Definição da Fotossíntese
Fotossíntese é a via bioquímica que converte a energia da luz em ligações de moléculas de glicose. O processo de fotossíntese ocorre em duas etapas. Na primeira etapa, a energia da luz é armazenada nas ligações do trifosfato de adenosina (ATP) e do dinucleotídeo fosfato de nicotinamida adenina (NADPH). Esses dois cofatores de armazenamento de energia são então usados na segunda etapa da fotossíntese para produzir moléculas orgânicas combinando moléculas de carbono derivadas do dióxido de carbono (CO2). A segunda etapa da fotossíntese é conhecida como Ciclo de Calvin. Essas moléculas orgânicas podem então ser usadas pela mitocôndria para produzir ATP ou podem ser combinadas para formar glicose, sacarose e outros carboidratos. A equação química para todo o processo pode ser vista abaixo.
Equação de fotossíntese
Acima está a reação geral para a fotossíntese. Usando a energia da luz e os hidrogênios e elétrons da água, a planta combina os carbonos encontrados no dióxido de carbono em moléculas mais complexas. Enquanto uma molécula de 3 carbonos é o resultado direto da fotossíntese, a glicose é simplesmente duas dessas moléculas combinadas e muitas vezes é representada como o resultado direto da fotossíntese, devido à glicose ser uma molécula fundamental em muitos sistemas celulares. Você também notará que 6 moléculas de oxigênio gasoso são produzidas, como um subproduto. A planta pode usar esse oxigênio em suas mitocôndrias durante a fosforilação oxidativa. Embora parte do oxigênio seja usado para esse fim, uma grande parte é expelida para a atmosfera e nos permite respirar e fazer nossa própria fosforilação oxidativa, em moléculas de açúcar derivadas de plantas. Você também notará que esta equação mostra água em ambos os lados. Isso ocorre porque 12 moléculas de água são divididas durante as reações de luz, enquanto 6 novas moléculas são produzidas durante e após o ciclo de Calvin. Embora esta seja a equação geral para todo o processo, existem muitas reações individuais que contribuem para esse caminho.
Estágios da fotossíntese
As reações de luz
As reações de luz acontecem nas membranas tilacóides dos cloroplastos das células vegetais. Os tilacóides têm proteínas densamente empacotadas e grupos de enzimas conhecidos como fotossistemas. Existem dois desses sistemas, que trabalham em conjunto para remover elétrons e hidrogênios da água e transferi-los para os cofatores ADP e NADP +. Esses fotossistemas foram nomeados na ordem em que foram descobertos, o que é o oposto de como os elétrons fluem através deles. Como pode ser visto na imagem abaixo, os elétrons excitados pela energia da luz fluem primeiro pelo fotossistema II (PSII) e, em seguida, pelo fotossistema I (PSI) à medida que criam o NADPH. O ATP é criado pela proteína ATP sintase, que usa o acúmulo de átomos de hidrogênio para conduzir a adição de grupos fosfato ao ADP.
Todo o sistema funciona da seguinte maneira. Um fotossistema é composto de várias proteínas que circundam e conectam uma série de moléculas de pigmento. Os pigmentos são moléculas que absorvem vários fótons, permitindo que seus elétrons sejam excitados. A clorofila a é o principal pigmento usado nesses sistemas e coleta a transferência final de energia antes de liberar um elétron. O fotossistema II inicia esse processo de elétrons usando a energia da luz para dividir uma molécula de água, que libera o hidrogênio enquanto extrai os elétrons. Os elétrons são então passados pela plastoquinona, um complexo enzimático que libera mais hidrogênios no espaço do tilacóide. Os elétrons então fluem através de um complexo de citocromo e plastocianina para alcançar o fotossistema I. Esses três complexos formam uma cadeia de transporte de elétrons, muito parecida com a vista na mitocôndria. O fotossistema I então usa esses elétrons para conduzir a redução de NADP + a NADPH. O ATP adicional produzido durante as reações de luz vem da ATP sintase, que usa o grande gradiente de moléculas de hidrogênio para conduzir a formação de ATP.
O Ciclo de Calvin
Com seus portadores de elétrons NADPH e ATP carregado com elétrons, a planta agora está pronta para criar energia armazenável. Isso acontece durante o Ciclo de Calvin, que é muito semelhante ao ciclo do ácido cítrico visto nas mitocôndrias. No entanto, o ciclo do ácido cítrico cria ATP outros transportadores de elétrons a partir de moléculas de 3 carbonos, enquanto o ciclo de Calvin produz esses produtos com o uso de NADPH e ATP. O ciclo tem 3 fases, conforme o gráfico abaixo.
Durante a primeira fase, um carbono é adicionado a um açúcar de 5 carbonos, criando um açúcar de 6 carbonos instável. Na fase dois, esse açúcar é reduzido em duas moléculas de açúcar de 3 carbonos estáveis.Algumas dessas moléculas podem ser usadas em outras vias metabólicas e são exportadas. O restante permanece para continuar o ciclo de Calvin. Durante a terceira fase, o açúcar de cinco carbonos é regenerado para iniciar o processo novamente. O ciclo de Calvin ocorre no estroma de um cloroplasto. Embora não sejam considerados parte do ciclo de Calvin, esses produtos podem ser usados para criar uma variedade de açúcares e moléculas estruturais.
Produtos da fotossíntese
Os produtos diretos das reações de luz e os Ciclo de Calvin são 3-fosfoglicerato e G3P, duas formas diferentes de uma molécula de açúcar de 3 carbonos. Duas dessas moléculas combinadas equivalem a uma molécula de glicose, o produto visto na equação da fotossíntese. Embora esta seja a principal fonte de alimento para plantas e animais, esses esqueletos de 3 carbonos podem ser combinados em muitas formas diferentes. Uma forma estrutural digna de nota é a celulose e um material fibroso extremamente forte feito essencialmente de fios de glicose. Além de açúcares e moléculas à base de açúcar, o oxigênio é o outro produto principal da fotossíntese. O oxigênio criado a partir da fotossíntese abastece todos os organismos que respiram no planeta.
Quiz
1. Para completar o ciclo de Calvin, o dióxido de carbono é necessário. O dióxido de carbono atinge o interior da planta através dos estômatos, ou pequenos orifícios na superfície da folha. Para evitar a perda de água e desidratação total em dias quentes, as plantas fecham seus estômatos. As plantas podem continuar a sofrer fotossíntese?
A. Sim, desde que haja luz
B. Não, sem CO2 o processo não pode continuar
C. Apenas a reação da luz continuará
2. Por que os produtos da fotossíntese são importantes para os organismos não fotossintéticos?
A. É a base da maior parte da energia da Terra
B. Eles precisam de nutrientes menores reunidos pelas plantas
C. Eles não são importantes para carnívoros obrigatórios
3. Por que as plantas precisam de água?
A. Para fotossíntese
B. Para estrutura
C. Para transferir nutrientes
D. Todas as alternativas acima