Fotossíntese

Revise a fotossíntese nesta aula de Biologia para o Enem. Conheça as reações presentes na fase clara e na fase escura e os produtos resultantes de cada fase.

A fotossíntese é um processo metabólico essencial à vida na Terra. Mesmo que eu e você não façamos fotossíntese, somos totalmente dependentes dela. Isso porque é principalmente através da fotossíntese que a energia entra nas cadeias alimentares.

Os seres fotossintetizantes são as bases da esmagadora maioria de cadeias alimentares terrestres e aquáticas. Sendo assim, é imprescindível que você entenda como este processo ocorre para mandar bem em Biologia no Enem e nos vestibulares!

O que é fotossíntese?

fotossíntese ilustração
Imagem 1: Charge de Scott Hilburn sobre a fotossíntese. Na imagem vemos duas flores sentadas à mesa. A “flor mãe” fala para sua filha: “Você não vai sair da mesa enquanto não terminar sua fotossíntese”. A “flor filha” responde: “Mas, mãe…”.

 

“As plantas fazem fotossíntese para produzirem seu ‘próprio’ alimento.”

Com toda a certeza você já ouviu esta frase ao longo da sua vida escolar. Mas, o que ela significa? Significa que as células vegetais são capazes de realizar um processo metabólico autotrófico. Ou seja, um processo em que produzem “alimento” através de reações químicas em suas próprias células. Assim, eliminam a necessidade de ingerirem/absorverem matéria orgânica proveniente de outros seres vivos.

Na fotossíntese, estruturas presentes na célula convertem moléculas inorgânicas em compostos energéticos. Esses compostos energéticos são os carboidratos (ou açúcares), “o próprio alimento da planta”.

Além disso, neste processo metabólico ocorre a formação de gás oxigênio. Como você sabe, o oxigênio é um gás utilizado pela maioria dos seres vivos (seres aeróbios) durante o processo de respiração celular.

Clorofila

Você com certeza já deve saber também que a cor verde das plantas se deve à clorofila. Este pigmento é uma molécula que é capaz de absorver a energia luminosa para que ela seja utilizada na fotossíntese.

Como você verá a seguir, através desse processo, a planta conseguirá transformar a energia luminosa em energia química, que será armazenada nas moléculas de carboidratos. Nas células vegetais, a clorofila se encontra no interior de organelas especiais chamadas de cloroplastos.

cloroplasto e fotossíntese
Imagem 2: Na imagem acima vemos um esquema demonstrando as diferentes partes do cloroplasto (à esquerda). Podemos observar também a fotomicrografia (à esquerda) feita a partir de um microscópio eletrônico de transmissão. Nessa fotografia conseguimos ver de maneira bem clara as pilhas de tilacoides no interior dos cloroplastos.

 

Equação geral

A fotossíntese geralmente é representada pela seguinte equação:

equação da fotossíntese
Imagem 3: Equação da fotossíntese – 6 CO2 + 6 H20 (LUZ) 🡪 C6H1206 + 6 O2

 

Como você pode ver através da equação geral, durante a fotossíntese há a formação de glicose (carboidrato, substância energética) e de oxigênio. A produção da glicose (uma cadeia carbônica de 6 carbonos) se dá pela união de átomos de carbono presentes no CO2 através da energia luminosa.  

Mas, de onde vêm os átomos de oxigênio que formam a molécula de gás oxigênio? Da água ou do gás carbônico? Para descobrirmos isso, podemos fornecer à planta essas substâncias com diferentes isótopos de oxigênio:  água com oxigênio 18 (Isótopo O18) e gás carbônico com o isótopo de oxigênio mais comum (O16).

Com isso, iremos perceber que todas as moléculas de gás oxigênio formadas durante a fotossíntese são constituídas de isótopos 18. Dessa maneira, podemos concluir que a fonte do oxigênio é exclusivamente a água.

