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sábado, maio 26, 2012

FOTOSSÍNTESE SIMPLIFICADA E RESUMIDA


FOTOSSÍNTESE SIMPLIFICADA E RESUMIDA
Maximiliano Mendes

Podemos classificar os organismos, quanto à forma como obtêm alimentos em dois grupos:


Heterótrofos: não são capazes de produzir as substâncias orgânicas que lhes servem de alimento a partir de compostos inorgânicos. Logo, têm de ingeri-las. É o caso, por exemplo, dos animais. Lembre-se de que substâncias orgânicas são aquelas constituídas de CHONSP (o CO2 não é considerado uma substância orgânica).
Autótrofos: são capazes de produzir as substâncias que lhes servem de alimento. Bons exemplos de organismos autótrofos são as plantas, as algas verdes e as cianobactérias, todos fotossintetizantes.


Podemos considerar que todos os ecossistemas necessitam da presença de organismos autótrofos (1º nível trófico), que atuarão como os produtores. No caso, produtores de substâncias orgânicas para eles e para quem os consome, os consumidores (2º, 3º... níveis tróficos), heterótrofos.


A fotossíntese é um mecanismo de síntese de substâncias orgânicas a partir de CO2 e energia luminosa. De certa forma, podemos imaginar a fotossíntese como um processo que se dá no sentido contrário ao da respiração celular, como se pode ver nas equações simplificadas abaixo:

Respiração celular: Glicose (“alimento”) + 6 O2 --> 6 CO2 + 6 H2O + Energia potencial química.
Fotossíntese: 6 CO2 + 6 H2O + Energia luminosa --> Glicose (“alimento”) + 6 O2.

Veja que, os produtos de um processo podem ser considerados como os reagentes do outro.

Fases da fotossíntese: são duas e ambas ocorrem no cloroplasto.


Fase clara ou etapa fotoquímica:

Essa etapa ocorre nas membranas tilacóides e pode ser chamada de fase clara por depender diretamente da energia luminosa, só ocorre na presença de luz. O processo utiliza pigmentos, moléculas capazes de absorver a luz visível. Na fotossíntese, os principais tipos de pigmentos envolvidos são as clorofilas, localizadas em dois tipos de complexos proteicos, os chamados fotossistemas II e I (PS II e PS I).

Inicialmente, moléculas de clorofila dos fotossistemas II absorverão a energia luminosa e isso fará com que os seus elétrons sejam excitados. Elétrons excitados se tornam instáveis e serão transferidos com alta energia, para bombas de íons H+, também localizadas nas membranas tilacóides.

Creio ser mais fácil entender essa excitação e transferência de elétrons ao destacar que a luz pode se comportar como radiação eletromagnética e também como partículas chamadas fótons de luz. Esses fótons podem agir como objetos: imagine que eles sejam como bolas de sinuca muito pequenas e os elétrons também. Em um jogo de sinuca, quando uma bola em movimento atinge uma bola parada, transfere energia para ela e faz com que ela se mova. No nível subatômico, quando fótons de luz atingem os elétrons das clorofilas, transferem energia para eles, o que os permite serem excitados e enviados com alta energia, como bolinhas de sinuca, para outras moléculas, como as bombas de íons H+ e outras máquinas proteicas.

Os elétrons de alta energia transferem sua energia para as bombas de H+, de forma bastante similar ao que ocorre na cadeia de transporte de elétrons mitocondrial. A atividade das bombas de íons H+ gera uma diferença nas concentrações de íons H+ entre o estroma do cloroplasto e o interior dos tilacóides:



Os elétrons perdidos pelas clorofilas dos fotossistemas II serão repostos pela H2O, em um processo chamado de fotólise da água (veja a figura):

H2O -->  2 H+ + ½ O2 + 2 e-

Atenção para o fato de que o O2 gerado pela fotossíntese é proveniente da H2O e não do CO2!

Como se pode ver na figura acima, a luz incide sobre as clorofilas de ambos os fotossistemas e em ambos os casos ocorre a liberação de elétrons de alta energia.

Os elétrons que transferiram energia para as bombas de H+ serão transferidos para as moléculas de clorofila dos fotossistemas I a fim de repor os elétrons que elas estão perdendo sendo enviados para a fase escura da fotossíntese.

Enfim, é uma cadeia de transporte de elétrons na qual se pode imaginar que inicialmente os elétrons partem da água.

Voltando um pouco, vimos que ocorre o bombeamento de íons H+ e que isso gera uma diferença de concentração entre o interior dos tilacóides (concentração maior) e o estroma do cloroplasto (concentração menor). Assim, os íons H+ tendem a atravessar as membranas tilacóides pela ATP sintase, basicamente a mesma da respiração celular: uma permease com uma turbina acoplada que pode girar e fosforilar ADP para formar ATP, graças à energia fornecida pela passagem dos íons H+ através dela:



A quantidade de ATPs gerados depende da intensidade luminosa, disponibilidade de água, temperatura e outros fatores, por isso não é necessário decorar as quantidades geradas.

É importante perceber que a fase clara da fotossíntese é similar ao que ocorre na cadeia de transporte de elétrons e fosforilação oxidativa mitocondrial (aqui, chamada fotofosforilação), só que ao invés de serem as etapas finais, na fotossíntese, essas são as etapas iniciais. Note também que, na fotossíntese se gera O2 (a partir da quebra água) e na respiração se consome O2.

A etapa fotoquímica produz ATP e elétrons de alta energia para a próxima fase (fase escura ou de fixação do carbono).

Fase escura ou de fixação do carbono:

Também chamada de fase puramente química. Consiste em um ciclo de reações, o ciclo de Calvin-Benson (ou ciclo das pentoses), que ocorre no estroma dos cloroplastos e não depende diretamente da luz, mas depende diretamente dos produtos da fase clara: ATP e elétrons de alta energia. Logo, por não depender diretamente da luz, o ciclo de Calvin pode ocorrer na presença e na ausência de luz (de dia e de noite). Lembrando que, na ausência de luz, o ciclo persiste enquanto durarem os produtos da fase clara, então, as plantas que não recebem iluminação adequada podem morrer.

Basicamente, o ciclo de Calvin utiliza moléculas de CO2 para a geração de uma determinada substância orgânica, com o uso de ATPs e elétrons de alta energia (equação simplificada):

6 CO2 + 18 ATP + elétrons de alta energia --> 2 gliceraldeído-3-fosfato (C3H7O6P).

As moléculas de gliceradeído-3-fosfato ou fosfogliceraldeído, abreviadas como PGAL ou G3P, podem ser utilizadas pelas células para gerar outras substâncias que lhes servem de alimento e também para os organismos que as consomem, como os herbívoros. Como exemplo, um processo chamado neoglicogênese utiliza dois PGAL para gerar uma molécula de glicose.

Veja também:


REFERÊNCIAS

Amabis & Martho. Biologia das Células. Moderna. 2010.
Campbell, Reece et al. Biologia. 8ª Ed. Artmed.
Catani et al. Ser Protagonista – Biologia – Vol. 1. Edições SM. 2009.
Polkinghorne, J. Quantum Physics and Theology – An Unexpected Kinship. Yale University Press. 2007.

Na internet:


http://www.bio.purdue.edu/people/faculty/cramer/cramerlab/cytbf.html

https://www.youtube.com/watch?v=eo5XndJaz-Y

https://www.youtube.com/watch?v=0UzMaoaXKaM

(Esses dois últimos vídeos, TED-Ed, têm legendas em língua portuguesa disponível).

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