Os seres vivos podem ser classificados pelas diferentes formas de obtenção de energia. De forma mais geral os organismos podem ser autotróficos ou heterotróficos, o termo autotrófico, mais simploriamente significa aquele organismo capaz de produzir seu próprio alimento, porém a explicação correta é, aquele organismo que utiliza o gás carbônico CO2 do ar como fonte de carbono. Por sua vez o termo heterotrófico, mais simploriamente significa aquele organismo que tem de obter seu alimento ingerindo outro ser vivo, porém a explicação correta é, aquele organismo que obtém como fonte de carbono o carbono orgânico de outros seres.
As formas corretas de obtenção de energia, devem levar em consideração além da obtenção de carbono, como explicado no parágrafo anterior, a forma de obter elétrons para a produção de energia (glicose, frutose ou ATP). Sendo assim podemos classificar os organismos como Fotoautotróficos, Fotoheterotróficos, Quimioautotróficos e Quimioheterotróficos (Fig.1).
Organismos que obtém elétrons (energia) a partir dos fótons obtidos da luz solar e carbono obtido do CO2 do ar, como por exemplo as plantas e algas.
Organismos que obtém elétrons (energia) a partir dos fótons obtidos da luz solar e carbono obtido por meio de matéria orgânica, como por exemplo as bactérias purpura.
Organismos que obtém elétrons (energia) a partir da oxidação de compostos químicos e carbono obtido do CO2 do ar, como por exemplo as bactérias nitrossomonas e nitrobacter.
Organismos que obtém elétrons (energia) a partir da oxidação de compostos químicos (respiração celular) e carbono obtido por meio de matéria orgânica (alimento), como por exemplo os seres humanos, animais de modo geral.
Figura 1 - Esquema destacando as formas de obtenção de energia dos seres vivos.
A fotossíntese é uma processo fotoautotrófico realizado através da clorofila presente nas plantas verdes, que, através da energia da luz solar, absorvem água e dióxido de carbono da atmosfera que são transformados em energia química. Simultaneamente, há libertação de oxigênio na atmosfera, que renova e purifica o ar.
Este processo vai ocorrer nos cloroplastos, que são um tipo de cromoplastos que contém pigmento chamado clorofila, que são capazes de absorver a energia eletromagnética da luz solar e a convertem em energia química.
As células vegetais e as algas verdes possuem um grande número de cloroplastos, de forma esférica ou ovóide, variando de tamanho de acordo com o tipo celular, e são bem maiores que as mitocôndrias (Fig.2).
Figura 2 - Cloroplasto, organela responsável pela fotossíntese.
A fotossíntese também chamada de assimilação clorofiliana, consiste na fabricação de substâncias orgânicas a partir de substâncias inorgânicas, utilizando a luz como fonte de energia para a realização da reação.
A substância orgânica sintetizada é a glicose, um importante alimento orgânico utilizado como fonte de energia.
Assim, os seres fotossintetizantes são capazes de fabricar esse tipo de alimento em seu próprio corpo, a partir de substâncias inorgânicas obtidas do meio ambiente. Trata-se, portanto, de um mecanismo de nutrição autótrofa (autotrófica), realizado pelas algas, pelas plantas e por algumas espécies de bactérias.
A fotossíntese realizada pelas algas e pelas plantas (briófitas, pteridófitas, gimnospermas e angiospermas) pode ser representada pela seguinte equação geral:
6CO2 + 12H2O ===> C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
luz
O CO2, um dos reagentes do processo, normalmente é obtido a partir do meio ambiente. As plantas terrestres o absorvem da atmosfera, enquanto as plantas aquáticas submersas o obtêm do meio aquoso (absorvem o CO2 que se encontra dissolvido na água). Vale lembrar, entretanto, que, dependendo da intensidade luminosa recebida pela planta, o CO2 utilizado na fotossíntese pode ser proveniente da reação da respiração aeróbia realizada pelas próprias células do vegetal.
A água (H2O), outro reagente do processo, também é obtida a partir do meio ambiente. As plantas terrestres geralmente a absorvem do solo por meio de suas raízes, enquanto as aquáticas a retiram do próprio meio aquoso em que se encontram.
A luz utilizada como fonte de energia é a solar, embora já se tenha demonstrado experimentalmente que a reação fotossintética também pode ocorrer com luz artificial, porém de maneira pouco intensa.
A clorofila é um pigmento verde dos vegetais que contém magnésio (Mg) em sua molécula. Exerce um papel fundamental para a realização da fotossíntese, uma vez que é a substância responsável pela absorção da luz.
Existem diferentes tipos de clorofila (a, b, c, d), sendo as mais comuns a clorofila "a" e a clorofila "b". Todas são muito parecidas quimicamente, apresentando apenas pequenas diferenças na estrutura molecular e no grau de tonalidade da cor verde. Veja os exemplos a seguir:
Como sabemos, a luz branca, na realidade, resulta da combinação de diversas radiações (infravermelha, vermelha, laranja, amarela, verde, azul, anil, violeta e ultravioleta), que possuem diferentes comprimentos de onda.
As radiações vermelha, laranja, amarela, verde, azul, anil e violeta compõem o chamado “espectro visível”, porque são as radiações que conseguimos enxergar quando a luz se decompõe ao atravessar um prisma.
