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Série Fotossíntese - Parte 4: Cloroplasto

Atualizado: Mai 5

A fotossíntese ocorre nas células parenquimáticas das folhas e de outros órgãos fotossintetizantes, na organela chamada cloroplasto. Nos tecidos meristemáticos das plantas, os proplastídeos se diferenciam na presença de luz para formar os cloroplastos, organela que se encontra no citoplasma das células vegetais, capaz de realizar todo o processo de fotossíntese.


A estrutura do cloroplasto


O cloroplasto é composto por um envoltório de dupla membrana e por um sistema de endomembranas internas altamente dobradas que formam estruturas cilíndricas e achatadas com espaços internos (lume) denominada tilacoide. Estes tilacoides são organizados em pilhas, formando o granum ou grana (várias pilhas) que lembram moedas empilhadas, conectados pelas lamelas e mergulhados em uma matriz fluida chamada de estroma (Figura 1). Os pigmentos clorofilas e carotenoides que absorvem luz estão associados as membrana dos tilacoides e as reações fotoquímicas que geram energia acontecem no lume e no estroma do cloroplasto.

Os cloroplastos também possuem seu próprio material genético e capacidade de se autoduplicar, ribossomos e podem conter grãos de amido e gotículas lipídicas envoltas por proteínas.

Figura 1. Estrutura do cloroplasto. Ilustração: Kazakova Maryia/Shutterstock.



Fotossistemas absorvem luz


A etapa fotoquímica da fotossíntese ocorre com a absorção da luz pelos fotossistemas denominados de Fotossistema I (FSI) que absorve luz na faixa de 700 nm e o Fotossistema II (FSII) que absorve na faixa do 680 nm. Estes fotossistemas estão associados com complexos proteicos carreadores na membrana dos tilacoides para formar a cadeia de transporte de elétrons. Ambos possuem uma orientação específica dentro da membrana, de acordo com sua função, uma região apontada para o lado do estroma e outra para o lume do tilacoide.

O fotossistema consiste de um complexo antena composto por um conjunto de pigmentos (carotenoides e clorofilas) que capturam a energia luminosa e canalizam para o centro de reação. O centro de reação fotoquímico, é composto por um complexo de proteínas e moléculas de clorofila que permitem converter a energia da luz em energia química (Figura 2).

Os complexos antena estão organizados de forma que os fótons de luz absorvidos primeiro pelos carotenoides são direcionados para as clorofilas a e b por transferência de energia de excitação. Neste processo, a energia de excitação é transferida de uma molécula de clorofila para outra e assim sucessivamente, e o excesso de energia liberado na forma de calor no ambiente. No centro de reação, moléculas de clorofila atuam como uma armadilha irreversível para evitar o retorno da energia (elétrons) para o complexo antena, armazenando-os em um ambiente mais estável para reações subsequentes na cadeia de transporte de elétrons (Figura 2 A e B).


Figura 2- Complexo antena e centro de reação fotoquímico em um fotossistema (A) e transferência de energia até o centro de reação (B). Crédito de imagem: Taiz et al. (2017).


Neste contexto, os carotenoides apresentam importante papel de fotoproteção dos fotossistemas sob alta radiação solar. Eles canalizam o excesso de energia de excitação eletrônica para fora dos clorofilas e reações com o O que formam radicais livres são impedidas, assim como seus danos as membranas lipídicas do aparato fotossintético.

Fluxo de elétrons que gera energia


Os complexos antena são intercalados por proteínas presentes nas membranas dos tilacoides com funções específicas nas reações de oxidação e redução e no transporte de elétrons (e-). Este fluxo de elétrons será utilizado para formar energia química (ATP e NADPH), realizar a quebra da molécula de água com geração de prótons (H⁺) para o gradiente eletroquímico e O para a atmosfera. O ATP e o NADPH gerados são utilizados na etapa bioquímica ou Ciclo de Calvin no estroma do cloroplasto, onde ocorre a entrada de CO no processo e estão presentes as enzimas, co-fatores e substratos necessários para formar carboidratos (Vídeo 4)


Vídeo 4 - Fotossíntese: Cloroplasto. Fonte: HHMI BioInteractive Video.


Na próxima parte da Série Fotossíntese, as reações que ocorrem entre os complexos antena e as proteínas carreadoras na membrana dos tilacoides serão tratadas com detalhe. Aguarde!

Texto escrito por Magda Andréia Tessmer


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Referências


Alberts, B.; Johnson, A.; Lewis, J.; Raff, M.; Roberts, K.; Walter, P. Molecular Biology of the Cell. Chloroplasts and Photosynthesis. 4th edition, New York, 2002.


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


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



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