Pigmentos Fotossinteticos das Plantas-UEM

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Edmilson Eugénio Filimone UEM-FC-DCB
Introdução 
Desde os primórdios que se tem o conhecimento de que as plantas necessitam de agua, nutrientes do solo e luz para a sua manutenção. Sendo a presença da luz fundamental nesse processo de conversão da matéria inorgânica em matéria orgânica, isso porque ao contrario dos animais e outros seres heterotróficos as plantas são especialistas em capturar energia luminosa e em utilizá-la para produzir açúcares através de um processo chamado fotossíntese (khanacademy.org, 24/9/2018).
A luz é uma forma de radiação eletromagnética composta por partículas, denominadas fotões. Cada fotão contém uma quantidade de energia que é chamada de quantum (plural: quanta). O conteúdo de energia da luz não é contínuo, mas emitido em “pacotes” discretos, os quanta (Taiz et al., 2017).
Uma das propriedades da luz aproveitadas pelas plantas é a sua natureza corpuscular, ou seja, a luz é característica por incidir na forma de fotões. Os fotões são considerados “pacotes” de energia associados a cada comprimento de onda partícula. Luz de pequeno comprimento de onda, como a luz violeta, possui fótons altamente energéticos. Luz de grande comprimento de onda, como a vermelha e a laranja, possuem fótons pouco energéticos. Assim, cada radiação luminosa, cada comprimento de onda luminosa, é portadora de certa energia. Por esse facto que as plantas apresentam maior atividade fotossintética nas faixas de comprimento de onda de luz vermelha e azul, pois são mais energéticos (sobiologia.org, 25/09/2018).
Na fotossíntese, a energia do sol é convertida em energia química por organismos fotossintéticos. Contudo, os vários comprimentos de onda da luz do sol não são usados igualmente na fotossíntese. Ao invés disto, os organismos fotossintéticos contêm moléculas que absorvem luz chamadas de pigmentos, que absorvem apenas comprimentos de onda específicos de luz visível, enquanto refletem os demais comprimentos de onda (khanacademy.org, 24/9/2018).
A maioria dos organismos fotossintéticos apresentam vários tipos de pigmentos como as clorofilas, os carotenoides, e as ficobilinas, que podem absorver a luz numa faixa ampla de comprimento de onda, neste trabalho daremos maior atenção aos pigmentos que são suma importância para as plantas neste caso as clorofilas e os carotenoides.
2. Objectivos 
2.1. Geral:
Estudar os pigmentos fotossintéticos 
2.2. Especifico:
Identificar os principais tipos de pigmentos fotossintéticos presentes nas plantas;
Distinguir as características e funções dos diferentes tipos de pigmentos fotossintéticos existentes nas plantas;
Entender o processo de absorção da luz através dos pigmentos fotossintéticos existentes nas plantas;
Mencionar a importância dos pigmentos fotossintéticos para o processo fotossintético;
3. Pigmentos fotossintéticos
Nas plantas superiores todos os pigmentos activos para o processo de fotossíntese são encontrados nos cloroplastos (Taiz et al., 2017). O mesofilo é o tecido mais ativo em termos de fotossíntese. As células desse tecido foliar contêm muitos cloroplastos, organelas circundadas por uma dupla membrana, os quais possui um pigmento verde especializado, a clorofila (De lacerda et al, 2007).
Um pigmento fotossintético é qualquer substância que absorve luz visível. Alguns pigmentos absorvem a luz em todos os comprimentos de onda da luz e por essa razão apresentam-se negros. Entretanto, a maior parte dos pigmentos absorve a luz apenas comprimentos de ondas restritos, transmitindo ou refletindo a luz não absorvida de outros comprimentos de onda. Os pigmentos apresentam um número elevado de eletrões livres, que podem capturar a luz, absorvendo a energia dos fotões e como consequências tornam-se excitados ou instáveis (Raven et al., 2014). Essa instabilidade faz com que a molécula se torne reactiva, podendo ate dissipar a energia absorvida na forma de calor, re-emitindo a como luz fluerescentes ou desvia-la para as reações fotoquímicas (Viera et al., 2010).
3.1. Tipos de pigmentos fotossintéticos.
Os pigmentos fotossintéticos estão localizados no interior dos cloroplastos, especialmente, na membrana tilacoidal e lamelas. Os principais tipos de pigmentos fotossintéticos são: as clorofilas, os carotenóides e as ficobilinas. As clorofilas e os carotenóides são lipossolúveis e as ficobilinas são hidrossolúveis (Viera et al., 2010).
