Os elétrons da molécula da clorofila que foram excitados e transferidos ao aceptor de elétrons continuam sendo transferídos de aceptor para aceptor atraves de uma CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS. O último aceptor dos elétrons é o NADP (do inglés Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate). que se trensforma em NADPH ao receber os elétrons. Ampliando a reação teremos:

2H2O + 2NADP+ + LUZ O2 + 4H+ + NADPH

c) Produção de ATP

A energia liberada pelos elétrons ao passar pelos elos da cadeia de transporte força os prótons a passar pela membrana dos tilacóides, no sentido do estroma do para o lúmen. Com o acúmulo de prótons no lúmen, estes tendem da deixar esse compartimento por uma proteína de membrana que sintetiza ATP a partir de ADP e fosfato quando há fluxo de protóns deixando o lúmen dos tilacóides em direção ao estroma.

(2) Fase quimica ou escura, que ocorrem tanto em ambiente de luz quanto de escuridão

Nesta fase as células utilizam o NADPH e o ATP, produzidos nas reações de claro, para FIXAR O CARBONO proveniente do gás carbonico numa molécula de açúcar.

A fixação do carbono depende indiretamente da LUZ pois se houver NADPH e ATP a célula é capaz de sintetizar o açúcar.

A equação da fixação do carbono na fotossíntese pode ser assim representada:

CO2 + 3ATP + 2NADPH + 2H+ (CH2O) (açúcar) + 3ADP + 3Pi (fosfato inorgânico) + 2NADPH + H2O


COMPARANDO PROCESSOS DE FOTOSSÍNTESE E RESPIRAÇÃO

O processo da fotossíntese pode ser considerado o oposto ao da respiração (realizada nos animais), é a fonte primária de energia de todos os seres vivos. A energia produzida no processo da respiração nos animais está em forma de energia química e calórica, enquanto que a energia utilizada na fotossíntese é energia solar. A energia química, que faz possível a vida na Terra, é originada a partir da energia solar, fato que foi postulado pela primeira vez pelo físico alemão Von Mayer em 1845. Em outras palavras, a vida na Terra só é possível devido à fotossíntese.

Viu-se que os vegetais verdes possuem, nas suas células, organóides chamados cloroplastos, onde se processa o fenômeno da fotossíntese. Os cloroplastos transformam a energia luminosa em energia química através da equação:

12H2O + 6CO2 luzclorofila C2H12O6 + 6 H2O + 6 O2

A fotossíntese pode ser subdividida em duas etapas: fotoquímica ou luminosa e química ou escura.

Viu-se ainda que na fase fotoquímica, a energia luminosa, absorvida pelas clorofilas, é utilizada na síntese de dois compostos energéticos, o ATP e o NADPH2. A síntese de ATP se faz a partir do ADP e fosfato e é chamada fotofosforilação. O NADPH2 se forma quando a molécula da água é quebrada nos seus componentes, isto é, oxigênio e hidrogênio. O oxigênio é liberado como subproduto da fotossíntese, e o hidrogênio é utilizado na redução do NADP a NADPH2.

Na fase química ocorre: absorção e fixação de CO2; redução do CO2 pelo NADPH2, consumindo a energia do ATP e produzindo a glicose, rica em energia.

Os vegetais, os animais e os decompositores liberam a energia dos compostos sintetizados, na fotossíntese, durante a respiração. A respiração aeróbia ocorre nas mitocôndrias dos eucariontes e pode ser expressa através da equação:

C6H12O6 + 6H2O + 6O2 12H2O + 6CO2 + Energia

A energia liberada é utilizada na manutenção dos fenômenos vitais.

A respiração aeróbica degrada a glicose em três etapas:

Glicólise - Ocorre no hialoplasma da célula, e a glicose é decomposta em duas moléculas de ácido pirúvico, produzindo 2 ATP;

Ciclo de Krebs - Acontece na matriz mitocondrial; ocorre descarboxilação e desidrogenação dos compostos orgânicos e há síntese de 2 ATP;

Cadeia respiratória - Dá-se nas cristas mitocondriais onde existem as substâncias transportadoras de elétrons. Nesta fase há síntese de 32 ATP.

Créditos: Félix H. D. González, Prof. de Bioquímica Clínica - Faculdade de Veterinária (Universidade Federal do Rio Grande do Sul) | UFMT - Universidade Federal Mato Grosso | Unipar - Univarsidade Paranaense | Instituto de Biologia da USP - Universidade de São Paulo

Comentários

Siga-nos:

Instituições em Destaque

 
 

Newsletter

Cadastre-se na nossa newsletter e receba as últimas notícias do Vestibular além de dicas de estudo: