Fotossíntese

A fotossíntese é um processo fotoquímico que consiste na produção de energia através da luz solar e fixação de carbono proveniente da atmosfera.

Ela pode ser resumida como o processo de transformação da energia luminosa em energia química. O termo fotossíntese tem como significado síntese pela luz.

As plantas, algas, cianobactérias e algumas bactérias realizam fotossíntese e são denominados seres clorofilados, isso porque apresentam um pigmento essencial para o processo, a clorofila.

A fotossíntese é o processo básico de transformação de energia na biosfera. Ela sustenta a base da cadeia alimentar, em que a alimentação de substâncias orgânicas proporcionadas pelas plantas verdes produzirá o alimento para os seres heterótrofos.

Assim, a fotossíntese tem sua importância baseada em três principais fatores:

• Promove a captura do CO2 atmosférico;
• Realiza a renovação do O2 atmosférico;
• Conduz o fluxo de matéria e energia nos ecossistemas.

Processo de fotossíntese

Representação do processo de fotossíntese

A fotossíntese é um processo que ocorre no interior da célula vegetal, a partir do CO2(dióxido de carbono) e H2O (água), como forma de produzir glicose.

Em resumo, podemos esclarecer o processo de fotossíntese da seguinte forma:

A H2O e o CO2 são as substâncias necessárias para realização da fotossíntese. As moléculas de clorofila absorvem a luz solar e quebram a H2O, liberando O2 e hidrogênio. O hidrogênio une-se ao CO2 e forma a glicose.

Esse processo resulta na equação geral da fotossíntese, a qual representa uma reação de oxidação-redução. A H2O doa elétrons, como o hidrogênio, para a reduzir o CO2 até formar os carboidratos na forma de glicose (C6H12O6):

A clorofila é pigmento responsável pela coloração verde dos vegetais

A fotossíntese ocorre nos cloroplastos, uma organela presente apenas nas células vegetais, e onde é encontrado o pigmento clorofila, responsável pela cor verde dos vegetais.

Os pigmentos podem ser definidos como qualquer tipo de substância capaz de absorver luz. A clorofila é o pigmento mais importante dos vegetais para a absorção da energia dos fótons durante a fotossíntese. Outros pigmentos também participam do processo, como os carotenoides e as ficobilinas.

A luz solar absorvida apresenta duas funções básicas no processo de fotossíntese:

• Impulsionar a transferência de elétrons através de compostos que doam e aceitam elétrons.
• Gerar um gradiente de prótons necessário para síntese da ATP (Adenosina Trifosfato - energia).

Porém, o processo fotossintético é mais detalhado e ocorre em duas etapas, como veremos a seguir.

Etapas

A fotossíntese é dividida em duas etapas: a fase clara e a fase escura.

Fase clara

A fase clara, fotoquímica ou luminosa, como o próprio nome define, são reações que ocorrem apenas na presença de luz e acontecem nas lamelas dos tilacoides do cloroplasto.

A absorção de luz solar e a transferência de elétrons ocorre através dos fotossistemas, que são conjuntos de proteínas, pigmentos e transportadores de elétrons, os quais formam uma estrutura nas membranas dos tilacoides do cloroplasto.

Existem dois tipos de fotossistemas, cada um com cerca de 300 moléculas de clorofila:

• Fotossistema I: Contém um centro de reação P700 e absorve preferencialmente a luz de comprimento de onda de 700 nm.
• Fotossistema II: Contém um centro de reação P680 e absorve a luz preferencialmente de comprimento de onda em 680 nm.

Os dois fotossistemas estão ligados por uma cadeia transportadora de elétrons e atuam de forma independente, mas complementar.

Dois processos importantes acontecem nessa fase: a fotofosforilação e a fotólise da água.

Os fotossistemas são responsáveis pela absorção de luz e transporte de elétrons para a produção de energia

Fotofosforilação

A fotofosforilação é basicamente a adição de um P (fósforo) ao ADP (Adenosina difosfato), resultando na formação de ATP.

