Fotossintese

Por que as plantas são verdes?

A característica fundamental das plantas é que elas não precisam ingerir matéria orgânica para se alimentar. Por meio de um processo chamado fotossíntese, elas próprias fabricam substâncias orgânicas que utilizam para obter a energia necessária para crescer e se desenvolver(autótrofas). Esta função só é possível porque as células das plantas possuem um pigmento de cor verde chamado clorofila, que está contida nos cloroplastos (Os cloroplastos são as organelas). As plantas constituem um grupo de grande importância para os demais organismos, pois somente elas são capazes de fabricar a matéria orgânica que todos os outros seres vivos necessitam para sobrevive A fotossíntese é o processo pelo qual os vegetais clorofilados conseguem utilizar a energia do Sol para elaborar a matéria que necessitam para seu desenvolvimento. Neste processo, a planta utiliza CO2 atmosférico, água e sais minerais e produz complexas moléculas orgânicas e oxigênio molecular, que é utilizado pela grande maioria dos seres vivos inclusive os vegetais, no processo de respiração. A palavra “fotossíntese” significa “síntese que usa luz”. Podemos definir como fotossíntese, a atividade vital que as plantas realizam em função da luz solar, transformando a energia luminosa em energia química. Através da clorofila, composto presente nas folhas, a seiva bruta é transformada em seiva elaborada através do processo de fotossíntese. A reação da fotossíntese é baseada no processamento do dióxido de carbono (CO2), água (H2O) e sais minerais (xilema) em compostos orgânicos, produzindo oxigênio gasoso (O2) e glicose (C6H12O6), compondo a seiva elaborada. A equação do processo é: 6H2O + 6CO2 = 6O2 +C6H12O6 No processo de fotossíntese, a planta produz a energia necessária para suas atividades fundamentais, formando a adenosina-trifosfato, o ATP, a moeda energética dos organismos vivos. Alguns fatores internos como as estruturas das folhas e dos cloroplastos e o teor de pigmentos, outros externos como a luz, a temperatura, a salinidade, o grau de hidratação e a pressão parcial de CO2, podem afetar significativamente o processo de fotossíntese. Para o meio ambiente é óbvia a importância da fotossíntese, pois é assim que as plantas conseguem obter energia para se desenvolverem, além do mais, é através desse processo que o oxigênio, gás essencial para vários seres vivos, inclusive para os seres humanos, é produzido. O processo de retirar gás carbônico e fornecer oxigênio transformou o mundo no ambiente habitável que conhecemos, assim, o processo de fotossíntese se torna claramente, um dos processos biológicos mais importantes na Terra.

Fotossíntese Os vegetais são classificados como seres autótrofos , pois "fabricam" seu próprio alimento a partir de substâncias inorgânicas. Esses seres "montam" as moléculas de glicose, que serão utilizadas para construir e manter seus corpos. A energia luminosa é transformada em energia química no processo da fotossíntese. Há outros seres vivos considerados autótrofos que não fazem a fotossíntese. Certas bactérias retiram energia de reações químicas inorgânicas, a quimiossíntese. Os seres heterótrofos (hétero = diferente; trófos = comer) comem as plantas e outros animais. Esse alimento é utilizado como fonte de matéria prima para o seu crescimento e manutenção do seu corpo, ainda fornece energia para a realização dos processos vitais (metabolismo).

