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Fotossíntese

A nutrição dos vegetais tem importância para a vida na Terra, pois são eles que conseguem retira r compostos inorgânicos do meio e transformá-los em lipídios, carboidratos e proteínas que serão utilizados por eles próprios e também por outros organismos que se alimentam de vegetais.

A fotossíntese é o nome dado ao processo pelo qual os seres clorofilados fabricam substâncias orgânicas a partir da energia luminosa. Ela tem esse nome pois é um processo da síntese que exige luz para que se realize (foto=luz). E pode ser representada pela fórmula:

6CO2 + 12H2O ^luz+clorofla C6H1206 + 6H2O

A Clorofila e a absorção de luz

Costumamos dizer clorofila, no singular, mas existem alguns tipos de clorofila, principalmente as conhecidas por a,b e c. Esses tipos diferem um pouco entre si e utilizam diferencialmente certos comprimentos de onda luminosa, mas todos dentro do espectro luminoso, principalmente do azul e do vermelho.

A clorofila a é verde-azul e aparece em todos os seres eucariontes fotossintéticos e nas cianobactérias. A clorofila b, encontrada em plantas, algas verdes e euglenas, não está relacionada diretamente à transudção energética, uma vez que é apenas um pigmento acessório usado para ampliar a faixa de absorção luminosa. A clorofila c substitui b em algas pardas e nas diatomáceas.

As clorofilas se agrupam em locais específicos do cloroplasto, onde desempenham a função fotoquímica, suas moléculas se encontram na membrana do tilacóide. Cada tilacóide tem uma enorme quantidade de clorofila, por exemplo, cada tilacóide de folha de espinafre tem em torno de 100 000 moléculas de clorofila.

No gráfico ao lado, podemos verificar alguns tipos de clorofila, e seus respectivos espectros de absorção, ou seja, o padrão de absorção de cada pigmento.

As fases da fotossíntese

A fotossíntese ocorre ao longo de duas etapas, denominadas fase clara e escura.

Fase Clara

A fase clara, também é conhecida como luminosa ou fotoquímica e é a fase dependente da luz solar.Nessa fase existe uma dependência da participação das clorofilas e é quando ocorrem a fotólise da água e a fotofosforilação cíclica e acíclica.

Fotólise da água: 2H2O LUZ E CLOROFILA O2 + 4e- + 4H+

Em 1937, R. Hill estudava a fotossíntese, trabalhando com cloroplastos isolados. Ele verificou que quando os cloroplastos eram iluminados e na presença de água, não havia liberação de oxigênio. Isso só ocorria se, além de água e luz, os cloroplastos fossem colocados num meio ond havia substâncias receptoras de hidrogênio. Hill determinou que na etapa da fotossíntese havia fotólise da água com liberação de oxigênio.

Foi verificado posteriormente que na planta existem substâncias que atuam como receptoras de hidrogênio, dentre elas o NADP. Desse modo, o oxigênio é lberado, os elétrons são recebidos por um aceptor de elétrons, no caso a clorofila b, e os hidrogênios recebidos pelo NADP. A partir dessa conclusão, podemos reescrever a equação da fotólise da água como:

2H2O + 2NADP LUZ E CLOROPLASTOS O2 + 2 NADPH2

É esse NADPH2 resultante da fotólise da pagua que vai transportar o hidrogênio para a posterior formação de glicose.

Na planta também existem substâncias que atuam como aceptoras e transportadoras de elétrons. Elas são essenciais para a fotofosforilação acíclica, da fase clara. Os elétrons vão sendo transferidos pelos transportaores, e a energia que vai sendo liberada nas reações é utilizada para a produção de ATP. Os aceptores finais dos elétrons, são as moléculas de NADP.

Além de ser responsável pela excitação dos elétrons das moléculas de clorofila, levando-os para um nível mais energético, a luz também é responsável pela fotólise da água. À medida que os elétrons vão sendo removidos da clorofila a, eles vão passando para níveis energéticos mais altos e são transferidos para um aceptor inicial de elétrons. A seguir, os elétrons vão sendo transferidos através de uma série de transportadores. Nesse percurso, eles vão passando para um nível cada vez menos energético, ocorrendo a liberação de energia. Essa energia é usada na fosforilação de moléculas de ADP, transformando-as em ATP. A fosforilação é um processo acícilico, pois os elétrons que passam pela clorofila a, não retornam para ela.