No momento em que um fóton de luz é capturado pelas moléculas antenas dos fotossistemas, a sua energia é transferida para os centros de reação, onde é encontrada a clorofila. Quando o fóton atinge a clorofila, ela torna-se energizada e libera elétrons que passaram por diferentes aceptores e formaram, juntamente com H2O, o ATP e NADPH.

A fotofosforilação pode ser de dois tipos:

• Fotofosforilação acíclica: Os elétrons que foram liberam pela clorofila não retornam para ela e sim para a do outro fotossistema. Produz ATP e NADPH.
• Fotofosforilação cíclica: Os elétrons retornam para a mesma clorofila que os liberou. Forma apenas ATP.

Fotólise da água

A fotólise da água consiste na quebra da molécula de água pela energia da luz do Sol. Os elétrons liberados no processo são usados para substituir os elétrons perdidos pela clorofila no fotossistema II e para produzir o oxigênio que respiramos.

A equação geral da fotólise ou reação de Hill é descrita da seguinte forma:

Assim, a molécula de água é a doadora final de elétrons. O ATP e NADPH formados serão aproveitados para a síntese de carboidratos, a partir de CO2. Porém, isso acontecerá na etapa seguinte, a fase escura.

Fase escura

A fase escura, ciclo das pentoses ou ciclo de Calvin pode ocorrer na ausência e presença de luz e acontece no estroma do cloroplasto. Durante essa fase, a glicose será formada a partir de CO2. Assim, enquanto a fase luminosa fornece energia, na fase escura acontece a fixação do carbono.

No início do ciclo de Calvin, seis moléculas de gás carbônico (CO2) se ligam a seis diferentes moléculas de um composto de cinco carbonos chamado de ribulose difosfato ou ribulose bifosfato (RuBP), que irá funcionar como uma espécie de “suporte” para o transporte do carbono proveniente do gás carbônico no estroma do cloroplasto.

Essa ligação é proporcionada por uma enzima chamada de RuBisCo (ribulose bifosfato carboxilase). A partir dessa ligação, desencadeia-se um ciclo de várias reações químicas em que diversos compostos intermediários de carbono são formados.

A energia necessária para a realização dessas ligações químicas que formam estas cadeias carbônicas intermediárias vem da fase clara da fotossíntese (um total de 12 ATPs que fornecerão energia e 12 NADPHque irão fornecer os elétrons). Da união de um carbono com cada molécula de RuBP, irá ser formado um composto de seis carbonos.

Estas moléculas de seis carbonos logo são quebradas, formando compostos com apenas três carbonos e um grupamento fosfato (PGA). Os PGAs serão fosforilados e reduzidos através da utilização de 12 moléculas de ATP, formando compostos de 3 carbonos e dois grupamentos fosfato – o PGAL.

Dez dessas moléculas de PGAL serão “desfosforiladas” (perderão seus grupamentos fosfatos), reconstituindo as RuBP para o ciclo e formando 6 ATPs. As duas moléculas PGAL restantes serão utilizadas para a produção de uma molécula de glicose.

Veja o Esquema demonstrando as transformações do carbono ao longo do ciclo de Calvin (fase escura da fotossíntese).

A glicose formada poderá ser oxidada e utilizada como fonte de energia na respiração celular, pode acumular-se na forma de amido ou ainda transformada em celulose que será incorporada à paredes celulares.

Confira um resumo de como ocorre o ciclo de Calvin:

1. Fixação do Carbono

• A cada volta do ciclo, uma molécula de CO2 é adicionada. Porém, são necessárias seis voltas completas para produzir duas moléculas de gliceraldeído 3-fosfato e uma molécula de glicose.
• Seis moléculas de ribulose difosfato (RuDP), com cinco carbonos, unem-se a seis moléculas de CO2, produzindo 12 moléculas de ácido fosfoglicérico (PGA), com três carbonos.

2. Produção de compostos orgânicos

• As 12 moléculas de ácido fosfoglicérico (PGAL) são reduzidas a 12 moléculas de aldeído fosfoglicérico.

3. Regeneração da ribulose difosfato

• Das 12 moléculas de aldeído fosfoglicérico, 10 combinam-se entre si e formam 6 moléculas de RuDP.
• As duas moléculas de aldeído fosfoglicérico que sobraram servem para dar início a síntese de amido e outros componentes celulares.