Pela equação, podemos ver que se formam 6 moléculas de oxigênio. Essas 6 moléculas irão totalizar 12 átomos de oxigênio no produto provenientes da água. Mas, como você pode observar, nos reagentes temos apenas 6 átomos de oxigênio presentes nas 6 moléculas de água.

Isso acontece porque, na verdade, é gasto um maior número de moléculas de água durante todo o processo da fotossíntese. São utilizadas 12 moléculas de água no total. E, no fim, formam-se novas moléculas de água a partir do gás carbônico. Dessa maneira, uma equação geral da fotossíntese mais coerente com o processo geral seria a seguinte:

equação geral fotossíntese
Imagem 4: Equação geral completa da fotossíntese: 6 CO2 + 12 H20 (LUZ) 🡪 C6H1206 + 6 H20 + 6 O2

 

Fases da fotossíntese

A fotossíntese é realizada em duas fases: a fase clara e a fase escura. A fase clara ocorre dentro dos cloroplastos, nos tilacoides. Já a fase escura ocorre no estroma dos cloroplastos. Veja a seguir os principais eventos de cada fase:

Fase clara

A fase clara da fotossíntese é também chamada de fase luminosa ou fase fotoquímica. É assim chamada pois depende diretamente da luz para acontecer.

No interior dos tilacoides encontramos o pigmento responsável por esta etapa da fotossíntese: a clorofila. A clorofila está associada à várias proteínas e outros pigmentos, de outras cores. Estes outros pigmentos são capazes de absorver outras faixas de luminosidade (comprimentos de onda diferentes).

Isso aumenta a o aproveitamento da energia luminosa presente no ambiente, uma vez que absorve partes da luz que a clorofila não consegue absorver.

Esse conjunto de pigmentos encontrados no interior dos cloroplastos é chamado de fotossistema. Ele será o encarregado de absorver a energia luminosa e transformá-la em energia química. Essa energia química será um dos “ingredientes” necessários para a fazer a ligação entre átomos e formar as moléculas de glicose.

Quando recebem a energia luminosa, os elétrons que estão nos últimos níveis de energia dos átomos presentes no fotossistema irão ficar muito agitados. Isso fará com que estes elétrons se desprendam de seus átomos de origem. A partir disso, eles podem tomar dois caminhos distintos:

  • Transporte cíclico: Nesta etapa da fotossíntese, os elétrons que se desprenderam das moléculas de pigmentos (como a clorofila), passam por diversos transportadores. Isso faz com que seja liberada energia que será utilizada na produção de ATP. Quando esses elétrons voltam a ter a sua quantidade de energia original (antes da excitação luminosa), eles voltam para o pigmento de onde saíram. Sendo assim, essa produção de ATP (as moedas energéticas das células) é chamada de fotofosforilação. Pois, a energia luminosa é utilizada para aderir um fosfato (fosforilação) às moléculas de ADPs (adenosina difosfato), formando ATPs (adenosina trifosfato).
  • Transporte acíclico e fotólise da água: Neste tipo de transporte de elétrons, ocorrerá a participação de dois fotossistemas e a utilização de moléculas de água. Neste processo, a água é quebrada através do processo de fotólise (quebra através da luz). Isso irá liberar íons de hidrogênio (H+), oxigênio (que, como você já viu, irá formar as moléculas de gás oxigênios) e elétrons livres.

Os íons H+ e os elétrons liberados são utilizados ao longo de um transporte acíclico. Esse transporte é assim chamado porque os elétrons não voltam para o fotossistema original.

Como você já sabe, neste transporte de elétrons temos dois fotossistemas envolvidos, que chamaremos de Fotossistema I e Fotossistema II. O fotossistema II será o responsável por capturar a energia luminosa, fazendo com que seus pigmentos percam elétrons (que ficam muito “agitados” e escapam dos últimos níveis de energia de seus átomos). Os elétrons liberados serão transportados por vários compostos até serem capturados pelo fotossistema I.

