Foto de Samuel Austin na Unsplash
A palavra fotossíntese significa síntese pela luz e se refere a um dos processos biológicos mais importantes da Terra. Por liberar oxigênio e consumir dióxido de carbono, a fotossíntese transformou o mundo no ambiente habitável que conhecemos hoje. Além disso, o processo é a fonte primária de energia de todos os seres vivos.
O físico holandês Jan Ingenhousz foi o primeiro a constatar que as plantas produziam oxigênio na presença de luz solar, em 1779, sendo considerado o descobridor da fotossíntese. Em 1782, Jean Senebier adicionou que, além da luz do sol, a fotossíntese utiliza o dióxido de carbono. Em 1818, Maria Pelletier e Joseph Caventou cunharam o termo “clorofila” para se referir às moléculas de pigmento verde e dotado de enzimas fotorreceptoras que possibilitam a realização da fotossíntese. Por conta dessa capacidade, esses são chamados de pigmentos fotossintetizantes.
A fotossíntese pode ser definida como um processo em que a energia luminosa é convertida em energia química, fenômeno que ocorre no centro de reação. Ela é realizada por plantas, algas e cianobactérias, que são classificadas como organismos autótrofos e fotossintetizantes por serem capazes de produzir o próprio alimento a partir da luz.
Uma pesquisa descobriu que as enzimas capazes de realizar o processo-chave na fotossíntese oxigenada – dividir a água em hidrogênio e oxigênio – já estavam presentes nas primeiras bactérias que surgiram na Terra, mudando a forma como pensamos que a vida evoluiu. Além disso, um outro estudo provou que um tipo de alga que evoluiu há mais de um bilhão de anos possuía uma proteína necessária para a realização da fotossíntese, passando-a para as outras gerações desse organismo.
O oxigênio liberado pelos organismos fotossintetizantes é fundamental para a manutenção da vida no planeta na forma como a conhecemos. A obtenção de energia feita por meio da fotossíntese também é essencial para a manutenção da cadeia alimentar de diversas outras espécies de organismos.
Além disso, os produtos gerados a partir da fotossíntese moldaram a história-material da humanidade, pois deram origem a recursos como petróleo, gás natural, celulose, carvão e lenha. Esses recursos existem em decorrência da transformação da luz solar em reservas de energia (fotossíntese), seguida por outros processos geológicos e tecnológicos.
A fotossíntese é um processo longo e complexo que pode ser resumido, de forma geral, pela seguinte equação:
Em plantas e algas, a fotossíntese ocorre no interior dos cloroplastos. Já em cianobactérias, é realizada junto a lamelas membranosas presentes na parte líquida do citoplasma.
O cloroplasto é uma organela que apresenta uma membrana externa e uma membrana interna. Seu interior tem lamelas membranosas, ligadas a pequenas bolsas denominadas tilacoides. O espaço interno é preenchido pelo estroma, um fluido viscoso que contém DNA, ribossomos e enzimas que auxiliam no processo de fotossíntese. É dentro desses tilacoides e lamelas que se encontram as moléculas de clorofila.
Pesquisadores da Universidade de Neuchâtel reconstruíram os mecanismos bioquímicos da fotossíntese e mostraram que os cloroplastos levam 24 horas para se formar e se multiplicar no interior de um organismo fotossintetizante. Esse fator facilita a ocorrência do processo, que depende diretamente dessa organela.
Os fotossistemas são complexos fotoquímicos que trabalham em série, por meio do transporte de elétrons, para que ocorram as reações de armazenamento de energia da fotossíntese. Existem dois fotossistemas: fotossistema I e fotossistema II. O primeiro, por sua vez, é o responsável pela absorção de luz em comprimentos de onda de 700 nm ou mais; já o segundo é capaz de absorver comprimentos de onda de 680 nm ou menos.
Cada fotossistema é composto por dois componentes: o complexo antena, responsável pela absorção da energia luminosa, e o centro de reação, constituído por proteínas e clorofila, onde a energia luminosa é convertida em energia química.
A fotossíntese pode ser dividida em duas etapas: a fase fotoquímica, ou fase clara, e a fase química, também chamada de fase escura.
A fase fotoquímica só ocorre na presença de luz e acontece nos tilacoides e nas lamelas membranosas. Sua função principal é converter energia luminosa em energia química. Ela é composta por dois grandes processos: a fotólise da água e a fotofosforilação.
A fase química não depende de luz e é realizada em outra parte do cloroplasto, o estroma. Nela, os produtos da fase anterior, a fotoquímica, se juntam ao dióxido de carbono atmosférico para produzir glicose, água e amido, no denominado Ciclo das Pentoses, ou Ciclo de Calvin-Benson. É nesta fase que acontece o processo de fixação de carbono.
A fotólise da água é a primeira etapa da fotossíntese e é o momento em que a energia luminosa recebida promove a quebra das moléculas de água, gerando gás oxigênio, elétrons e H+. O oxigênio gasoso é liberado para a atmosfera, enquanto as moléculas livres de hidrogênio (H+) são atraídas por um composto denominado NADP+, dando origem ao NADPH, que será utilizado na fase química para a construção das moléculas de glicose.
É na fotofosforilação que ocorre a formação do ATP, a partir da adição de um fosfato inorgânico (Pi) a uma molécula de ADP (adenosina difosfato), utilizando a energia luminosa e a cadeia transportadora de elétrons. As moléculas de ATP constituem a principal forma de energia química sintetizada pelos seres vivos. Essa etapa da fotofosforilação ocorre em paralelo à fotólise da água e cada uma delas gera produtos que serão usados na fase seguinte da fotossíntese.
Essa etapa é representada pela fórmula: ADP + Pi ⇾ ATP
Última fase da fotossíntese, é na fase química que se utiliza o gás carbônico proveniente do ambiente ou da respiração celular da planta e são empregados dois compostos gerados na fase anterior: ATP e NADPH. É nessa etapa que ocorre o chamado Ciclo de Calvin-Benson, uma sequência de reações que podem ser divididas em três etapas: fixação, redução e regeneração do receptor.
O processo de fixação de carbono acontece no estroma do cloroplasto, na primeira etapa, a partir da catálise realizada pela enzima Rubisco, com seis moléculas de PGA como produto desta. Na etapa seguinte, as seis moléculas de PGA são reduzidas a seis moléculas de gliceraldeído 3-fosfato (PGAL). Por fim, cinco destas moléculas são utilizadas para regenerar três moléculas do receptor Rubisco.
A fotossíntese artificial consiste em uma tecnologia que imita o processo de fotossíntese para a produção de energia renovável. Ela é uma alternativa sustentável, entretanto. Dessa forma, uma pesquisa desenvolveu uma técnica que aumenta a eficiência da produção dessa energia verde. A tecnologia consiste em incorporar fragmentos de algas encapsulados nos sistemas de energia solar.
As algas são organismos fotossintetizantes, quando os pequenos fragmentos absorvem a luz solar, esta é direcionada para as extremidades do fragmento. Com isso, incorporando as pequenas partes das algas nas placas solares, a energia absorvida entra em contato com as placas e aumenta a eficiência do painel solar.
No vídeo abaixo você pode visualizar um pouco melhor os processos da fotossíntese.
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