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Série Fotossíntese - Parte 2: Processos Químicos

Atualizado: Abr 28

Sabemos que a fotossíntese é primordial para manutenção da vida dos vegetais, micro-organismos fotossintetizantes e para nós humanos e animais, pois dependemos da energia fornecida pelos vegetais na alimentação e na regulação da atmosfera.

Ao refletir sobre o assunto (Vídeo 1), os seguintes questionamentos surgem: quando o processo de fotossíntese passou a ocorrer? Quais as mudanças que este processo promoveu no planeta Terra? Qual o papel da luz neste contexto?


Vídeo 1 - Fotossíntese: Processos Químicos. Fonte: HHMI BioInteractive Video.



O surgimento da fotossíntese e do oxigênio na atmosfera terrestre


Os primeiros organismos que começaram a realizar a fotossíntese na Terra foram as cianobactérias, a cerca de 2,5 bilhões de anos atrás. Estas cianobactérias procarióticas e clorofiladas anteriormente usavam a luz e proteínas com ferro e enxofre imersas na água para produzir energia. Assim, desenvolveram um mecanismo de produção de energia usando a clorofila para captação da luz e formação de energia e O, a fotossíntese. Até então, não existia O₂ na atmosfera terrestre, a fotossíntese foi o processo que possibilitou uma mudança radical neste ambiente extinguindo algumas formas de vida e beneficiando outras.

Neste período, as moléculas de O₂ altamente reativas, inicialmente reagiram com íons Fe³+ dissolvidos na água, bem como outros minerais, formando depósitos de minerais de ferro no solo (em torno de 1 bilhão de anos). Ao término da oxidação da maior parte dos minerais, a concentração de O₂ aumentou muito na atmosfera, sendo este período conhecido como Grande Evento de Oxigenação (Schirrmeister et al., 2015).

Esta característica fotossintetizante passou para algas e posteriormente para as plantas, devido a endossimbiose com as cianobactérias, resultando na formação da organela chamada de cloroplasto (teoria proposta por Lynn Margulis, 1981). A capacidade das algas de produzir a própria energia foi fundamental para a conquista do ambiente terrestre e evolução das plantas.

Estudos sobre a vida das plantas se iniciaram no século XVIII, até então, não havia conhecimento sobre a composição do ar atmosférico, do solo e das necessidades das plantas. Priestley (1772) descobriu que as plantas modificavam a composição do ar de forma inversa do que faziam os animais na respiração. A partir deste período, em torno de 300 anos, diversos pesquisadores fizeram novas descobertas que permitiram desvendar o processo de fotossíntese como conhecemos hoje e representá-la por uma equação.


A equação da vida na Terra


As plantas, algas, algumas bactérias e as raras lesmas-do-mar são os únicos seres capazes de transformar energia solar em energia química. A equação geral da fotossíntese parece muito simples, entretanto, ela representa a manutenção da vida na Terra. Os componentes básicos para que a fotossíntese aconteça são a presença de CO₂, H₂O e luz, sendo os primeiros provenientes da respiração mitocondrial. Dos produtos, os carboidratos, podem ser usados imediatamente para obtenção de energia ou armazenados na planta, enquanto o O é liberado para a atmosfera.


6 CO₂ + 6 H₂O => C₆H₁₂O6 + 6O₂


Então quer dizer que o O₂ que respiramos é produzido na fotossíntese?

Sim, as plantas, e principalmente as algas produzem em torno de 55% do O₂ da atmosfera. A Terra possui 70% do território coberta por oceanos, logo, algas marinhas e de água doce são as grandes responsáveis pela produção de O₂.



Captando a luz para formar energia


Os produtos da fotossíntese são resultantes de uma série de reações fotoquímicas e bioquímicas. Na primeira etapa do processo fotoquímico ou dependente de luz, a luz solar é absorvida por pigmentos (clorofilas e carotenoides) aderidos nas membranas dos tilacóides dos cloroplastos, presentes principalmente nas folhas das plantas. A clorofila é constituída por um anel porfirina, um Mg²⁺ no centro e uma cauda longa e hidrofóbica de 20 carbonos (fitol).

A luz possui propriedades de onda (comprimento, frequência e velocidade) e de partícula, denominada fóton. Cada fóton contém uma quantidade de energia chamada de quantum. Os fótons de diferentes frequências são captados pelos pigmentos presentes nos cloroplasto e cada um (Chla, Chlb, carotenoides) têm a capacidade de absorver luz em faixas específicas do espectro de luz na fotossíntese (Figura 1) (Taiz et al. 2017). A clorofila aparece verde para nossos olhos porque ela absorve luz nos comprimentos de onda referentes ao azul e o vermelho, na região visível do espectro.


Figura 1 – Espectro eletromagnético e região de luz visível entre 400 nm (azul) e 700 nm (vermelho). Ilustração: Peter Hermes Furian/Shutterstock.com


Quando os pigmentos absorvem luz, a energia dos fótons é transformada em energia de excitação eletrônica, onde um fóton pode excitar somente um elétron (Lei de equivalência fotoquímica de Einstein-Stark). Para que isso aconteça, o nível de energia do fóton de determinado comprimento de onda precisa ser compatível com o do elétron. Esse estado de excitação ocorre em um tempo muito curto (milissegundos) e os elétrons dissipam a energia absorvida retornando ao seu estado basal.

Essa dissipação de energia pode ocorrer na forma de calor, fluorescência ou transferência para outros pigmentos (ressonância indutiva). Para a fotossíntese, a transferência de energia para as moléculas vizinhas e outros pigmentos dos complexos antena são fundamentais para desencadear as reações de oxirredução. Este é o ponto inicial do fluxo de elétrons para formar as primeiras moléculas carreadoras de energia.

Nos próximos capítulos da Série Fotossíntese, veremos como e para que os elétrons são utilizados na fase fotoquímica.


Texto escrito por Magda Andréia Tessmer


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Referências


Kerbauy, G. Fisiologia Vegetal. 2ª edição. Editora Guanabara Koogan S.A. 2008.


Nogueira, S. A grande oxigenação. Revista FAPESP, ed. 190, 2011. Disponível em: <https://revistapesquisa.fapesp.br/2011/12/26/a-grande-oxigenacao/> Acesso em: abril de 2020.


Schirrmeister, B.E.; Gugger, M.; Donoghue, P.C.J. Cyanobacteria and the Great Oxidation Event: evidence from genes and fóssil. Palaeontology, v. 58, n. 5, pp. 769–785, 2015.


Taiz, L.; Zeiger, E.; Moller, I.; Murphy, A. Fisiologia e desenvolvimento vegetal. 6.ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. 888 p.

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Idealizadora e Autora

Francynês Macedo

Bióloga com mestrado e doutorado em Fisiologia e Bioquímica de Plantas pela Esalq/USP. Desenvolve pesquisas na área de Fisiologia de Plantas sob Estresse com ênfase em Eletrofisiologia Vegetal. Possui ampla experiência com a técnica de medição de sinais elétricos em plantas. Na área de ensino tem experiência com Metodologias Ativas de Aprendizagem, incluindo Design Thinking na formação de professores. Propósito de vida: aprender e ensinar.

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