O que se entende por fotossintese

A fotossíntese é um processo pelo qual a planta e outros organismos, como algas, convertem a energia solar em energia química e utilizam-na para a produção de moléculas orgânicas. A fotossíntese é a principal responsável pela entrada de energia na biosfera.

→ Como ocorre

A fotossíntese ocorre em organelas denominadas cloroplastos. Essas organelas estão presentes nas mais diversas partes da planta, entretanto, a sua maior ocorrência é no tecido interior das folhas, denominado mesófilo.

Os cloroplastos são constituídos por uma membrana dupla que os reveste e, além desse conjunto de membranas externas, apresentam dois conjuntos de membranas internas, as lamelas e os tilacoides. Os tilacoides podem ser encontrados empilhados formando uma estrutura denominada grana. É nos tilacoides que encontramos os pigmentos.

Pigmentos são substâncias que captam a luz, como as clorofilas, os carotenoides e as ficobilinas, sendo a principal delas a clorofila a. Diferentemente da maioria das demais organelas, os cloroplastos apresentam DNA próprio. Além disso, eles possuem um espaço interno denominado estroma.

A fotossíntese ocorre em duas etapas ou fases, que serão descritas mais detalhadamente no próximo tópico. A fase luminosa ou fotoquímica, que é a fase em que ocorre a captura de luz; e a fase de fixação de carbono, em que a energia capturada será utilizada na produção dos compostos orgânicos. A fase luminosa ou fotoquímica ocorre nos tilacoides, local em que se encontram os pigmentos, já a fase de fixação de carbono ocorre no estroma.

Leia também: Tipos de clorofila

→ Etapas

A fotossíntese ocorre em etapas ou fases que são denominadas fase luminosa ou fotoquímica e fase de fixação de carbono:

Nessa fase, que ocorre nos tilacoides dos cloroplastos, acontece a captação de energia luminosa, e esta é utilizada na produção de moléculas de ATP e na redução de moléculas de NADP+. A redução ocorrerá com a utilização proveniente da quebra de moléculas de água (fotólise da água). Esse processo dará origem ao NADPH, que será utilizado nas reações de fixação do carbono, fornecendo energia.

Essa fase é constituída por dois fotossistemas, fotossistema I e fotossistema II. Cada fotossistema pode ser constituído por até cerca de 400 pigmentos e apresenta dois componentes: o complexo antena e o centro de reação. O complexo antena, constituído por moléculas de pigmento, absorve a energia luminosa e transfere-a para centro de reação, em que ela será convertida em energia química. O centro de reação é constituído por proteínas e clorofila.

A energia luminosa é absorvida por uma molécula de pigmento no complexo antena e transferida para uma outra molécula de pigmento, e assim sucessivamente até atingir o centro de reação, no qual se encontra com um par de moléculas de clorofila a associado a proteínas específicas.

Quando uma molécula de clorofila a absorve a energia, um de seus elétrons é transferido para um receptor de elétrons. À medida que ocorre a transferência desses elétrons, eles são substituídos por outros provenientes da fotólise da água, que ocorre no fotossistema II.

O aceptor final dos elétrons é uma proteína chamada ferredoxina, que irá transferir os elétrons para NADP+, reduzindo-os a NADPH. O processo de fotólise da água liberará prótons que serão bombardeados para o lúmen do tilacoide, estimulando a síntese de ATP.

O processo de fotólise da água também é responsável pela produção de O2. No fotossistema I, os pigmentos absorvem comprimentos de ondas de 700 nm ou maiores. Já no fotossistema II, os pigmentos absorvem comprimentos de ondas 680 nm ou menores. Geralmente os dois fotossistemas atuam em conjunto, entretanto, o fotossistema I pode atuar de forma independente.

Leia também: Quimiossíntese

Essa fase ocorre no estroma do cloroplasto por meio de reações denominadas Ciclo de Calvin, o qual consiste em três etapas. Na etapa de fixação do carbono, serão utilizadas as moléculas de NADPH e ATP produzidas na fase luminosa para a produção de açúcares com base na redução do carbono fixado. O processo inicia-se com a fixação do carbono a um açúcar constituído por cinco carbonos com dois grupos fosfato, conhecido como ribulose 1,5-bifosfato.

