Realizações de Aprendizagem
- Identificar os reagentes e produtos da fotossíntese
Fotossíntese é um processo de múltiplos passos que requer luz solar, dióxido de carbono (que é baixo em energia), e água como substratos (Figura 1). Após o processo estar completo, ele libera oxigênio e produz gliceraldeído-3-fosfato (GA3P), moléculas simples de carboidrato (que são de alta energia) que podem ser posteriormente convertidas em glicose, sacarose ou qualquer uma das dezenas de outras moléculas de açúcar. Estas moléculas de açúcar contêm energia e o carbono energizado que todos os seres vivos precisam para sobreviver.
Figure 1. A fotossíntese utiliza energia solar, dióxido de carbono e água para produzir carboidratos que armazenam energia. O oxigênio é gerado como um produto residual da fotossíntese.
A equação química para fotossíntese (Figura 2):
Figure 2. A equação básica para a fotossíntese é enganosamente simples. Na realidade, o processo ocorre em muitas etapas envolvendo reagentes e produtos intermediários. A glicose, a fonte primária de energia nas células, é feita a partir de dois GA3Ps de trêscarbonetos.
Apesar de a equação parecer simples, as muitas etapas que ocorrem durante a fotossíntese são na verdade bastante complexas. Antes de aprender os detalhes de como os fotoautotrofos transformam a luz solar em alimento, é importante familiarizar-se com as estruturas envolvidas.
Nas plantas, a fotossíntese ocorre geralmente em folhas, que consistem em várias camadas de células. O processo de fotossíntese ocorre em uma camada média chamada mesofila. A troca gasosa de dióxido de carbono e oxigênio ocorre através de pequenas aberturas reguladas chamadas estomas (singular: estoma), que também desempenham papéis na regulação da troca gasosa e do equilíbrio hídrico. Os estômatos estão tipicamente localizados na parte inferior da folha, o que ajuda a minimizar a perda de água. Cada estoma é ladeado por células de guarda que regulam a abertura e o fechamento dos estomas por inchaço ou retração em resposta a mudanças osmóticas.
Em todos os eucariotas autotróficos, a fotossíntese ocorre dentro de uma organela chamada cloroplasto. Para plantas, existem células contendo cloroplastos na mesofila. Os cloroplastos têm um envelope de membrana dupla (composto por uma membrana externa e uma membrana interna). Dentro do cloroplasto existem estruturas empilhadas, em forma de disco, chamadas tilacóides. Incorporada na membrana tilóide está a clorofila, um pigmento (molécula que absorve a luz) responsável pela interação inicial entre a luz e o material vegetal, e inúmeras proteínas que compõem a cadeia de transporte dos elétrons. A membrana tiacóide encerra um espaço interno chamado lúmen tiacóide. Como mostrado na Figura 3, uma pilha de tucóides é chamada de granum, e o espaço cheio de líquido ao redor do granum é chamado de estroma ou “cama” (não confundir com estoma ou “boca”, uma abertura na epiderme da folha).
Pergunta prática
Figura 3. A fotossíntese é realizada em cloroplastos, que possuem uma membrana externa e uma membrana interna. Pilhas de tilacóides chamadas grana formam uma terceira camada de membrana.
Num dia quente e seco, as plantas fecham o estômago para conservar água. Que impacto terá isto na fotossíntese?
Duas partes da fotossíntese
Fotossíntese ocorre em duas etapas sequenciais: as reações dependentes da luz e as reações independentes da luz. Nas reações dependentes da luz, a energia da luz solar é absorvida pela clorofila e essa energia é convertida em energia química armazenada. Nas reacções dependentes da luz, a energia química colhida durante as reacções dependentes da luz conduz à montagem de moléculas de açúcar a partir do dióxido de carbono. Portanto, embora as reações independentes da luz não utilizem a luz como um reagente, elas requerem os produtos das reações dependentes da luz para funcionar. Além disso, várias enzimas das reacções independentes da luz são activadas pela luz. As reações dependentes da luz utilizam determinadas moléculas para armazenar temporariamente a energia: Estas são referidas como portadoras de energia. Os portadores de energia que movem a energia das reacções dependentes da luz para reacções independentes da luz podem ser considerados como “cheios” porque são ricos em energia. Após a energia ser libertada, os portadores de energia “vazios” voltam à reacção dependente da luz para obterem mais energia. A figura 4 ilustra os componentes dentro do cloroplasto onde ocorrem as reações dependentes e independentes da luz.
Figure 4. A fotossíntese ocorre em duas etapas: reações dependentes da luz e o ciclo Calvin. As reações dependentes da luz, que ocorrem na membrana tialóide, utilizam a energia da luz para fazer ATP e NADPH. O ciclo de Calvin, que ocorre no estroma, utiliza energia derivada destes compostos para fazer GA3P de CO2.
Fotossíntese na Mercearia
Figure 5. Os alimentos que os seres humanos consomem têm origem na fotossíntese. (crédito: Associação Brasileira de Supermercados)
Mor mercearias nos Estados Unidos estão organizadas em departamentos, como laticínios, carnes, produtos, pão, cereais, e assim por diante. Cada corredor (Figura 5) contém centenas, se não milhares, de diferentes produtos para os clientes comprarem e consumirem.
Embora haja uma grande variedade, cada item se liga de volta à fotossíntese. Carnes e lacticínios ligam-se porque os animais foram alimentados com alimentos à base de plantas. Os pães, cereais e massas provêm em grande parte de grãos de amido, que são as sementes de plantas dependentes da fotossíntese. E as sobremesas e as bebidas? Todos estes produtos contêm sacarose é um produto vegetal, um dissacarídeo, uma molécula de carboidrato, que é construída directamente a partir da fotossíntese. Além disso, muitos itens são menos obviamente derivados de plantas: por exemplo, produtos de papel são geralmente produtos vegetais, e muitos plásticos (abundantes como produtos e embalagens) podem ser derivados de algas ou de óleo, os restos fossilizados de organismos fotossintéticos. Praticamente todas as especiarias e aromas do corredor das especiarias foram produzidos por uma planta como folha, raiz, casca, flor, fruto ou caule. Finalmente, a fotossíntese se liga a cada refeição e cada alimento que uma pessoa consome.
Em resumo: Uma visão geral da fotossíntese
O processo de fotossíntese transformou a vida na Terra. Ao aproveitar a energia do sol, a fotossíntese evoluiu para permitir aos seres vivos o acesso a enormes quantidades de energia. Por causa da fotossíntese, os seres vivos ganharam acesso a energia suficiente que lhes permitiu construir novas estruturas e alcançar a biodiversidade hoje evidente.
Só certos organismos, chamados fotoautotrofos, podem realizar fotossíntese; eles requerem a presença de clorofila, um pigmento especializado que absorve certas porções do espectro visível e pode capturar energia da luz solar. A fotossíntese utiliza dióxido de carbono e água para montar moléculas de carboidratos e liberar oxigênio como produto residual para a atmosfera. Autotrofos eucarióticos, como plantas e algas, possuem organelas chamadas cloroplastos, nas quais ocorre a fotossíntese, e acumulam-se amido. Em procariotas, como as cianobactérias, o processo é menos localizado e ocorre dentro de membranas dobradas, extensões da membrana plasmática, e no citoplasma.
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