Fotossíntese: um fenômeno químico Fica fácil entender o significado da palavra fotossíntese quando a dividimos: Foto = luz Síntese = sintetizar Assim, a palavra fotossíntese significa compor substâncias com a participação da luz. Embora envolva uma série reações complexas, podemos entendê-la de uma maneira simplificada. Para que essa reação química ocorra, os seres fotossintetizantes necessitam de energia e enzimas, que são moléculas produzidas pelos seres vivos. Elas atuam nas reações químicas e provocam a separação dos átomos que compõem os reagentes. Outras enzimas promovem o novo arranjo desses átomos, formando o produto da reação química. Mas, para isso, necessitam de uma quantidade de energia maior do que aquela que mantinha os átomos ligados nos reagentes. A água e o gás carbônico entram em contato e as enzimas quebram as ligações entre os átomos de hidrogênio e oxigênio (H2O). Para que isso ocorra, energia é transferida a eles. Parte dessa energia é utilizada para o rompimento das ligações entre os átomos de carbono e oxigênio (CO2). Agora os átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio (que foram liberados na quebra dos grupamentos atômicos da água e do gás carbônico) se recombinam, formando a glicose (C6H12O6) e o gás oxigênio (O2). Dessa forma, a energia da luz (solar) foi transferida para a molécula de glicose. Assim, o vegetal construiu seu próprio alimento, transformando a energia radiante (da luz) em energia química (ligação entre os átomos), a qual pode ser utilizada nos processos vitais, do seu metabolismo, para o crescimento e manutenção de seu corpo.

No vegetal O vegetal absorve água e os sais minerais por meio dos pêlos de suas raízes. Essa solução absorvida do solo é conhecida como seiva bruta. A seiva bruta chega à folha do vegetal pelos vasos lenhosos. O gás carbônico da atmosfera entra pela abertura dos estômatos, que são estruturas especializadas formadas por duas células.

As folhas dos vegetais possuem células com um tipo de organela (pequeno órgão) conhecido como cloroplasto, onde encontramos a clorofila, um pigmento verde que dá a coloração às folhas e que é capaz de transformar água, gás

carbônico e energia luminosa em glicose e oxigênio. A seiva bruta, levada às células clorofiladas juntamente com o gás carbônico, se transforma em seiva elaborada, constituída de água, sais minerais e glicose. Ela é distribuída por todo o vegetal pelos vasos liberianos. A fotossíntese pode ser representada com a seguinte equação química:

A glicose pode transformar-se em amido (uma maneira de armazenar da glicose) e celulose (que forma a parede das células dos vegetais). O oxigênio produzido na reação de fotossíntese é liberado para a atmosfera. O vegetal usa essas substâncias para seu metabolismo, sua sobrevivência. Mas, quando é comido por um ser heterótrofo, um animal, ele é quem passa a se utilizar do alimento produzido pelo vegetal.

Cadeias alimentares Os seres que se alimentam exclusivamente dos produtores são chamados de herbívoros (herbi = erva; voros = comer) e são considerados consumidores primários. Os organismos que capturam presas são chamados de predadores, estes podem ser até mesmo microorganismos. Quando os predadores capturam consumidores primários passam a ser considerados consumidores secundários; se caçam consumidores secundários são conhecidos como consumidores terciários e assim por diante. Os consumidores que retiram substâncias de corpos de outros seres vivos sem matá-los são os parasitas. Os decompositores são os que se alimentam de restos de organismos. Todos os tipos de consumidores dependem direta ou indiretamente dos produtores. Assim, em qualquer ecossistema, há uma constante transferência de alimento dos produtores para os consumidores. Essa seqüência de organismos relacionados pela alimentação recebe o nome de cadeia alimentar. Dificilmente os predadores se alimentam de um único tipo de presa, ou os herbívoros comem apenas um tipo de planta. Dessa forma as cadeias alimentares ligam-se umas às outras formando uma teia alimentar, incluindo produtores, herbívoros, predadores, parasitas e decompositores. Para você pensar Pensando em tudo o que falamos anteriormente procure responder à seguinte questão: de onde vem a energia utilizada pelos seres vivos em seus processos vitais?