A fixação do carbono pela maioria das plantas ocorre geralmente por meio de uma enzima denominada RuBisCo. Essas plantas são denominadas C3, pois o primeiro produto do ciclo — duas moléculas de 3-fosfoglicerato ou ácido 3-fosfoglicérico (PGA) — apresenta três átomos de carbono em cada uma das moléculas. Entretanto, algumas plantas, denominadas C4, formam como primeiro produto um composto com quatro átomos de carbono e apresentam um modo alternativo de fixação do carbono.

Na segunda etapa, ocorre a redução do 3-fosfoglicerato a gliceraldeído 3-fosfato ou 3-fosfogliceraldeído (PGAL). Nessa etapa a fixação de três moléculas de CO2 a três moléculas de ribulose 1,5-bifosfato dará origem a seis moléculas de gliceraldeído 3-fosfato.

Na terceira e última etapa do Ciclo de Calvin, cinco das seis moléculas de gliceraldeído 3-fosfato, formadas na segunda etapa, são usadas para regenerar três moléculas de ribulose 1,5-bifosfato, o material inicial, fechando, assim, o ciclo.

→ Equação

O processo de fotossíntese pode ser descrito por meio de uma equação global, descrita ao fim deste tópico. Entretanto, é importante destacar que as primeiras moléculas a serem formadas não são de glicose (C6H12O6), e sim de açúcares mais simples com apenas três átomos de carbono. A equação global da fotossíntese pode ser escrita da seguinte maneira:

Saiba mais: Classificações do carbono

→ Importância

A fotossíntese é um processo essencial para a existência da vida na Terra da maneira que a encontramos hoje, pois é por meio dela que ocorre a produção de oxigênio, fundamental para a sobrevivência da maioria dos organismos. Ela também é responsável pela produção de energia para praticamente todos os seres vivos.

Diferentemente dos organismos autotróficos fotossintetizantes, alguns organismos não conseguem produzir seu próprio alimento, são os organismos heterotróficos. Estes consumem os compostos produzidos pelos organismos autotróficos. Essa transferência de energia do alimento entre os organismos é denominada cadeia alimentar.

Quando os heterotróficos alimentam-se dos organismos autotróficos (produtores), são denominados herbívoros (consumidores primários). Quando se alimentam de outro organismo heterotrófico, são denominados carnívoros (consumidores secundários, terciários e assim por diante). Ao final das cadeias, há sempre um organismo decompositor, que obtém a energia da matéria orgânica morta.

Saiba mais: Seres autotróficos e heterotróficos

Entender o funcionamento dos processos físicos e químicos dos seres vivos é fundamental para a compreensão do mundo que nos rodeia, sendo um dos conhecimentos mais importantes para a realização dos grandes vestibulares. Por isso, é importante saber como ocorre o processo da fotossíntese.

É através dela que os seres autotróficos (aqueles que conseguem produzir o próprio alimento) obtêm as substâncias necessárias para sua sobrevivência, por meio de um processo que transforma a energia solar em matéria orgânica.

Confira também nossa videoaula e tenha uma visão geral sobre o tema!

Explicamos agora, em detalhes, tudo que você precisa saber a respeito da fotossíntese, como funciona e as diferenças entre ela e a quimiossíntese. Aproveite e bons estudos!

O que é fotossíntese?

A origem da palavra fotossíntese é grega (photosýnthesis) e se refere à “síntese através da luz”. Essa síntese ocorre quando a energia solar é capturada e transformada em energia química. Isso permite que muitos organismos autotróficos sejam capazes de sintetizar material orgânico, o que significa que se tornam capazes de produzir seu próprio alimento.

Esse processo ocorre no interior dos cloroplastos, sendo realizado em maior intensidade nos tecidos ricos nesse tipo de organela, como é o caso do parênquima clorofiliano encontrados nas folhas. Em geral, esse processo é dividido em duas etapas principais: a fase clara, também conhecida por fotoquímica, e a fase escura, que também é chamada de fase puramente química.

Como ocorre a fotossíntese?

O processo da fotossíntese, de forma resumida, acontece quando a água e os sais minerais são retirados do solo por meio da raiz (no caso das plantas), percorrendo a planta em forma da chamada seiva bruta. Ao chegar às folhas, a luz do sol é absorvida através da clorofila, pigmento que dá a elas a cor verde.

Por meio de uma reação fotoquímica, que utiliza a luz solar, é ocasionada a transformação da energia solar em energia química, que é conduzida pelos canais existentes para toda a planta, e usada como alimento para ela se manter viva e continuar crescendo.

