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FOTOSSÍNTESE SIMPLIFICADA E RESUMIDA

FOTOSSÍNTESE SIMPLIFICADA E RESUMIDA ? Maximiliano Mendes 2012

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?) + O₂ --> CO₂ + H₂O + Energia potencial química.
Fotossíntese: CO₂+ H₂O + Energia luminosa --> Glicose (?alimento?) + O₂.

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:

Essa etapa ocorre nas membranas tilacóides e tem esse nome por depender diretamente da energia luminosa, só ocorre na presença de luz. O processo dependerá de 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. Em nível quântico, digamos assim, quando fótons de luz atingem 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^-

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 moléculas de clorofila dos fotossistemas I a fim de repor 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 fase clara produz ATP e elétrons de alta energia para a próxima fase (fase escura).

Fase escura:

Também chamada de fase puramente química ou de fixação do carbono. Consiste em um ciclo de reações, o ciclo de Calvin-Benson (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, por isso, plantas que não recebem iluminação adequada podem morrer.

Por não depender diretamente da luz, o ciclo de Calvin pode ocorrer na presença e na ausência de luz (de dia e de noite).

Basicamente, o ciclo de Calvin utiliza moléculas de CO₂para 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

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:

http://maxaug.blogspot.com.br/2015/05/nadh-fadh2-e-nadph-coenzimas-do.html

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://highered.mcgraw-hill.com/olcweb/cgi/pluginpop.cgi?it=swf::535::535::/sites/dl/free/0072437316/120072/bio13.swf::Photosynthetic%20Electron%20Transport%20and%20ATP%20Synthesis

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

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