Fotossíntese Fotossíntese é um processo realizado pelas plantas para a produção de energia necessária para a sua sobrevivência. Como acontece? A água e os sais minerais são retirados do solo através da raiz da planta e chega até as folhas pelo caule em forma de seiva, denominada seiva bruta. A luz do sol, por sua vez também é absorvida pela folha, através da clorofila, substância que dá a coloração verde das folhas. Então a clorofila e a energia solar transformam os outros ingredientes em glicose. Essa substância é conduzida ao longo dos canais existentes na planta para todas as partes do vegetal. Ela utiliza parte desse alimento para viver e crescer; a outra parte fica armazenada na raiz, caule e sementes, sob a forma de amido. A fotossíntese também desempenha outro importante papel na natureza: a purificação do ar, pois retira o gás carbônico liberado na nossa respiração ou na queima de combustíveis, como a gasolina, e ao final, libera oxigênio para a atmosfera. As plantas como fonte de energia A fotossíntese é uma das principais fontes de energia da natureza, não só para os vegetais, mas para vários outros seres vivos. Sendo assim, os vegetais estão na origem da cadeia alimentar fornecendo para os animais, entre eles, o homem. A energia acumulada nas plantas é também aproveitada pelo homem através da queima do petróleo, da lenha e do carvão. O pulmão do mundo Até pouco tempo, acreditava-se que a região amazônica era a grande responsável pela manutenção dos níveis de oxigênio da terra, sendo popularmente chamada de ‘pulmão da terra’. Porém, recentes pesquisas descobriram a existência de um novo “pulmão”: as algas marinhas. Apesar de se apresentar nas cores verdes, azuis, marrons, amarelas e vermelhas, todas as algas possuem clorofila e fazem fotossíntese. Como são muito numerosas, que se atribui a sua fotossíntese a maior parte de oxigênio existente no planeta.

Fotossíntese Produção de oxigênio e glicose A vida, tal como se acha organizada em nosso planeta, depende enormemente dos seres vivos fotossintetizantes. Poderíamos justificar essa afirmativa pelo fato de que a quase totalidade do gás oxigênio atmosférico, usado pela grande maioria dos seres vivos na respiração celular, provém da fotossíntese realizada por plantas, algas e algumas bactérias. Esse é, talvez, o aspecto mais conhecido da fotossíntese, mas é muito importante sabermos que ele não é o único além do gás oxigênio, durante a fotossíntese ocorre a produção de glicose, um açúcar simples. A glicose é utilizada pelo próprio organismo que a produziu: em parte, para a realização da respiração celular que libera energia para seus processos vitais, e, outra parte, para a fabricação de diversas substâncias orgânicas importantes, como aminoácidos, outros tipos de açúcar, gorduras, celulose, amido (substância de reserva para situações de necessidade), etc. Esses processos tornam os organismos fotossintetizantes independentes de outros seres vivos para se alimentar e fazem com que eles ocupem a base da grande maioria das cadeias alimentares, com os consumidores dependendo, direta ou indiretamente, do alimento produzido por eles. A palavra fotossíntese (do grego photos, luz, synthesis, composição) diz respeito a esse processo no qual ocorre, em presença da luz, a produção de moléculas orgânicas ricas em energia (glicose) a partir de compostos inorgânicos pobres em energia (gás carbônico e água). energia luminosa é transformada em energia química, que fica armazenada principalmente nas moléculas de glicose, estando, dessa forma, disponível para o organismo fotossintetizante e para seus possíveis consumidores.

As reações químicas da fotossíntese É comum representarmos a fotossíntese através da equação química:

<> Sendo: CO2 - gás carbônico; H2O - água; C6H12O6 - glicose e O2 - gás oxigênio. Essa equação é, no entanto, uma simplificação, já que a fotossíntese envolve um conjunto de várias reações que ocorrem no interior dos cloroplastos das células de plantas e algas ou no citoplasma de algumas bactérias. Tais reações acontecem em duas fases: as reações de "claro" (ou fase fotoquímica) e as reações de "escuro" (ou fase química). A fase fotoquímica ocorre nas regiões do cloroplasto que contêm clorofila (lamelas e grana) e compreendem duas reações, a fotofosforilação cíclica e a fotólise da água. Na primeira reação, a clorofila, ao receber luz, emite elétrons altamente energizados que passam por diversas substâncias chamadas de aceptores e voltam à clorofila. Durante esse trajeto, os elétrons liberam energia que é usada para a formação de ATP (molécula armazenadora de energia química). Ao mesmo tempo, a luz promove a quebra da molécula de água (fotólise) que libera íons hidrogênio (H+) e átomos de oxigênio. Estes, unindo-se dois a dois, formam moléculas de gás oxigênio (O2), enquanto os íons hidrogênio, por