 A clorofila b, os carotenoides e as ficobilinas constituem os chamados pigmentos acessórios em quanto que a clorofila a é o pigmento utilizado para realizar a fotoquímica (o primeiro estágio do processo fotossintético), enquanto os demais pigmentos auxiliam na absorção de luz e na transferência da energia radiante para os centros de reação, sendo assim chamados de pigmentos acessórios (Cassetari, 2015).
3.2. Estrutura e função dos pigmentos fotossintéticos 
3.2.1. Clorofila
As clorofilas compreendem a uma família de substâncias semelhantes, chamadas clorofilas a, b, c e d. A clorofila a é a mais abundante e mais importante dessa família e corresponde a, aproximadamente, 75% dos pigmentos verdes encontrados nos vegetais, GROSS (1991) citado por Cassetari (2015).
Todas as clorofilas têm uma complexa estrutura em anel, que é quimicamente relacionada com os grupos do tipo porfirina encontrada na hemoglobina e nos citocromos. Uma longa cauda de hidrocarbonetos quase sempre está ligada à estrutura do anel. A cauda ancora a clorofila à porção hidrofóbica de seu ambiente (membrana fotossintética). A estrutura em anel do tipo porfirina contém um ião Mg2+ no centro e alguns eletrões frouxamente ligados, e é a parte da molécula envolvida nas transições eletrônicas e nas reações redução-oxidação (Taiz et al., 2017).
Existem vários tipos de clorofila que diferem entre si apenas por detalhes de sua estrutura molecular e nas suas propriedades de absorção. A clorofila a absorve a luz na faixa dos comprimentos onda de 430 e 660 nm, e é considerada a principal molécula de absorção de energia luminosa nos indivíduos fotossintéticos. Ela pode ser encontrada nos eucariontes fotossintetizantes e nas cianobactérias. A clorofila b é um pigmento acessório, ou seja, serve para ampliar a faixa de absorção de luz que pode ser utilizada posteriormente na fotossíntese. Ela absorve a luz na faixa dos comprimentos de onda de 454 e 643 nm, e transfere a energia para a clorofila a, pode ser encontrada em todas as plantas superiores e nas inferiores. Outros tipos de clorofilas são as clorofilas c e d que também são considerados pigmentos acessório, ocorrem nos organismos procariontes, às algas (Raven et al., 2014).. 
3.2.2. Carotenóides
Os carotenoides são pigmentos fotossintéticos encontrados em todos os organismos fotossintetizantes naturais. Eles são constituintes integrais das membranas dos tilacoides e estão intimamente associados às proteínas que formam o aparelho fotossintetizante. A energia da luz absorvida pelos carotenoides é transferida à clorofila para o processo de fotossíntese; em 
Decorrência desse papel que desempenham, são chamados de pigmentos acessórios. Os carotenoides também ajudam a proteger o organismo de danos causados pela luz (Taiz et al., 2017).
Estruturalmente os carotenóides são moléculas lineares com múltiplas ligações duplas conjugadas. Essas moléculas captam a luz nas bandas de absorção da região dos 400 a 500 nm que dão aos carotenoides sua coloração alaranjada ou amarelada característica (Taiz et al., 2017).
Os principais carotenóides incluem os hidrocarbonetos licopeno (presente no tomate) e β-caroteno, e as xantófilas, que incluem as astaxantina, cantaxantina, luteína e zeaxantina (Diniz, 2015).
3.2.3. Ficobilinas
As ficobilinas representam até 60% do conteúdo proteico das algas vermelhas e das cianobactérias (Oliveira, 2012). Esses pigmentos se caracterizam estruturalmente por serem compostos por tetrapirróis de cadeia aberta encontrados nas antenas e conhecidoscomo ficobilissomos (Taiz et al., 2017).
Existem dois tipos de ficobilinas: as ficocianinas que são pigmentos azuis absorvendo energia nas faixas de luz vermelha no espectro de absorção máximo igual a 625 nm. O outro tipo de ficobilinas são as ficoeritrina de cor vermelha cujo espectro de absorção máxima e 565 nm correspondente à luz verde (Oliveira, 2012).
4. Absorção de luz pelos pigmentos fotossintéticos
A clorofila absorbve a luz nos comprimentos de onda referentes as cores azul e vermelho e reflete a os luz dos comprimentos de onda referentes a cor verde, e por essa razão que esta molécula se mostra verde aos olhos dos homens (De lacerda et al., 2007). A figura abaixo ilustra as faixas de absorção de luz da clorofila juntamente com outros pigmentos.
