Como acontece a fotossíntese? Entenda tudo sobre o processo
Essencial para a vida na Terra, esse sistema de reações químicas faz com que as plantas se alimentem através da luz solar; confira todos os detalhes
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Além do calor, que torna as temperaturas terrestres confortáveis, a luz solar captada por plantas, algas e algumas bactérias é o que movimenta quase todos os seres vivos no planeta. O nome dado ao processo que captura essa luz é fotossíntese.
A fotossíntese, então, utiliza os raios de Sol para sustentar a maior parte da vida na Terra. Aliás, você sabia que civilizações antigas viam o Sol como um deus? Os egípcios, por exemplo, o chamavam de Deus Rá.
Essa veneração não poderia ser diferente, já que a energia solar alimenta a produção de oxigênio, gás essencial para a respiração de quase todos os organismos vivos, e permite a fixação do carbono nas plantas, sendo a base de todas as cadeias tróficas .
Neste artigo, você vai entender o que é a fotossíntese, qual é a importância dela para a cadeia alimentar, quais funções desempenha, como acontece e muito mais.
Dica: este é um dos assuntos de Biologia que mais cai no Exame Nacional do Ensino Médio (Enem)!
NAVEGUE PELOS CONTEÚDOS
O que é a fotossíntese? Conceitos importantes
A fotossíntese nada mais é que a forma como vegetais e algumas bactérias conseguem energia para sobreviver, um processo que transforma energia solar em energia química. Lendo essa simples definição, nem parece que o assunto é complexo, capaz de dar um nó na cabeça dos estudantes! 🙃
Mas, para ajudar você a entender esse sistema incrível, reunimos conceitos-chave que integram a fotossíntese:
- Fotossistemas: estruturas das plantas que absorvem a luz solar durante a fotossíntese;
- Cadeia de transporte de elétrons: processo onde elétrons são transportados através das membranas para gerar energia nos fotossistemas;
- Produção de oxigênio: liberação de oxigênio como subproduto da fase clara;
- Clorofila: pigmento presente nos cloroplastos responsável pela absorção da luz solar;
- Fase clara: etapa dependente de luz solar, é quando os fotossistemas agem.
- Ciclo de Calvin: etapa da fotossíntese onde ocorre a fixação do carbono e a produção de carboidratos, chamamos também de fase escura;
- NADPH e ATP: moléculas energéticas produzidas durante a fase clara para serem usadas na produção de glicose na fase escura;
- Glicose: açúcar base para produção de celulose e amido das plantas.
Funções e importância da fotossíntese
A fotossíntese existe para produzir energia para a planta. Seja em forma de ATP ou de glicose, que podem ser armazenadas como amido ou usadas para produzir a celulose das paredes celulares.
Sua importância é enorme: além de ser o mecanismo pelo qual a maioria das formas de vida na Terra obtém energia, ela desempenha um papel essencial na redução do dióxido de carbono atmosférico e na produção de oxigênio, indispensável para a respiração de quase todos os seres vivos.
Assim, a fotossíntese não apenas sustenta as redes alimentares, como também ajuda a regular e manter o equilíbrio e a saúde do nosso ambiente global.
Onde ocorre a fotossíntese? Organelas e estruturas participantes
Nas plantas, a fotossíntese ocorre dentro de organelas conhecidas como cloroplastos, porém, em lugares diferentes na fase clara e na fase escura.
Essa organela é composta por duas camadas de membrana plasmática e estruturas internas chamadas tilacoides, que se parecem com fichas empilhadas e cujo conjunto se chama grana, imersas em uma matriz líquida conhecida como estroma.
A fotossíntese ocorre em duas etapas: fase clara e fase escura. Quando está na fase clara, ela se dá na membrana dos tilacoides; enquanto na fase escura, acontece no estroma.
O cloroplasto é uma organela que, geralmente, está nas folhas, mas, em algumas plantas, pode estar nos galhos e nos troncos, se eles receberem luz o suficiente.
Acredita-se que os cloroplastos já foram um ser procarionte (como as bactérias), mas outro ser heterótrofo o engoliu há milhares de anos.
No entanto, em vez de ser destruído, o ser procarionte começou a viver em endossimbiose, a ponto de não se tornar parte do heterótrofo que o consumiu. Essa é uma relação ecológica que ocorre quando um organismo vive no interior de outro.
Por fim, é importante explicar que a preparação para a fotossíntese começa um pouco antes desse momento, com a entrada de gás carbônico (CO2) e água pelos estômatos das folhas.