A glicose produzida ao final da fotossíntese é quebrada e a energia liberada permite a realização do metabolismo celular. O processo de quebra da glicose é a respiração celular.

Quimiossíntese

Ao contrário da fotossíntese que necessita de luz para ocorrer, a quimiossíntese acontece na ausência de luz. Ela consiste na produção de matéria orgânica a partir de substâncias minerais.

É um processo realizado apenas por bactérias autotróficas para obtenção de energia.

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Exercícios

Agora que você já sabe tudo sobre a fase escura da fotossíntese, que tal testar os seus conhecimentos?

01 – (PUC SP/2013)   Nos ecossistemas, o carbono é incorporado por organismos fotossintetizantes para a síntese de compostos orgânicos, que podem ser utilizados

a) apenas por organismos consumidores no processo de respiração celular, sendo o carbono devolvido ao ambiente na forma de CO2.

b) apenas por organismos clorofilados no processo de respiração celular, a partir do qual o carbono não é devolvido ao ambiente.

c) apenas por organismos anaeróbicos no processo de fermentação, sendo o carbono devolvido ao ambiente na forma de CO2.

d) por organismos clorofilados e por animais no processo de respiração celular, a partir do qual o carbono não é devolvido ao ambiente.

e) por organismos clorofilados, por animais e por decompositores, sendo o carbono devolvido ao ambiente na forma de CO2.

Gab: E

02 – (UFU MG/2013)   A fotossíntese das plantas pode ser dividida em quatro etapas: absorção de luz, transporte de elétrons, produção de ATP e fixação de carbono.

Sobre essas etapas da fotossíntese, marque, para as afirmativas abaixo, (V) Verdadeira, (F) Falsa ou (SO) Sem Opção.

1. A fotossíntese tem início com a absorção de energia luminosa por moléculas de clorofila presentes na membrana tilacoide do cloroplasto.
2. Os elétrons da clorofila, ao serem excitados pela luz, saem da clorofila e são capturados por uma substância aceptora de elétrons (aceptor Q), que os transfere para outro aceptor e assim por diante, estabelecendo-se uma cadeia transportadora de elétrons.
3. A energia que os elétrons liberam, ao passarem pelas cadeias transportadoras, bombeia íons H+ do estroma do cloroplasto para o lúmen do tilacoide, produzindo ATP.
4. O NADPH e o ATP produzidos nas etapas iniciais da fotossíntese fornecem, respectivamente, energia e hidrogênios, para a produção de glicídios a partir do gás carbônico, exclusivamente na presença de luz solar.

Gab: VVVF

03 – (UNIUBE MG/2013)   A figura abaixo ilustra o processo conhecido como “fase escura” da fotossíntese, também conhecido como Ciclo de Calvin. Analise-a e, juntamente com os conhecimentos sobre o assunto, assinale a alternativa que contenha todas as afirmações CORRETAS.

Fonte: LINHARES, Sérgio & GEWANDSZNAJDER, Fernando.
Biologia Hoje. v. I. 2000. São Paulo: Ed. Ática, p. 182.

I. A realização da “fase escura” da fotossíntese independe totalmente das reações da “fase clara” da fotossíntese.

II. A cada rodada do Ciclo de Calvin, 3 moléculas de CO2 se unem entre si para formar um composto de 3 carbonos que irá gerar glicose.

III.   A molécula de 6 carbonos formada na primeira reação do Ciclo de Calvin será quebrada em 2 moléculas de 3 carbonos cada uma, para dar prosseguimento ao ciclo.

IV. Pode-se dizer que, para formar uma molécula de glicose, o Ciclo de Calvin deve “rodar” duas vezes, cada uma delas utilizando 3 moléculas de CO2.

Estão CORRETAS as afirmações contidas em:

a) I e II, apenas

b) I e IV, apenas

c) II e III, apenas

d) III e IV, apenas

e) II, III e IV, apenas

Gab: D

04 – (PUC RJ/2013)   A fotossíntese é um processo complexo que ocorre em duas fases: fase luminosa e Ciclo de Calvin.

