Fotossintese

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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. 
Narespiração 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 deonda 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 clorofila a. 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, quegera 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 deCiclo 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. 
CicloC3 
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). 
CicloC4 
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.