Os estômatos são células microscópicas que abrem um canal para dentro da folha. Nesse canal, os gases entram e água sai - ou seja, é por onde as plantas transpiram.
O CO2 e a água entram nas células do mesofilo das folhas, a água vai para dentro do tilacoide, onde é usado na fase clara, e o CO2 é capturado por enzimas RuBisCO e levado para o estroma, onde será usado na fase escura.
🌈 A fotossíntese começa quando a luz solar ativa os fotossistemas presentes na membrana dos tilacoides, e assim desencadeia todo o processo.
O que são fotossistemas?
Os fotossistemas ficam na membrana dos tilacoides, lembra deles? Essas estruturas estão presentes no interior do cloroplasto e são formadas por proteínas e pigmentos que captam energia luminosa.
Há dois tipos de fotossistemas, o I e II. A fotossíntese começa quando o fotossistema II (isso mesmo, o segundo atua primeiro) capta a luz e usa essa energia para quebrar as moléculas de água (fotólise).
Então, os elétrons liberados formam uma cadeia que os leva ao fotossistema I, onde esta cadeia de elétrons é usada para duas coisas: bombear próton (H+) para dentro do tilacoide, permitindo a criação de ATP pela ATP sintase, e transformar NADP+ em NADPH.
Os dois produtos dessa fase serão consumidos na fase escura da fotossíntese, onde ajudarão na fixação do carbono em carboidrato.
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Reações luminosas ou fase clara
As reações luminosas podem também ser chamadas de fase clara da fotossíntese, elas ocorrem na membrana dos tilacoides, com a participação dos fotossistemas.
Moléculas de clorofila e outros pigmentos dos fotossistemas absorvem a luz solar, especialmente nas regiões azuis e vermelhas do espectro eletromagnético, o que excita os elétrons desses pigmentos. Depois, tais elétrons se transferem para moléculas receptoras de elétrons no fotossistema II.
Essa energia no fotossistema II quebra moléculas de água (H2O), em um processo chamado fotólise, em oxigênio (O2), prótons (H+) e elétrons (e-). O oxigênio é liberado no ambiente, e os elétrons continuam na cadeia de elétrons até o fotossistema I.
No fotossistema I, uma molécula chamada NADP+ recebe os elétrons liberados e se transforma em NADPH, simultaneamente, impulsionando a produção de ATP por meio da enzima ATP sintase. Esse processo ocorre na membrana do tilacoide e recebe o nome de fosforilação oxidativa.
Essas duas moléculas produzidas, NADPH e ATP, vão para o estroma do cloroplasto onde serão consumidas na fase escura para fixar o carbono do CO2 em uma molécula orgânica.
Fixação do carbono ou fase escura
A fixação de carbono ocorre na fase escura, através de um processo chamado Ciclo de Calvin, e tem esse nome porque não precisa de luz ( mas ela pode ocorrer durante o dia, sim). Aqui, o carbono ajuda a produzir a glicose.
Vamos recaptular um pouco. Tudo começa com o CO2 entrando na célula (pelo estômato) e chegando ao estroma, região líquida que envolve os tilacoides dentro do cloroplasto. Ele é capturado por uma enzima chamada RuBisCO e incorporada em uma molécula de cinco carbonos, a RuBP.
O ATP e NADPH produzidos na fase clara vão do tilacoide para o estroma também, e quebram as moléculas intermediárias de RuBP em seis moléculas de PGA, reduzindo-as em PGAL, gliceraldeído 3-fosfato. Cinco dessas moléculas recomeçam o ciclo formando RuBP e a última participa da produção de glicose.
Veja o esquema abaixo:
A glicose formada pode ser armazenada na forma de amido, para ser usada depois em tempos de necessidade, ou ser transportada na forma de sacarose, e usada no crescimento e reprodução da planta.
Equação geral da fotossíntese
Quando se considera as duas fases da fotossíntese, é possível sintetizá-la em uma equação química:
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Resumo: fotossíntese
Vamos relembrar alguns pontos-chave para sobre esse sistema complexo?