Sobre as duas etapas da fotossíntese, foram feitas as seguintes afirmativas:

I. Na fase luminosa, ocorre a conversão da energia solar em energia química.

II. Na fase luminosa, ocorre liberação de oxigênio, produção de NADPH e consumo de ATP.

III.   No Ciclo de Calvin, o CO2 atmosférico é incorporado em moléculas orgânicas do cloroplasto.

IV. O Ciclo de Calvin necessita indiretamente da luz, pois a produção de açúcar depende do ATP e NADPH produzidos na fase luminosa.

Estão corretas:

a) Somente I, II e III.

b) Somente II, III e IV.

c) Somente I, III e IV.

d) Somente I, II e IV.

e) Todas as afirmativas.

Gab: C

05 – (ACAFE SC/2012)   A vida na Terra depende, em última análise, da energia proveniente do sol. A fotossíntese é o único processo de importância biológica que pode aproveitar essa energia, sendo responsável pela produção de grande parte dos recursos genéticos do planeta.

Sobre o tema é correto afirmar, exceto:

a) As reações dependentes de luz ocorrem na membrana dos tilacóides e as reações independentes de luz ocorrem no estroma do cloroplasto, sendo também fundamental a presença de luz para que seja mantido um pH alcalino e ocorra a ativação da enzima Rubisco na etapa de carboxilação da fotossíntese.

b) Plantas C3 e C4 não diferem nas etapas da fotossíntese, mas apresentam especificidades em relação aos fatores limitantes água, nutrientes e luz.

c) O ATP e o NADPH2 produzidos na fase dependente de luz são utilizados na fase independente de luz, no Ciclo de Calvin, para a síntese de carboidrato a partir do CO2.

d) Na fase dependente de luz a água é oxidada, com a liberação de gás oxigênio para o meio e os prótons e elétrons de hidrogênio contribuem para o potencial eletroquímico que irá operar na formação de ATP e NADPH2.

Gab: B

06 – (UEFS BA/2012)   O esquema ilustra, de forma simplificada, as etapas do processo de fotossíntese presente nas células vegetais.

AMABIS, José Mariano & MARTHO, Gilberto.
Biologia: Suplemento de revisão. Moderna Plus. São Paulo: Moderna, 2009, p. 15.

Com base na análise da ilustração e nos conhecimentos atuais a respeito dos processos bioenergéticos, é correto afirmar:

a) A fotofosforilação é uma reação dependente da enzima ATPsintase presente nas estruturas membranosas dos tilacoides, que favorece uma intensa produção de moléculas de ATP.

b) O ATP, NADPH e O2 são os produtos da etapa fotoquímica que serão utilizados como reagentes para a ocorrência da etapa química ou enzimática.

c) A etapa fotoquímica é responsável na conversão da energia luminosa em energia química, ao produzir moléculas orgânicas de glicose.

d) A etapa fotoquímica da fotossíntese ocorre exclusivamente durante a exposição da planta à luz solar, enquanto a etapa química ocorre preferencialmente durante a noite.

e) A etapa química se caracteriza pela oxidação completa da molécula de glicose até a formação das moléculas de dióxido de carbono.

Gab: A

07 – (UFT/2012)   O conceito de sequestro de carbono abrange mecanismos de absorção e transformação do gás carbônico atmosférico, através da fotossíntese, em estoques de carbono na biomassa terrestre. Nesse processo, as reações responsáveis pela fixação do carbono durante a fotossíntese ocorrem:

a) Na fase de Fotofosforilação.

b) Durante a fotólise da água.

c) No ciclo das pentoses.

d) Durante as reações de Hill.

e) Nos complexos de antena.

Gab: C

08 – (UNESP SP/2011)   Em comemoração aos cinco séculos do descobrimento do País, em 21 de setembro de 2000 foi inaugurado no Horto Florestal da cidade de São Paulo o Arboreto 500 anos. No local foram plantadas 500 mudas de 24 espécies de árvores nativas do Brasil.

