O processo de fotossíntese

A fotossíntese é o processo pelo qual a planta sintetiza compostos orgânicos a partir da presença de luz, água e gás carbônico. Ela é fundamental para a manutenção de todas as formas de vida no planeta, pois todas precisam desta energia para sobreviver. Os organismos clorofilados (plantas, algas e certas bactérias) captam a energia solar e a utilizam para a produção de elementos essenciais, portanto o sol é a fonte primária de energia. Os animais não fazem fotossíntese, mas obtém energia se alimentando de organismos produtores (fotossintetizantes) ou de consumidores primários. A fotossíntese pode ser representada pela seguinte equação:

luz

6H2O + 6CO2 -> 6O2 + C6H12O6

clorofila

A água e o CO2 são pouco energéticos, enquanto que os carboidratos formados são altamente energéticos. Portanto a fotossíntese transforma energia da radiação solar em energia química.

Através da fotossíntese as plantas produzem oxigênio e carboidratos a partir do gás carbônico. Na respiração ela consome oxigênio e libera gás carbonico no ambiente, entretanto em condições normais, a taxa de fotossíntese é cerca de 30 vezes maior que a respiração na mesma planta, podendo ocorrer momentos em que ambas serão equivalentes.

Espectros Eletromagnéticos

A luz é uma radiação eletromagnética. Todo o espectro eletromagnético é irradiado pela energia solar. O ultravioleta é prejudicial aos organismos. Parte da energia é refletida na atmosfera pelas nuvens e pelos gases, outra parte é refletida pela superfície terrestre, sendo apenas uma pequena parte absorvida pelas plantas. O espectro de luz visível vai do violeta ao vermelho. Os comprimentos de onda mais curtos são muito energéticos e ou mais longos são menos energéticos.

A energia luminosa é transmitida em unidades chamadas quanta (singular = quantum), ou fóton. Para que a fotossíntese ocorra, é necessário que a clorofila absorva a energia de um fóton com o comprimento ideal de onda para iniciar as reações químicas.

Estrutura do cloroplasto

A fotossíntese ocorre em organelas chamadas cloroplastos que se localizam principalmente no mesófilo foliar.

Envelope: Membrana dupla de revestimento do cloroplasto;

Estroma: Matriz fluida, que contém várias estruturas membranosas, chamadas grana;

Grana: Estruturas com várias camadas membranosas, em forma de discos;

Lamelas: Conjunto de canais membranosos que interligam os grana.

Tilacóides: Discos membranosos que formam o granum, e encontram-se empilhados.

A conversão de radiação solar em energia química ocorre nas lamelas e nos grana, com a participação de pigmentos fotossintéticos. No estroma ocorre a produção de carboidratos, aminoácidos, etc. e fixação do CO2.

Os pigmentos relacionados à fotossíntese são as clorofilas e os carotenóides. As clorofilas possuem coloração verde-azulada e os carotenóides têm cor alaranjada mas normalmente são mascarados pelo verde da clorofila. Existem dois tipos de clorofila: a e b. A clorofila “a” ocorre em todos os organismos clorofilados, possui cor verde-azulada e absorve luz na região próxima ao azul e ao violeta. A clorofila “b” é considerada um pigmento acessório, juntamente com os carotenóides e possui cor verde. As plantas de sombra possuem maior quantidade de clorofila “b” em relação à “a”. A clorofila “b” não faz conversão de energia, após absorver luz, transfere para a clorofila “a” a energia captada do fóton para que ela faça a conversão.

Absorção de luz

Para que a fotossíntese se inicie, os pigmentos precisam absorver um fóton. As moléculas de clorofila se organizam em uma unidade fotossintética.

Quando um pigmento absorve um fóton, a energia dele é totalmente transferida para a molécula, afetando sua estabilidade e excitando-a. Após um curto período de excitação (aproximadamente 15 nanosegundos para a clorofila a), a molécula dissipa sua energia na forma de radiação, porém menos energética que inicialmente, pois parte da energia da molécula foi perdida enquanto ela estava excitada. Este processo chama-se fluorescência.

Entretanto a molécula pode perder sua energia através de conversões internas, tendo uma vida média mais longa e emitindo uma radiação com comprimento longo de onda, porém menos energético, sendo este processo chamado fosforecência. Neste processo, a molécula excitada pode interagir com outra molécula, fazendo trocas de energia.

Quando uma molécula de clorofila b ou carotenóide absorve um quantum a energia é transferida para a clorofila a.

Normalmente há uma cooperação entre as moléculas de clorofila, aumentando a eficiência da fotossíntese.

Em uma unidade fotossintética há o pigmento aprisionador, ou molécula aprisionadora, onde a energia irá se concentrar após ter passado por várias outras moléculas, e as outras moléculas são chamadas de antenas pois captam as radiações e as transferem para um único ponto.

Fotossistemas

imagem: simbiotica.org

Dois cientistas chamados Emerson e Arnold trabalharam com uma alga chamada Chlorella e a expuseram em uma intensidade luminosa próxima à 700 nm (vermelho) e verificaram que isso provocava uma grande queda na eficiência quântica, contrariando a idéia que a clorofila a absorve quanta em comprimento de onda próximo à 700 nm. Emerson e col. utilizaram dois diferentes comprimentos de onda e verificaram que haviam dois sistemas fotossintéticos, pois, separadamente para cada intensidade luminosa havia uma resposta e quando os dois feixes monocromáticos foram colocados juntos (700 e 710 nm) aumentou a eficiência da fotossíntese. Um dos sistemas possuía um sistema aprisionador para comprimentos de onda curtos e o outro sistema para ondas longas. Estudos subseqüentes explicaram o processo que o corre. Nos dois fotossistemas há clorofila a e b, porém em proporções diferentes. Enquanto o fotossistema 1 tem mais clorolfila a, o fotossistema tem mais clorofila b.

O fotossistema que absorve luz com