Quando a luz solar incide na planta, as moléculas de clorofila não absorvem toda a radiação presente com a mesma intensidade. Através de um aparelho chamado espectrofotômetro, constatou-se que os comprimentos de onda vermelho e azul são os mais intensamente absorvidos pela clorofila, enquanto os comprimentos de onda verde e amarelo são os menos absorvidos. Aliás, a absorção da luz verde é quase nula.
A clorofila reflete quase toda radiação verde e, por isso, nós a enxergamos dessa cor.
Figura 3. Esquema representando os diferentes comprimentos de onda da luz visível, e a capacidade de absorção das clorofilas "a" e "b".
A fabricação da glicose (C6H12O6) é o principal objetivo da reação, uma vez que a planta utiliza essa substância como alimento. A planta a usa na respiração celular e também como matéria-prima para fabricação de outros compostos orgânicos de que necessita, como por exemplo na produção de parede celular (celulose). Em certas situações, a planta produz mais glicose do que consome. Nesse caso, o excesso da produção é armazenado sob a forma de amido que, quando houver necessidade, será também utilizado. Lembre-se de que o amido é o material de reserva dos vegetais.
Para facilitar o estudo da fotossíntese o processo será divido em fase clara e fase escura.
Esta é a primeira etapa da reação de fotossíntese e só se realiza em presença de luz, este processo ocorre nas membranas dos tilacóides, graças a uma série de proteínas de membrana chamadas de fotossitemas. Os principais fenômenos que ocorrem nessa etapa são: absorção e utilização da luz, fotólise da água com liberação de O2, e íons H + , síntese de ATP através das fotofosforilações cíclica e acíclica e formação de NADPH2 (NADPH + H + ).
A luz absorvida é utilizada na fotólise da água e nas fotofosforilações.
Fotólise da água (reação de Hill) – Consiste na decomposição (“quebra”) das moléculas de água, utilizadas como reagentes, sob a ação da luz, conforme mostra a equação representada a seguir:
H2O ===> 2H + + 2e – + ½O2
Luz
Fotofosforilação – É um processo de formação de ATP que usa energia primariamente originária da luz para unir o ADP a um Pi (fosfato inorgânico). Neste processo a luz é captada pelo fotossistema 2 (PSII) e a energia obtida do fóton é empregada na fotólise da água, que promoverá a liberação de energia sob a forma de elétrons. Os elétrons produzirão um gradiente de concentração de H + no lúmen do tilacóide, este gradiente será necessário para a produção de ATP. No fotossistema 1 (PSI) o elétron é reenergizado e será empregado na produção de NADPH.
O ATP produzido na fotofosforilação será degradado em ADP + Pi, na 2ª etapa da fotossíntese, para fornecer energia às reações da fase escura. Já o NADP (nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato) receberá os hidrogênios liberados da fotólise da água, levando-os para a fase escura, onde esses hidrogênios serão liberados e utilizados na síntese da glicose. O NADP, portanto, é um aceptor e transportador de hidrogênios.
Figura 4: Esquema da seção de uma membrana do tilacóide, destacando os fotossitemas I e fotossistema II.
Figura 5: Esquema simplificado do ciclo de Calvim, ciclo de fixação do carbono.
É a segunda etapa da reação de fotossíntese independe da luz para ocorrer, porém depende dos produtos da primeira etapa. Nesta etapa a enzima RUBISCO é responsável pela fixação das moléculas de CO2 , utilizando o ATP como energia e o NADPH para hidrogenação (entrega de hidrogênios).
As moléculas de 3CO2 são capturadas pela enzima rubisco e inseridas em 3 moléculas de Ribulose-1,5-bifosfato, após inúmeras reações são produzidas 6 moléculas de Gliceraldeido-3-fosfato. Esta molécula é extremamente versátil.
Um destes Gliceraldeido-3-fosfato deixa o ciclo de Calvin para da origem a inúmeras moléculas, como por exemplo a glicose, frutose, aminoácidos, ácidos graxos e até celulose.
Podemos resumir a interação entre a fase clara e a fase escura segundo a Figura 6.
Figura 6: Esquema representativo da interação entre a fase clara e escura da fotossíntese.
O ciclo de Calvin para produzir uma molécula de glicose (C6H12O6) terá de fazer dois ciclos de produção, pois cada ciclo, como visto na figura 5, produz apenas 1 gliceraldeido-3-fosfato (C3H6O3), logo dois gliceraldeido-3-fosfato produzirão uma molécula de glicose, fechando assim a equação simplificada da fotossíntese:
6CO2 + 12H2O ===> C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
luz glicose
Referências:
JUNQUEIRA, Luis C. & CARNEIRO, J. "Biologia Celular e Molecular". Editora Guanabara Koogan, Rio de Janeiro, 1991. 5ª Edição. Cap. 1.
OLIVEIRA, Óscar; RIBEIRO, Elsa & SILVA, João Carlos "Desafios Biologia". Editora ASA, Porto, 2007. 2ª Edição. Cap.1.
AMABIS, JOSÉ MARIANO; MARTHO, GILBERTO RODRIGUES. Volume 1: Biologia das células – 3. Ed. – São Paulo: Moderna, 2010.
NELSON, D. L.; COX, M. M. Lehninger: Princípios de Bioquímica. 3ª ed., Sarvier, 2003
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