- A fotossíntese produz energia para as plantas, substituindo a necessidade de obter alimento por meio da predação, fornecendo a energia que vai sustentar toda a cadeia alimentar;
- O processo reduz o CO2 atmosférico, ajudando a combater o efeito estufa;
- Além disso, produz oxigênio, essencial para a respiração de muitos seres vivos, mantendo o equilíbrio ambiental;
- O processo ocorre nos cloroplastos das plantas, com a fase clara nos tilacoides e a fase escura no estroma;
- Os fotossistemas são estruturas que absorvem energia luminosa e iniciam a fotossíntese. Elas estão presentes nas membranas dos tilacoides, que ficam nos cloroplastos;
- Existem dois tipos principais de fotossistemas, o fotossistema I e o fotossistema II;
- As reações luminosas (fase clara) ocorrem nos fotossistemas, onde pigmentos absorvem a luz solar, ativando a fotólise da água;
- Na fase escura, o CO2 é incorporado em moléculas de RuBP, utilizando ATP e NADPH para produzir moléculas de PGAL, essenciais para a formação de glicose, onde o carbono se fixa.
- A equação química da fotossíntese é: 6CO2 + 12H2O —-> 6O2 + C6H12O6 + 6H2O, que mostra a conversão de CO2 e H2O em O2 e glicose, impulsionada pela energia solar.
Como a fotossíntese cai no Enem e nos vestibulares?
A fotossíntese faz parte do segundo tema que mais aparece no Enem em Biologia - a botânica. As questões são contextualizadas, mas exigem que o candidato saiba as funções de cada componente do processo.
Exemplo 1
(ENEM PPL 2010) Um molusco, que vive no litoral oeste dos EUA, pode redefinir tudo o que se sabe sobre a divisão entre animais e vegetais. Isso porque o molusco (Elysia chlorotica) é um híbrido de bicho com planta. Cientistas americanos descobriram que o molusco conseguiu incorporar um gene das algas e, por isso, desenvolveu a capacidade de fazer fotossíntese. É o primeiro animal a se “alimentar” apenas de luz e CO2 , como as plantas.
GARATONI, B. Superinteressante. Edição 276, mar. 2010 (adaptado).
A capacidade de o molusco fazer fotossíntese deve estar associada ao fato de o gene incorporado permitir que ele passe a sintetizar:
a) clorofila, que utiliza a energia do carbono para produzir glicose.
b) citocromo, que utiliza a energia da água para formar oxigênio.
c) clorofila, que doa elétrons para converter gás carbônico em oxigênio.
d) citocromo, que doa elétrons da energia luminosa para produzir glicose.
e) clorofila, que transfere a energia da luz para compostos orgânicos.
Resposta: [E]
Os organismos clorofilados realizam a fotossíntese, que consiste na transformação da energia luminosa em energia química na forma de compostos orgânicos.
Nos vestibulares em geral, a cobrança tende a ser mais conteudista, ou seja, não é tão contextualizada, depende menos de interpretação e mais de saber os detalhes de cada etapa da fotossíntese.
Exemplo 2
(Unesp 2020) A tabela mostra os horários do nascer e do pôr do Sol na cidade de São Paulo, em quatro datas do ano de 2019.
| Data | Nascer do Sol | Pôr do Sol |
| 24 de março | 6h12 | 18h12 |
| 21 de junho | 6h48 | 17h27 |
| 19 de setembro | 6h00 | 18h00 |
| 22 de dezembro | 5h18 | 18h51 |
Em Macapá, única capital brasileira cortada pela linha do equador, o nascer e o pôr do Sol nessas quatro datas ocorrem em horários diferentes daqueles registrados para São Paulo.
Considere dois arbustos da mesma espécie, com o mesmo porte, em vasos de mesmo tamanho, mantidos à luz ambiente, em dia sem nebulosidade, sob condições adequadas de temperatura, nutrição e aporte hídrico, um deles na cidade de São Paulo e o outro na cidade de Macapá.
Com relação aos tempos de duração da fotossíntese e da respiração celular nesses dois arbustos, assinale a alternativa correta.
a) Em 21 de junho, a duração da fotossíntese no arbusto em São Paulo foi maior do que no arbusto em Macapá, mas a duração da respiração foi igual em ambos.
b) Nas quatro datas, a duração da fotossíntese e a duração da respiração são iguais em ambos os arbustos.
c) Em 21 de junho, a duração da respiração foi maior do que a duração da fotossíntese em ambos os arbustos, situação que se inverterá em 22 de dezembro.
d) Em 24 de março e em 19 de setembro, a duração da fotossíntese foi a mesma que a da respiração em ambos os arbustos.
e) Em 22 de dezembro, a duração da fotossíntese no arbusto em São Paulo será maior do que no arbusto em Macapá, mas a duração da respiração será igual em ambos.
Resposta: [E]
A duração da fotossíntese no arbusto em São Paulo, no dia 22 de dezembro, será maior do que no arbusto em Macapá, porém, a respiração celular será igual em ambas as capitais.