Em 2008, aos 8 anos, a área possuía exemplares com altura de até 26 metros, como o mutambo e o ingá. Nesse ano, os organizadores do Arboreto 500 anos resolveram calcular o sequestro de CO2 pelas árvores plantadas. Para isso, calcularam o volume dos troncos, ramos, raízes e densidade da madeira das árvores do local.

Estimaram que, em oito anos, o Arboreto absorveu 60 toneladas de CO2.

Contudo, os pesquisadores acreditam que este número esteja subestimado, pois, ao longo dos oito anos de crescimento das árvores, o total de carbono sequestrado teria sido maior que aquele presente quando do cálculo do volume dos troncos, ramos e raízes. Outro importante fator deveria ter sido considerado.

Arboreto 500 anos, Parque Estadual Alberto Löfgren (Horto Florestal),
São Paulo. (www.abjica.org.br)

Que processo fisiológico permitiu às árvores o acúmulo de 60 toneladas de carbono e que fator deveria ter sido considerado no cômputo do total de carbono sequestrado pelas árvores do Arboreto ao longo dos oito anos? Justifique suas respostas.

Gabarito:

O processo fisiológico que permitiu às árvores a absorção de 60 toneladas de gás carbônico (CO2) ao longo desses oito anos foi a fotossíntese. O principal fator que deveria ter sido considerado no cômputo do total de carbono sequestrado pelas árvores é a respiração celular. Devemos considerar, ainda, que ao longo desse período houve a produção de flores, frutos e sementes, somada à queda de ramos e folhas, que certamente também eram dotados da matéria orgânica produzida pela fotossíntese. Tais estruturas foram perdidas, portanto não puderam ser consideradas.

TEXTO: 1 – Comum à questão: 9

Toda vez que expiramos, damos partida no automóvel, acendemos uma lâmpada, ou fazemos qualquer coisa, lançamos dióxido de carbono na atmosfera. O carvão, o petróleo e o gás natural que movimentam a economia dos países industrializados contêm todos eles carbono incorporado a plantas há centenas de milhões de anos, e esse carbono agora está voltando à atmosfera através das chaminés, dos canos de escapamento e das queimadas. O CO2 é o principal, dentre os diversos gases gerados por atividade humana, que aumenta a capacidade da atmosfera em reter calor. O metano emitido por rebanhos de gado e aterros sanitários, assim como os clorofluorcarbonos, CFCs, usados em alguns modelos de geladeira e aparelho de ar condicionado, são outros desses gases.

Por ano, a humanidade despeja na atmosfera cerca de 9 bilhões de toneladas de carbono. Desse total, 88% vêm da queima de combustíveis fósseis e da fabricação de cimento. O resto é de reflorestamento. No entanto, menos da metade dessa emissão bruta permanece na atmosfera e contribui para o aquecimento do Planeta. A estação de pesquisa na floresta Harvard, no estado de Massachusetts, não é o único local em que a natureza está respirando fundo. Pois são as florestas, os campos e os oceanos que funcionam como sorvedouros de carbono. Eles reabsorvem metade de CO2 que emitimos, freando o seu acúmulo na atmosfera e adiando os efeitos no clima. (APPENZELLER, 2011, p. 44-47 – APPENZELLER, Tim. O ciclo da vida. National Geographic, Edição Especial, out. 2011).

09 – (Unifacs BA/2013)   A incorporação de carbono pelas plantas ocorreu no passado remoto e ainda ocorre por um processo

01. bioenergético em que moléculas de CO2 são quebradas e as de O2 liberadas para a atmosfera.

02. fotoquímico que converte energia luminosa em energia química, contida nos carboidratos.

03. respiratório, realizado nas mitocôndrias que atuam como sorvedouros de carbono.

04. anaeróbico, dependente de enzimas que catalisam a fermentação de açúcares.

05. quimiossintético, transformador de glicose em oxigênio e moléculas de ATP.

Gab: 02

Fonte: https://www.todamateria.com.br/fotossintese/

https://blogdoenem.com.br/biologia-enem-revise-a-fase-escura-ciclo-de-calvin-da-fotossintese-post-3/