sua vez, se combinam com moléculas da substância NADP, formando o NADPH2.

Esquema simplificado da fotofosforilação cíclica e a fotólise da água É fácil perceber que esse primeiro conjunto de reações recebeu o nome de reações de claro ou fase fotoquímica porque a luz tem, nele, participação direta. As reações de escuro ocorrem na região do cloroplasto que não contém clorofila (estroma), para onde se difundem as moléculas de CO2 e para onde migram as de ATP e NADPH2, formadas na fase anterior. Através de numerosas e complexas reações que receberam o nome de Ciclo das pentoses ou Ciclo de Calvin-Benson, moléculas de glicose são formadas a partir do CO2, de hidrogênios fornecido pelo NADPH2 e de energia liberada pelo ATP. Apesar do nome, as reações de escuro também ocorrem durante o dia, utilizando-se de substâncias produzidas na fase clara, e dependendo, portanto, indiretamente, da luz.

Esquema simplificado do ciclo das pentoses Há uma idéia muito difundida de que as plantas, durante a fotossíntese, transformam o gás carbônico em oxigênio. Retomando os processos da fase clara da fotossíntese, percebemos que é durante a fotólise da água que se formam as moléculas de gás oxigênio que podem ser liberadas para o ambiente. É um erro, portanto, pensar que o gás oxigênio forma-se a partir do gás carbônico - ele é proveniente das moléculas de água que participam desse processo. É comum também que as pessoas pensem que a fotossíntese é a respiração das plantas ou que elas fazem fotossíntese durante o dia e respiram à noite. Respiração celular e fotossíntese são processos distintos e ambos são realizados pelos vegetais, algas e também por algumas bactérias. A respiração, ao contrário da fotossíntese, não depende da luz e é realizada ao longo de todo o dia. Nos períodos em que há grande luminosidade, a intensidade da fotossíntese é tal que o organismo produz gás oxigênio suficiente para a sua própria respiração celular e libera o excesso, dando a falsa impressão de que não respira, pois não está absorvendo o gás oxigênio da atmosfera.

Entenda o processo da respiração celular Maria Graciete Carramate Lopes* Especial para a Página 3 Pedagogia & Comunicação Quando ouvimos a palavra respiração, imediatamente a associamos com a troca de gases que ocorre no interior dos alvéolos pulmonares, em muitos animais terrestres, ou nas brânquias, em animais aquáticos: o gás oxigênio passa do ar atmosférico ou da água para o sangue, enquanto o gás carbônico realiza o movimento contrário. Essa troca de gases, que não ocorre apenas nos animais, mas também em vegetais e em muitos microrganismos, é, no entanto, apenas o início (e também o fim) de um processo por meio do qual se obtém energia e que ocorre no interior das células da maioria dos seres vivos: a respiração celular. Podemos representar a respiração celular, de forma bastante simplificada, pela seguinte equação química:

Sendo: C6H12O6 - glicose e O2 - gás oxigênio; CO2 - gás carbônico e H2O - água O gás oxigênio é transportado até o interior das células, onde reage com a glicose, molécula proveniente da digestão dos alimentos consumidos pelos animais ou, no caso dos vegetais, produzida durante a fotossíntese. Essa reação química leva à formação de moléculas de água e gás carbônico - que, por sua vez, será eliminado da célula e transportado pelo sangue ou seiva até sua eliminação para o ambiente. Esse processo, entretanto, libera a energia contida nas ligações químicas da molécula de glicose, e parte dessa energia é utilizada para a formação de uma substância chamada ATP (Adenosine Triphospate ou trifosfato de adenosina), a partir de ADP (difosfato de adenosina) e Pi (fosfato inorgânico). A energia liberada durante a respiração celular fica, portanto, armazenada nas moléculas de ATP e, a partir daí, pode ser usada para todas as atividades celulares que requerem gasto energético. Poderíamos, então, completar a equação química da respiração celular da seguinte forma:

Costumava-se admitir a formação de 38 moléculas de ATP durante todo o processo da respiração celular, mas pesquisas mais recentes mostram que, a partir de uma molécula de glicose, formamse, no máximo, 30 de ATP. A equação acima ainda é uma simplificação do processo, já que a respiração celular constitui-se de uma série de reações químicas distribuídas em três etapas: glicólise, ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa.

Glicólise Esta primeira etapa, cujo nome significa quebra da glicose (do grego: glykýs, açúcar e lýsis, quebra), ocorre no citoplasma das células. Para que ela ocorra há um gasto inicial de energia (duas moléculas de ATP são consumidas), mas que será reposto, já que, ao final dessa primeira etapa, o resultado é a formação de duas moléculas de ácido pirúvico e 4 moléculas de ATP, havendo, portanto, um saldo energético de 2 ATP. Além disso, também ocorre a liberação de elétrons energizados e íons H+, que são capturados por moléculas de uma substância aceptora de elétrons chamada NAD+ (Nicotinamide Adenine Dinucleotide), formando duas moléculas de NADH. O ácido pirúvico passa, então, ao interior das mitocôndrias, organelas celulares onde ocorrem as etapas seguintes.

Ciclo de Krebs Na matriz mitocondrial (solução aquosa no interior das mitocôndrias) o ácido pirúvico reage com uma substância chamada coenzima A, dando origem a duas moléculas de gás carbônico e duas de acetilcoenzima A. Esta substância é totalmente degradada numa série de reações denominadas pelo nome genérico de ciclo de Krebs e que têm, como produtos, mais quatro moléculas de gás carbônico, além de elétrons energizados e íons H+, que serão capturados por NAD+ e por um outro aceptor de elétrons e de hidrogênio chamado FAD (Flavine Adenine Dinucleotide), originando moléculas de NADH e FADH2. Durante esse processo, formam-se também duas moléculas de GTP (Guanosine triphosphate - muito semelhante ao ATP).

Fosforilação oxidativa As moléculas de NADH e FADH2 provenientes do ciclo de Krebs liberam os elétrons energizados e os íons H+. Os elétrons assim liberados - e também aqueles provenientes da glicólise - passam por uma série de proteínas transportadoras (citocromos e quinonas) presentes nas membranas internas da mitocôndria. A essa série de proteínas dá-se o nome de cadeia respiratória e, durante a passagem através dela, os elétrons perdem energia que é, então, armazenada em moléculas de ATP. Ao final da cadeia respiratória, os elétrons menos energizados e os íons H+ combinam-se com átomos provenientes do gás oxigênio, formando seis moléculas de água. Fosforilação oxidativa é a reação em que se formam as moléculas de ATP (26 no máximo) com a energia liberada pelos elétrons durante sua passagem pela cadeia respiratória, tendo o gás oxigênio ao final dela. Embora o gás oxigênio só participe da fosforilação oxidativa, na sua ausência também não acontece o ciclo de Krebs, razão pela qual dizemos que essas são etapas aeróbicas da respiração celular, enquanto a glicólise é uma etapa anaeróbica. Na ausência desse gás, alguns organismos realizam a fermentação, onde a quebra da glicose forma duas moléculas de ATP e ácido pirúvico, que é transformado em ácido lático ou etanol, dependendo do organismo.