CLOROPLASTOS E FOTOSSÍNTESE Cloroplastos Plastos ou plastídeos com pigmentos coloridos (cromoplastos), sendo o pigmento predominante a clorofila, responsável pela absorção de energia luminosa. Nos vegetais superiores encontram-se principalmente nas folhas. É uma organela com membrana dupla, com invaginações na parede interna formando vesículas achatadas e paralelas, as lamelas, e pequenas vesículas, os tilacoides, que empilhados constituem o granum ou grana. Existe um material de preenchimento, o estroma, semelhante ao hialoplasma. Fotossíntese A fotossíntese é um processo de conversão de energia solar em energia química armazenada em alimentos orgânicos. Por esse processo, todos os dias as plantas fotossintetizantes (além de algas, cianobactérias e certas bactérias) absorvem luz do Sol, utilizando substâncias simples do meio, como gás carbônico e água, produzem a matéria orgânica que serve como reservatório de energia e liberam, como subproduto, oxigênio para o ar. As plantas retiram o gás carbônico do ar e a água, de modo geral, é retirada do solo pelas raízes. Para absorver a luz do Sol, todas as plantas fotossintetizantes, sem exceção, precisam possuir o pigmento clorofila, de cor verde, que funciona como uma verdadeira antena captadora de energia solar. Mesmo nas plantas cuja cor não é verde, há considerável quantidade de clorofila. É que outros pigmentos, de diferentes colorações, por estarem presentes em maiores quantidades, mascaram a cor verde da clorofila. O armazenamento de substâncias orgânicas é muito importante para a planta, principalmente em ocasiões em que ela não pode fazer fotossíntese. Assim, a reserva energética contida na matéria orgânica por ela produzida é vital para sua sobrevivência. Por outro lado, a produção de matéria orgânica na fotossíntese é fundamental para os demais seres vivos que, direta ou indiretamente, dependem das plantas para sobreviver. Ao fazerem fotossíntese, as plantas renovam continuamente os estoques de gás oxigênio necessários para a respiração aeróbia das próprias plantas e da maioria dos demais seres vivos do paneta. Equação da fotossíntese luz 6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 clorofila Origem do oxigênio liberado na fotossíntese O oxigênio liberado provém da molécula de água e não do gás carbônico como se acreditava antes. Marcou-se com 18 O (isótopo do 16 O), a molécula de água e o oxigênio liberado no processo fotossintético foi o 18 O, comprovando a origem do oxigênio proveniente da água.
Pigmentos fotossintetizantes Os pigmentos são substâncias que absorvem luz. A cor de um pigmento depende das faixas do espectro da luz visível que ele absorve ou reflete. O perfil de absorção de luz de uma substância é chamado de espectro de absorção. Além das clorofilas, os carotenoides são pigmentos que absorvem luz em comprimentos de onda diferentes da clorofila. Esses pigmentos transferem energia luminosa para a clorofila. As clorofilas a e b apresentam espectros diferentes da absorção de luz, sendo a absorção maior nas faixas do violeta-azul e alaranjado-vermelho e menor na faixa do verde. A fotossíntese apresenta duas séries de reações: as de claro (fotoquímica) e as reações de escuro (química). Reações de claro ou fase fotoquímica ocorrem nas lamelas e nos grana. A - fotólise da água a molécula de água é quebrada sob ação da luz liberando o oxigênio. O NADP capta os hidrogênios e transforma-se em NADPH 2. B - fotofosforilação moléculas de ADP+P recarregam-se a ATP, sob a ação da luz. A fotofosforilação pode ser cíclica e acíclica: -cíclica quando a molécula de clorofila recebe luz, um de seus elétrons pula para um nível energético mais elevado; esse elétron é removido por um aceptor, e desce para níveis energéticos menores, sendo capturado por aceptores intermediários antes de retornar à clorofila. Nessa descida, a energia perdida pelo elétron é capturada, resultando na produção de ATP.
-acíclica o fotossistema II quando iluminado, libera elétrons ricos em energia que são capturados e transportados por aceptores, produzindo aciclicamente ATP. Elétrons provenientes da molécula de água na fotólise regeneram o fotossistema II. O fotossistema I, por sua vez, quando iluminado, cede elétrons ricos em energia ao NADP, que juntamente aos íons H + da molécula de água se transforma em NADPH 2. Elétrons provenientes do fotossistema II regeneram o fotossistema I.
Fotossistemas unidades funcionais presentes nas membranas dos tilacoides, constituídas por moléculas de pigmentos associadas entre si. Nesses fotossistemas existem dois tipos de clorofila, a e b e carotenoides. Existem dois fotossistemas: I absorve comprimentos de onda mais longos; este fotossistema não é responsável pela liberação de oxigênio. II absorve comprimentos de onda mais curtos; este fotossistema é o responsável pela liberação de oxigênio. Reações de escuro ou fase química ocorrem no estroma. Os produtos provenientes da fase fotoquímica (NADPH 2 e ATP) são indispensáveis para a transformação do gás carbônico em glicose. Nas reações de escuro o gás carbônico é reduzido (CH 2 O) pelo NADPH 2, que cede seus hidrogênios, e pelo ATP, que transfere sua energia reação. Melvin Calvin descobriu vários compostos intermediários da fase de escuro, também chamada de ciclo de Calvin ou ciclo das pentoses, pois o CO 2 reage inicialmente com um composto com 5 carbonos a ribulose difosfato (RDP), que funciona como um suporte para a incorporação do CO 2 (processo semelhante ocorre no ciclo de Krebs durante a respiração celular quando a cadeia de carbono se liga temporariamente a molécula de 4 carbonos, permitindo a quebra gradual das ligações). O CO 2 liga-se à molécula de RDP e forma um composto de 6 carbonos, que se quebra em 2 moléculas de 3 carbonos chamada de ácido fosfoglicérico (PGA), este é reduzido a aldeído fosfoglicérico (PGAL) usando o ATP e o NADPH 2 produzidos na fase de claro. No final do ciclo o RDP é regenerado e tem-se um saldo de aldeído fosfoglicérico, que é o primeiro glicídio produzido na fotossíntese. Repetindo-se o ciclo temos duas moléculas de aldeído fosfoglicérico que formarão uma molécula de glicose.
Comparação entre a respiração celular e a fotossíntese A fotossíntese é um processo inverso ao da respiração celular. Na fotossíntese átomos de hidrogênio e água são adicionados a compostos de carbono (obtidos a partir do CO 2 ), produzindo glicose. Já na respiração celular a molécula de glicose é quebrada gradativamente através de oxidações sucessivas. Ocorre à retirada de átomos de hidrogênio através de desidrogenações que finalmente serão transportados até o oxigênio formando a molécula de água. Enquanto a fotossíntese produz matéria orgânica e oxigênio que serão consumidos na respiração aeróbica; a respiração celular produz gás carbônico e água que serão usados na fotossíntese. Assim, há um equilíbrio entre os dois processos na natureza. Adaptado de: Linhares S. e Gewandsnajder F. Biologia Hoje vol. 1, 1998, ed. Ática. Uzunian A e Birner, E. Biologia 1 vol 1, 2006, ed. Harbra. COC Sistema de Ensino, ed. COC.