Outro tipo de fotofosforilação ocorre nas folhas, onde os elétrons sem e retornam até a clorofila a, por isso, o processo é cíclico.

Fase escuro

Além das reações já explicadas da fase clara, outras estão ocorrendo, a nível do estroma do cloroplasto. Nestas outras reações, o gás carbônico será utilizado para a produção de glicose (ficação do carbono em moléculas orgânicas). Essa fase é denominada fase escura, pois podem ocorrer na ausência de luz. Porém, essa denominação não é correta, pois alguns estudos comprovam que a luz é necessária para a ação das enzimas que atuam diretamente nas reações da fase escuro, também chamada etapa química da fotossíntese.

Nessa fase, são utilizadas as substâncias produzidas na fase claro, explicitando a dependência indireta da fase escura da luz.

Nessa etapa, a energia química produzida (ATP) será utilizada para a produção da glicose, e as reações envolvidas nesse processo são inúmeras e dependentes de uma série de enzimas presentes no cloroplasto.

Os hidrogênios provenientes das moléculas de água e que estão ligados ao NADP (NADPH2) eo gás carbônico absorvido pela planta através dos estômatos, farão parte de uma série de reações química, resultando na síntese da glicose. A energia necessária para estas reações é fornecida pelos ATP produzidos na etapa fotoquímica. Para cada molécula de glicose produzida, a planta utiliza 6CO_2, 12NADPH2 e ATP.

A Fotossíntese e a Energia

A celulose é um dos produtos da fotossíntese que constitui a maior parte da madeira seca. Quando a lenha é queimada, a celulose é convertida em CO₂ e água com o desprendimento da energia armazenada em sua estrutura. Assim como na respiração, a queima de combustíveis libera a energia armazenada para ser convertida em formas de energia útil; por exemplo, quando queimamos álcool nos nossos automóveis, estamos convertendo a energia química em energia cinética. Além do álcool que é amplamente utilizado no Brasil como combustível, no norte do país o bagaço de cana é largamente empregado para gerar energia nas usinas de beneficiamento da cana de açúcar. O petróleo, o carvão e o gás natural são exemplos de combustíveis utilizados no mundo moderno, que tiveram a sua origem na fotossíntese. Portanto, muitas das nossas necessidades energéticas provém da fotossíntese e a sua compreensão pode levar a uma maior produtividade dessas formas de energia.
O conhecimento obtido a partir da pesquisa científica da fotossíntese, também pode ser utilizado para aumentar a produção energética de uma maneira mais direta. Embora o processo global da fotossíntese seja ineficiente, as etapas iniciais de conversão de energia radiante (luz solar) em energia química são muito eficientes. Se entendermos os processos físicos e químicos da fotossíntese, poderemos construir tecnologias de alta eficiência na conversão da energia. Hoje nos laboratórios, os cientistas já podem sintetizar centro de reações tão eficientes ou mais que os naturais, em termos de quantidade de energia radiante convertida e armazenada na forma de energia elétrica ou química.

Fatores que influenciam a fotossíntese

A taxa de fotossíntese depende de vários fatores ambientais: temperatra, intensidade luminosa, concentração de gás carbônico, são alguns deles. Desse modo, para que o rendimento fotossintéico seja máximo, é necessário que a planta esteja crescendo em ótimas condições de luz, temperatura e gás carbônico. A composição do solo também interfere na absorção de nutrientes da planta, assim como na absorção de água, que vai ser utilizada na fotossíntese.Os vegetais, além de realizarem fotossíntese, também respiram. A taxa de fotossíntese varia com a intensidade luminosa, mas a taxa de respiração independe da presença ou ausência de luz.

Bibliografia:

http://server2.iq.ufrj.br/~almenara/fotossintese.htm

http://www.ciagri.usp.br/~luagallo/FOTOSSINTESE1.htm

MARTINS, Maria; TOLEDO, Maria; Braga, Selma. A Nutrição dos Vegetais, Colégio Técnico da UFMG, Setor de Biologia.

LAURENCE, J. Biologia. 1ªed. São Paulo: Nova Geração, 2005.

MACHADO, Sídio. Biologia: de olho no mundo do trabalho. 1ªed. São Paulo: Editora Scipione.2004