ECOLOGIA – FOTOSSINTESE

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Ana Clara Almeida Ribeiro – RA: B24JHB-2 
 
 
 
ECOLOGIA – FOTOSSINTESE 
PROFESSORA: SCHEILA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Universidade Paulista 
São José dos Campos – 2012 
 
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 
 
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 comprimento de onda próximo a 700 nm é 
chamado de P700 e o que absorve luz com comprimento de onda próximo da 
680 nm é chamado de P680. 
Quando os pigmentos recebem energia luminosa e ficam excitados, ocorre o 
deslocamento de elétrons para níveis energéticos mais elevados. A substância 
que doou elétrons fica oxidada e a receptora reduz, evidenciando então uma 
reação de óxido-redução. 
A clorofila recupera os elétrons doados através da reação de foto-oxidação da 
água, onde os átomos de H (hidrogênio) e O (oxigênio) são separados e os 4 
elétrons resultantes são doados. 
O fotossistema 1 possui um redutor poderoso e um oxidante fraco (P700) 
enquanto o fotossistema 2 possui um redutor fraco e um oxidante forte, 
formando um sistema oxidante-redutor chamado esquema Z. Quem faz a 
ligação entre os 2 fotossistemas é a plastoquinona, plastocianina e citocromos, 
cada um com seu potencial de óxido-redução. 
No FS1, a ferredoxina está envolvida na transferência de elétrons e ocorre a 
redução do NADP. O FS2 está relacionado com a liberação de O2. Após 
receber elétrons, a clorofila P682 fica excitada e transfere seus elétrons para a 
plastoquinona. 
 
Fotofosforilação acíclica 
A fotofosforilação acíclica utiliza os dois fotossistemas e tem início quando a 
clorofila P680 é excitada e doa um elétron para um aceptor Q do grupo das 
quinonas ficando com carga elétrica positiva e o aceptor Q com carga negativa. 
Esse poder oxidante da clorofila a provoca a fotólise da água. A reação ocorre 
com 2 moléculas de água, que tem 4 elétrons captados por 4 moléculas de 
clorofilaa. Como resultado desta reação temos a produção de 1 molécula de 
gás oxigênio e 4 íons de H+. O ATP produzido durante a fotossíntese é 
resultado da fotólise da água, que gera um gradiente de prótons na membrana 
do tilacóide. 
2H2O -> 4e- + 4H+ + O2 
O aceptor Q transfere seu elétron para a plastocianina, porém antes passa por 
aceptores, liberando de forma gradativa sua energia para bombear os íons H+ 
presentes no estroma para o lúmen do tilacóide. 
No FS2 as moléculas do complexo antena ficam excitadas e os elétrons vão 
para a molécula aprisionadora P700. O elétron desta molécula é transportado 
por uma série de transportadores e o resultado deste processo é a redução do 
NADP+ à NADPH, enquanto ocorre a oxidação da P700. A P700 tem os seus 
elétrons repostos pela cadeia transportadora do FS1. 
H2O + NADP+ -> NADPH + H + ½ O2 
Fotofosforilação cíclica 
ADP + Pi -> ATP 
luz 
cloroplastos 
Os dois fotossistemas trabalham juntos, porém o fotossistema 1 pode atuar de 
forma independente, mas sozinha ele só trabalha para a produção de ATP para 
o metabolismo celular. 
Ao invés de ser transferido para o NADP+ o elétron emitido pela P700 excitada 
vai para ferredoxina e para a cadeia transportadora de elétrons, entre o FS1 e 
o FS2 e descem através de outra cadeia até a molécula aprisionadora do FS1, 
estimulando o transporte de íons H+ e promovendo a produção de ATP. Os 
aceptores da cadeia transportadora são chamados de citocromos e o aceptor 
final chama plastocianina. Quando o elétron chega na plastocianina, ele retorna 
à P700, formando um ciclo. 
Fixação do Carbono 
Os compostos que compões a matéria orgânica são produzidos através da 
fixação do gás carbônico da atmosfera pelos organismos fotossintetizantes na 
presença de luz. 
Melvin Calvin elucidou a via do ciclo do carbono na fotossíntese e esse 
processo recebeu o nome de Ciclo de Calvin. O ciclo da redução do carbono é 
muito parecido com os outros ciclos, uma vez que o composto inicial é 
regenerado a cada volta no ciclo. 
Através de vários experimentos utilizando o carbono radioativo 14C foi possível 
a identificação de outros compostos da fotossíntese. A partir deste estudo 
concluiu-se que existem 2 tipos de plantas em relação ao primeiro açúcar 
fabricado. 
Ciclo C3 
Utilizando o isótopo radioativo 14CO2 durante 5 segundos verificou-se que a 
radioatividade se concentrava em um açúcar com 3 carbonos, o ácido 
fosfoglicério (PGA). 
Ciclo C4 
Utilizando a mesma técnica, concluiu que o primeiro açúcar formado tinha 4 
carbonos e que este ciclo requer 2 ATP a mais que o ciclo C3 na assimilação 
do CO2. Esse processo ocorre com plantas de clima árido e gramíneas 
tropicais, por conta do baixo consumo de água por unidade de matéria 
produzida e baixa perda de CO2 na luz. 
Fatores Limitantes da Fotossíntese 
Intensidade luminosa 
A partir de baixa intensidade luminosa, medida pela liberação de gás oxigênio, 
a fotossíntese aumenta de forma linear conforme o suprimento de luz até 
atingir um limite, chamado platô ou região de saturação luminosa. A região 
representada pela letra X corresponde à região limitada pela luz. 
Temperatura 
As reações na região limitada pela luz não são sensíveis à temperatura. Em 
condições ideais de luminosidade e concentração de gás carbônico a taxa de 
fotossíntese tende aumentar conforme a temperatura aumenta, porém quando 
esta fica muito alta, pode causar danos para a fotossíntese e para a planta. 
Gás Carbônico 
Em regiões limitadas pela luz, se acrescentarmos mais gás carbônico podemos 
perceber um aumento na taxa de fotossíntese. A concentração deste gás na 
atmosfera varia entre 0,03 a 0,04% e isso não é suficiente para a planta utilizar 
na fotossíntese. Por isso o CO2 é considerado fator limitante da fotossíntese. 
Chamamos de ponto de compensação de CO2 o momento em que o consumo 
de gás carbônico na fotossíntese equivale ao liberado pela planta na respiração 
e varia conforme a espécie considerada. 
Reações fotoquímicas e não fotoquímicas 
Após estudar um gráfico de curvas de saturação luminosa, o fisiologista vegetal 
Blackman sugeriu que a fotossíntese ocorre em duas etapas, uma dependente 
de luz (fotoquímica) e outra independente de luz, enzimática, mais lenta que a 
luminosa. Porém a fase independente de luz pode ocorrer tanto na presença 
quanto na ausência de luz. 
 
Bibliografia: 
http://www.infoescola.com/biologia/fotossintese/ (21/05/2012 – 23:09)