Ao longo desta cadeia transportadora de elétrons, essas partículas vão perdendo energia, assim como o que ocorre no transporte cíclico. Essa energia é então utilizada para transportar íons H+ para dentro dos tilacoides. Esses íons passam para a membrana interna dos tilacóides através de um complexo de proteínas transmembrana chamadas de ATPsintase. Nessas proteínas ocorrerá a fotosforilação, culminando na produção de ATP.

Assim, os elétrons recebidos pelo fotossistema I serão capturados por moléculas transportadoras de elétrons: as NADPs. Ao ganharem elétrons, os NADPs reagem com íons H+ (provenientes da quebra da água), formando moléculas de NADPH.

Dessa maneira, como você pode perceber, neste tipo de transporte os elétrons não retornam para a clorofila de origem como no transporte cíclico. Assim, para reiniciar o ciclo, o fotossistema II recebe elétrons provenientes da quebra da água.

fase clara fotossíntese
Imagem 5: Esquema resumindo o transporte acíclico da fase clara da fotossíntese.

 

Fase escura

A fase escura da fotossíntese é também chamada de Ciclo de Calvin, em homenagem ao cientista Melvin Calvin (1911-1997) que o descreveu. Esta fase ganha o nome de “escura” porque ocorre sem a utilização da luz. Porém, não se engane! Apesar de não ter ação direta da luz, o clico de Calvin é dependente da luz.

Isso porque este ciclo só ocorre se tiver os produtos resultantes da fase clara da fotossíntese. Além disso, ele ocorre concomitantemente à fase clara e não apenas durante a noite, como algumas pessoas costumam relacionar.

Esta fase da fotossíntese ocorre no estroma dos cloroplastos. É nessa fase da fotossíntese que serão formadas as moléculas de glicose. Por isso, dizemos que é na fase escura que ocorrerá a fixação do carbono.

Nesse processo, o carbono que estava nas moléculas de gás carbônico (capturados do ar através dos estômatos presentes principalmente nas folhas das plantas) será utilizado como “pecinha” para formar a cadeia carbônica da glicose.

Ciclo de Calvin

Para a construção de uma molécula de glicose (cadeia carbônica de 6 carbonos), são utilizadas 6 moléculas de gás carbônico. Essas moléculas se ligam a seis diferentes moléculas de um comporto carbônico chamado de ribulose difosfato ou ribulose bifosfato, os RuBP. Esses compostos irão funcionar como um tipo de meio de transporte para o carbono no estroma dos cloroplastos.

A ligação entre os carbonos provenientes do CO2 e os RuBPs será feita por uma enzima chamada de ribulose bifosfato carboxilase, ou RuBisCo. Essa ligação faz com que se desencadeie uma série de reações químicas que irão formar diversos compostos intermediários de carbono.

A energia necessária para unir os átomos nessas ligações químicas vêm justamente dos produtos da fase clara da fotossíntese. Doze moléculas de ATPs irão fornecer a energia necessária para essas reações. Já as 12 moléculas de NAPHs irão fornecer os elétrons necessários.

Como você acabou de ver, da junção entre as RuBP com os carbonos, serão formados compostos de seis carbonos. Essas moléculas de carbono são rapidamente quebradas, formando substâncias de 3 carbonos cada e um grupamento de fosfato (PGA). Os PGAs serão, então fosforilados e reduzidos, através do uso de 12 moléculas de ATPs. Isso resultará na formação de compostos de 3 carbonos com dois grupamentos fosfato, que são chamados de PGAL.

As moléculas de PGAL (10 delas) serão em seguida desfosforiladas (perderão seus fosfatos), reconstituindo as RuBP para o estroma e produzindo 6 ATPs. As  2 moléculas de PGAL que sobraram serão utilizadas para a produção de uma molécula de glicose.