Figura 1: Espectro de absorção das clorofilas (a + b) e dos carotenóides. (De lacerda et al., 2007).
Após a absorção de luz pela clorofila, essa molécula torna-se excessivamente excitada, devido à migração dos eletrões para níveis quânticos mais elevados. A clorofila tende a retornar para o seu estado inicial e essa estabilização pode se dar por quatro diferentes processos:
Fluorescência – Neste processo, a molécula de clorofila re-emite um fóton de luz e retorna para o seu estado fundamental. Neste caso, ocorre também perda de energia na forma de calor e o comprimento de onda fluorescente é sempre maior do que o da luz absorvida.
A molécula pode converter a energia na forma de calor, sem nenhuma emissão de fótons.
Transferência de energia – Neste caso, a molécula excitada transfere sua energia para outra molécula por ressonância induzida.
Um quarto processo é a fotoquímica, na qual a energia do estado excitado provoca a ocorrência de reações químicas. As reações fotoquímicas da fotossíntese estão entre as reações químicas mais rápidas conhecidas. Essa velocidade extrema é necessária para que a fotoquímica possa competir com as outras três reações possíveis do estado excitado, descritas anteriormente (Taiz et al., 2017).
Importancia dos pigmentos fotossintéticos
5. Conclusão 
Os principais tipos de pigmentos fotossintéticos existentes nas plantas são as clorofilas sendo que nas plantas superiores está presente na forma de clorofila a e b, e nas algas as clorofilas c e d podem ser encontrados. Outros pigmentos acessórios são os carotenoides que podem ser carotenos e xantofilas, e as ficobilinas que existem na forma de ficoeritrobilina e ficocianobilina encontrados não em plantas, mas sim em algas e cianobactérias.
Em suma, a clorofila que é o pigmento fotossintético presente nas plantas, caracteriza-se por apresentar na sua estrutura um anel de porfirina com Mg no centro do anel e uma camada lipofílica ou hidrofóbica longa de hidrocarbonetos designada de fitol que ancora o anel da clorofila a membrana tilacoidal. A clorofila tem como principal função a absorção de luz nos diferentes comprimentos de onda, luz essa que e usada na fase clara da fotossíntese para a fotolise da água. 
As clorofilas absorvem apenas 2 % da luz emitida pelo sol, sendo que elas apresentam excesso de eletrões livres, que podem capturar a energia dos fotões absorvidos, e consequentemente o seu nível de energia aumenta e torna-se excitado.
A existência de pigmentos fotossintéticos é de extrema importância para as plantas, pois sem os pigmentos, elas não seriam capazes de iniciar a fotossíntese por inibição da fase fotoquímica, sem a qual não seria possível a continuidade do processo, não haveria a produção de oxigênio essencial para os organismos aeróbicos e nem carbohidratos essências para a manutenção da planta. 
6. Referências bibliográficas 
Cassetari, L.D.S. (2015). Controle genético dos teores de clorofila e carotenóides em folhas de alface. Lavras: UFLA.
De Lacerda C.F., Joaquim E.F. e Camilo B.P. (2007). Fisiologia Vegetal. 332pp. Fortaleza-Ceará.
Diniz, S.N.D.C. (2015). Vitaminas Antioxidantes, Carotenóides, Polifenóis e Envelhecimento. Coimbra: UC.
Luz e Pigmentos fotossintéticos. Khanacadmy. org. [https://pt.khanacademy.org/science/biology/photosynthesis-in-plants/the-light-dependent-reactions-of-photosynthesis/a/light-and-photosynthetic-pigments]. Consultado a 24 de setembro de 2018.
Luz e pigmentos fotossintéticos. Sobiologia. [https://www.sobiologia.com.br/conteudos/bioquimica/bioquimica12.php]. consultado a 26 de setembro de 2018. 
Oliveira, C.A. (2012). Caracterização da produção de pigmentos e da actividade antioxidante da Nostoc spp. sob diferentes intensidades luminosas. Viçosa.
Raven, P. H., Evert, R. F., e Eichhorn, S. E. (2014). Biologia Vegetal. 8ª Edição, 830 pp. Rio de Janeiro. Editora Guanaraba Koogan
Taiz, L., Eduardo, Z., Ian, M.M., e Angus, M. (2017). Fisiologia e Desenvolvimento vegetal.
6a edição, 858pp., Porto Alegre, Editora Artmed.
Viera, E.L., Girlene, S., Anacleto, S., Jain, S. (2010). Manual de Fisiologia Vegetal. 230p. São Luis: EDUFMA.