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Fotossíntese

Última atualização em 19 de agosto de 2022

Definição de fotossíntese

A fotossíntese é a via bioquímica que converte a energia da luz nas ligações das 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 fosfato de dinucleotídeo de adenina de nicotinamida (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). O segundo passo da fotossíntese é conhecido como o ciclo Calvin. Essas moléculas orgânicas podem então ser usadas pelas mitocôndrias 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. Embora uma molécula de 3 carbonos seja o resultado direto da fotossíntese, a glicose é simplesmente duas dessas moléculas combinadas e é frequentemente representada como resultado direto da fotossíntese devido à glicose ser uma molécula fundamental em muitos sistemas celulares. Você também notará que 6 moléculas de oxigênio gasosas são produzidas, como subproduce. A planta pode usar esse oxigênio em suas mitocôndrias durante a fosforilação oxidativa. Enquanto parte do oxigênio é usada para esse fim, uma grande porção é expulsa à atmosfera e nos permite respirar e passar por nossa própria fosforilação oxidativa, nas moléculas de açúcar derivadas de plantas. Você também notará que essa equação mostra água de ambos os lados. Isso ocorre porque 12 moléculas de água são divididas durante as reações leves, enquanto 6 novas moléculas são produzidas durante e após o ciclo de Calvin. Embora essa 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 agrupamentos densamente embalados de proteínas e enzimas conhecidos como fotossistemas. Existem dois desses sistemas, que funcionam 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 oposto de como os elétrons fluem através deles. Como visto na imagem abaixo, os elétrons excitados pelo fluxo de energia da luz primeiro através do fotossistema II (psii) e depois através do fotossistema I (PSI) enquanto eles criam NADPH. O ATP é criado pela proteína ATP sintase, que usa o acúmulo de átomos de hidrogênio para impulsionar a adição de grupos fosfato ao ADP.

Todo o sistema funciona da seguinte maneira. Um fotossistema é composto por várias proteínas que envolvem e conectam uma série de moléculas de pigmento. Os pigmentos são moléculas que absorvem vários fótons, permitindo que seus elétrons fiquem excitados. A clorofila A é o principal pigmento usado nesses sistemas e coleta a transferência final de energia antes de liberar um elétron. O Photosystem II inicia esse processo de elétrons usando a energia da luz para dividir uma molécula de água, que libera o hidrogênio enquanto desvia os elétrons. Os elétrons são passados ​​pela plastoquinona, um complexo enzimático que libera mais hidrogênios no espaço tilacóide. Os elétrons então fluem através de um complexo citocromo e plastocianina para atingir o fotossistema I. Esses três complexos formam uma cadeia de transporte de elétrons, como a observada nas mitocôndrias. O fotossistema i usa esses elétrons para direcionar a redução do NADP+ para NADPH. O ATP adicional feito durante as reações leves vem da ATP sintase, que usa o grande gradiente de moléculas de hidrogênio para acionar a formação de ATP.

O ciclo Calvin

Com seus portadores de elétrons NADPH e ATP carregados com elétrons, a planta agora está pronta para criar energia armazenável. Isso acontece durante o ciclo Calvin, que é muito semelhante ao ciclo do ácido cítrico observado nas mitocôndrias. No entanto, o ciclo do ácido cítrico cria outros portadores de elétrons ATP a partir de moléculas de 3 carbonos, enquanto o ciclo Calvin produz esses produtos com o uso de NADPH e ATP. O ciclo possui 3 fases, como visto no gráfico abaixo.

Durante a primeira fase, um carbono é adicionado a um açúcar de 5 carbonos, criando um açúcar instável de 6 carbonos. Na segunda fase, esse açúcar é reduzido em duas moléculas estáveis de açúcar de 3 carbonos. Algumas dessas moléculas podem ser usadas em outras vias metabólicas e são exportadas. O resto permanece para continuar pedalando pelo ciclo Calvin. Durante a terceira fase, o açúcar de cinco carbonos é regenerado para iniciar o processo novamente. O ciclo Calvin ocorre no estroma de um cloroplasto. Embora não sejam consideradas parte do ciclo 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 do ciclo Calvin são 3-fosfoglicerados e G3P, duas formas diferentes de uma molécula de açúcar de 3 carbonos. Duas dessas moléculas combinadas são iguais a uma molécula de glicose, o produto observado na equação da fotossíntese. Embora essa seja a principal fonte de alimento para plantas e animais, esses esqueletos de três carbonos podem ser combinados em muitas formas diferentes. Uma forma estrutural que vale a pena é a celulose, e material fibroso extremamente forte feito essencialmente de cordas 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 alimenta todo organismo respirador do planeta.

Questionário

1. Para completar o ciclo Calvin, é necessário dióxido de carbono. O dióxido de carbono atinge o interior da planta via estômatos, ou pequenos orifícios na superfície de uma folha. Para evitar a perda de água e a desidratação total em dias quentes, as plantas fecham seus estômatos. As plantas podem continuar a se submeter à fotossíntese? R. Sim, desde que haja luz B. não, sem CO2 o processo não pode continuar C. Somente a reação da luz continuará

Resposta à pergunta nº 1

B está correto. Sem a capacidade de trocar oxigênio com dióxido de carbono, o ciclo Calvin da planta será desligado. A proteína responsável pela fixação do dióxido de carbono começará a se unir ao oxigênio. Sem um local para o ATP e o NADPH, essas concentrações ficarão excessivamente saturadas e podem começar a diminuir o pH na célula. As plantas desenvolveram muitas respostas a isso, como fotorrespiração, a via C4 e a via do CAM.

2. Por que os produtos da fotossíntese são importantes para os organismos não fotoossintéticos? R. É a base da maioria da energia da Terra B. Eles precisam dos pequenos nutrientes montados pelas plantas C. Eles não são importantes para carnívoros obrigatórios

Resposta à pergunta nº 2

A está correto. No estudo de redes alimentares ecológicas, os organismos com a capacidade de fotossintetizar são conhecidos como produtores primários. Mesmo carnívoros obrigados, ou animais que comem apenas carne, estão derivando sua energia do sol. Além de bactérias estranhas de enxofre e outros grupos menores de produtores primários, a maioria da energia química armazenada em que os animais dependem vem diretamente da fotossíntese.

3. Por que as plantas precisam de água? A. para a fotossíntese B. para a estrutura C. para transferir nutrientes D. todos os itens acima

Resposta à pergunta nº 3

D está correto. As plantas usam água para todos os propósitos acima. O fluxo constante de água das raízes para as folhas transfere nutrientes essenciais. As moléculas de água são então divididas e os vários componentes são usados para gerar energia química. Além disso, à medida que a água empurra para as células, as paredes celulares se juntam para dar apoio e estrutura à planta.

Referências

  • Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Scott, M.P., Bretscher, A.,. . . Matsudaira, P. (2008). Biologia de células moleculares 6º. ed. Nova York: W.H. Freeman e companhia.
  • Nelson, D.L. & Cox, M.M. (2008). Princípios de bioquímica. Nova York: W.H. Freeman e companhia.

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