Processo da fotossíntese

Entendido o conceito e os tipos de organismos capazes de realizar essa transformação de energia, é interessante compreender as etapas da fotossíntese e como plantas, algas, cianobactérias e alguns tipos de bactérias são capazes de produzir seu alimento. Explicamos em detalhes o funcionamento da fase clara, em que ocorre a fotofosforilação e a fotólise da água, e o da fase escura. Entenda!

Fase clara

A chamada fase clara, fase luminosa ou fase fotoquímica, como o nome já adianta, é uma das fases da fotossíntese e só ocorre na presença da luz, nas lamelas dos tilacoides do cloroplasto. Lá ocorre a absorção de luz solar e a transferência de elétrons, por meio dos fotossistemas, que são conjuntos de pigmentos, proteínas e transportadores de elétrons que formam uma estrutura de membranas.

Na fase clara, existem dois tipos de fotossistemas, cada um com uma média de 300 moléculas de clorofila:

• fotossistema I: conta com centro de reação P700, absorvendo preferencialmente a luz de comprimento de onda de 700nm;
• fotossistema II: conta com centro de reação P680, absorvendo preferencialmente a luz de comprimento de onda de 680nm.

Esses dois fotossistemas atuam de forma independente, mas complementar, estando ligados por uma cadeia transportadora de elétrons. Nessa fase, ocorrem dois processos muito importantes: a fotofosforilação e a fotólise da água, que explicamos abaixo.

Fotofosforilação

O processo de fotofosforilação consiste basicamente na adição de um P (Fósforo) ao ADP (Adenosina difosfato), o que resulta na formação de ATP. Ao ser capturado pelas moléculas antenas dos fotossistemas, a energia de um fóton de luz é transferida para os centros de reação, onde está localizada a clorofila.

Ao atingir a clorofila, ela se torna energizada e libera elétrons, que passam por diferentes aceptores, formando, juntamente com H2O, ATP e NADPH. Existem dois tipos de fotofosforilação:

• fotofosforilação acíclica: os elétrons liberados pela clorofila não retornam para ela, indo para o outro fotossistema. Ele produz ATP e NADPH.
• fotofosforilação cíclica: os elétrons liberados pela clorofila retornam para ela. Esse processo produz apenas ATP.

Fotólise da água

A fotólise da água é o processo de quebra da molécula de água por meio do uso da energia solar. Esse processo é responsável pela substituição dos elétrons perdidos pela clorofila no fotossistema II e também por produzir o oxigênio que respiramos. A equação geral da fotólise, também conhecida como reação de Hill, é descrita da seguinte maneira:

Luz

CADASTRE-SE E GARANTA O STOODI AGORA!

Acesse gratuitamente por 14 DIAS mais de 6 mil videoaulas, 30 mil exercícios, resumos teóricos e materiais complementares pra download!

2H2O    ———>   O2 + 4H+ + 4e–

Dessa forma, a molécula de água é a doadora final dos elétrons. O ATP e NADPH formados serão utilizados para a síntese de carboidratos, a partir do CO2, processo que ocorre na fase escura, que é a etapa seguinte.

Fase escura

Enquanto a fase clara fornece energia, a fase escura realiza a formação de glicose a partir de CO2, podendo ocorrer tanto na ausência quanto na presença de luz, sendo responsável pela fixação do carbono.

Através das reações de fixação do carbono, o NADPH e o ATP produzidos anteriormente são utilizados para reduzir o dióxido de carbono a carbônico orgânico, através do chamado ciclo de Calvin. Nesse ciclo, as moléculas são quebradas, apresentando ganho de uma molécula de PGAL, que servirá para a produção de sacarose e amido.

Quimiossíntese

Fotossíntese e quimiossíntese são processos distintos. Enquanto a primeira é um processo que se utiliza da luz para ocorrer, a segunda tem funcionamento semelhante, mas que não depende da luz: apenas produz matéria orgânica que servirá de alimento pelos organismos que a realizam. No entanto, na quimiossíntese, no lugar da energia luminosa, é utilizada a energia liberada pela oxidação de certas moléculas inorgânicas, como o enxofre (S), o hidrogênio (H), o nitrogênio (N), o ferro (Fe) ou o manganês (Mg), sendo um processo presente em bactérias e arqueobactérias que vivem em ambientes carentes de luz solar.

O que você achou de entender melhor o que é a fotossíntese, como ela funciona e quais são seus processos? Para saber mais sobre Biologia e se preparar para os vestibulares e para o Enem, acesse a lista de exercícios do Stoodi e veja como testar seus conhecimentos e aprimorar seus estudos!