Complicado? Realmente é um pouco difícil, pois são muitas substâncias envolvidas no processo da fotossíntese. Porém, é muito difícil que o Enem e os vestibulares cobrem nomes específicos dentro da fotossíntese. O mais comum é que sejam cobrados funções e características gerais de cada fase da fotossíntese.

Mas, para te dar uma ajudinha nessa fase, veja a imagem a seguir. Ela contém um resumo esquemático da fase escura da fotossíntese.

resumo da fotossíntese

Agora, para finalizar sua revisão, veja esta videoaula do professor Samuel Costa: 

Teste o que você aprendeu resolvendo os exercícios que selecionei para você:

Questão 01 – (IFMT/2019)    

Todos os seres vivos necessitam de energia para manter seu metabolismo, crescer e se reproduzir. A energia para os processos vitais é proveniente da degradação de moléculas orgânicas de elevado potencial energético, como glicídios, lipídeos e proteínas. As plantas sintetizam moléculas orgânicas que elas próprias sintetizam por meio da fotossíntese, sendo, portanto, seres autotróficos.

(Amabis e Martho. Biologia Moderna vol. 2 – 1ª ed. Ed. Moderna. Pg. 106-108. 2016/)

Com relação à fotossíntese, analise as alternativas e marque a única assertiva com todas informações corretas:

a) A fotossíntese é um processo físico-químico realizado pelos seres vivos clorofilados, que convertem oxigênio e água em glicose e dióxido de carbono, liberando energia para as plantas na forma de carboidratos.

b) A fotossíntese é uma reação que produz energia química, convertendo a energia de ligação dos compostos inorgânicos oxidados, sendo a energia química liberada empregada na produção de compostos orgânicos, dióxido de carbono (CO2) e água (H20).

c) A fotossíntese pode ser resumida na seguinte equação química: 6O2 + 6 H20 + calor -><- C6H1206 + 12CO2. O catalisador dessa reação é a clorofila, ou seja, ela não se desgasta e nem é consumida, apenas ativa a reação.

d) A fotossíntese, como o próprio nome indica, é a síntese de fótons a partir de água e oxigênio (O2), liberando lipídeos e dióxido de carbono (CO2). Os lipídeos são armazenados pela planta na forma de amido.

e) Fotossíntese é um processo físico-químico realizado por organismos fotossintetizantes, que utilizam dióxido de carbono (CO2) e água (H2O) para obter moléculas orgânicas através da energia da luz solar.

 

Questão 02 – (Mackenzie SP/2019)    

O esquema abaixo resume de forma sucinta as etapas clara e escura da fotossíntese no interior de um cloroplasto.

fases clara e escura fotossíntese

Em relação ao processo esquematizado, é correto afirmar que

a) a substância liberada em IV é o oxigênio.

b) a substância liberada em II é a água.

c) os átomos de carbono e hidrogênio, presentes na glicose, originam-se das substâncias III e I, respectivamente.

d) ocorrem, no estroma, a fotólise da água (III) e as fotofosforilações cíclica e acíclica (IV).

e) a substância utilizada em I é o dióxido de carbono.

Questão 03 – (UNIRG TO/2019)    

A fotossíntese é um processo que permite a incorporação de energia por moléculas orgânicas, e é responsável pela manutenção da vida, garantindo o sustento da grande biodiversidade em nosso planeta. O oxigênio liberado durante o processo de fotossíntese provém principalmente da (marque a alternativa correta):

a) Respiração;

b) Molécula de CO2;

c) Molécula de clorofila;

d) Molécula de água.

GABARITO:  

1) Gab: E

2) Gab: C

3) Gab: D

 

Sobre o(a) autor(a):

Juliana é bióloga formada pela Universidade Federal de Santa Catarina e cursa o Mestrado em Educação na mesma instituição. Ministra aulas de Ciências e Biologia em escolas da Grande Florianópolis desde 2007 e é coordenadora pedagógica do Blog do Enem.