Resumo de fotossíntese
Por Nara Siqueira 9 min de leitura
Em 30 segundos
Fotossíntese é o processo em que a planta usa a energia da luz para transformar gás carbônico e água em matéria orgânica, liberando oxigênio. Acontece em duas etapas, em lugares diferentes do cloroplasto. Na membrana do tilacoide, a luz excita elétrons da clorofila e provoca a quebra da molécula de água; daí saem o oxigênio liberado para o ambiente e as moléculas de ATP e NADPH, que guardam energia e poder redutor. No estroma, o ciclo de Calvin usa esse ATP e esse NADPH para fixar o gás carbônico e montar açúcar. A luz, portanto, não fabrica o açúcar diretamente: ela fabrica a energia que permite fabricá-lo.
O problema que a planta precisa resolver
Para construir folha, caule, raiz e semente, um vegetal precisa de carbono. Esse carbono está disponível no ar, na forma de gás carbônico, mas em um estado muito estável: está em um nível de energia baixo, e transformá-lo em açúcar exige colocar energia dentro dele.
A fotossíntese é a solução: capturar energia luminosa, convertê-la em energia química transportável e usar essa energia química para montar moléculas orgânicas a partir do gás carbônico.
Entender isso na ordem certa evita quase todos os erros clássicos. A luz não vira açúcar. A luz vira energia utilizável, e essa energia é gasta em outro lugar para montar o açúcar.
Onde acontece
O cloroplasto é uma organela com duas membranas externas e, dentro dela, um sistema de sacos membranosos achatados chamados tilacoides, empilhados em estruturas chamadas granum. O espaço fluido em volta desses sacos é o estroma.
Essa arquitetura não é detalhe: cada etapa exige condições diferentes.
- A primeira etapa precisa de uma membrana onde ficam ancorados os pigmentos e as proteínas transportadoras de elétrons, e onde é possível acumular prótons de um lado só. Daí o tilacoide.
- A segunda etapa precisa de um meio aquoso com enzimas dissolvidas. Daí o estroma.
Etapa 1: fase fotoquímica
Acontece na membrana do tilacoide e depende diretamente da luz.
- Absorção de luz. Os pigmentos, sobretudo a clorofila a, absorvem fótons. A clorofila absorve bem nas faixas do azul e do vermelho e reflete o verde, razão pela qual as folhas parecem verdes.
- Excitação de elétrons. A energia absorvida promove elétrons da clorofila a um nível energético mais alto. Esses elétrons são capturados por uma cadeia transportadora de elétrons.
- Fotólise da água. A clorofila que perdeu elétrons precisa repô-los. A reposição vem da quebra da água, que libera elétrons, prótons e oxigênio. Esse oxigênio é o que sai pelos estômatos para a atmosfera.
- Produção de ATP e NADPH. Ao percorrer a cadeia transportadora, os elétrons liberam energia que é usada para bombear prótons para dentro do tilacoide. O retorno desses prótons através da enzima ATP sintase produz ATP. No final da cadeia, os elétrons reduzem o NADP, formando NADPH.
Saldo da etapa: entram luz e água; saem oxigênio, ATP e NADPH.
Etapa 2: ciclo de Calvin
Acontece no estroma e não usa luz diretamente.
- Fixação. A enzima rubisco liga o gás carbônico a um açúcar de cinco carbonos, a ribulose bifosfato. O composto instável resultante se parte em duas moléculas de três carbonos.
- Redução. Usando o ATP e o NADPH vindos da etapa anterior, essas moléculas são reduzidas a gliceraldeído fosfato, que é o produto de fato exportado.
- Regeneração. Parte do gliceraldeído fosfato é reinvestida para reconstruir a ribulose bifosfato, permitindo que o ciclo continue.
Para formar uma molécula de glicose, o ciclo precisa girar seis vezes, incorporando seis moléculas de gás carbônico.
A equação geral
A forma mais completa da equação é:
6 CO₂ + 12 H₂O + luz → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 6 H₂O
Duas perguntas costumam aparecer sobre ela.
Por que doze moléculas de água e não seis? Porque são necessárias doze para fornecer os elétrons e os prótons da etapa fotoquímica. Seis moléculas de água são formadas de volta no processo, e é por isso que aparecem também do lado dos produtos. A versão simplificada com seis águas de cada lado esconde a origem do oxigênio, e é justamente por isso que a versão completa é preferível.
Onde entra o carbono? Todo o carbono da glicose vem do gás carbônico. Nenhum vem da água. E todo o oxigênio liberado vem da água, nenhum vem do gás carbônico.
Fatores limitantes
A taxa de fotossíntese depende de três fatores principais, e vale a regra do fator limitante: o processo é restringido por aquele que estiver mais escasso.
- Intensidade luminosa. A taxa cresce até um ponto de saturação e então estabiliza. Além disso, luz excessiva pode causar fotoinibição.
- Concentração de gás carbônico. Em ambiente natural, é frequentemente o fator limitante em dias claros. Aumentar a concentração eleva a taxa até um novo platô.
- Temperatura. Como o ciclo de Calvin é enzimático, a taxa cresce com a temperatura até um ótimo e cai depois, quando as enzimas começam a se desnaturar.
Fotossíntese e respiração não são opostos simétricos
Um erro persistente é imaginar que planta faz fotossíntese e animal faz respiração. Planta faz as duas, o tempo todo.
Durante o dia, com luz suficiente, a produção de oxigênio pela fotossíntese supera o consumo pela respiração, e a planta libera oxigênio líquido. À noite, só há respiração, e a planta consome oxigênio.
A intensidade luminosa em que as duas taxas se igualam é o ponto de compensação fótico. Nesse ponto não há troca líquida de gases com o ambiente. Abaixo dele, a planta consome mais do que produz e, se ficar tempo demais nessa condição, não se sustenta.
O que costuma cair
- A separação clara entre as duas etapas: onde cada uma ocorre, o que entra e o que sai de cada uma.
- A origem do oxigênio liberado, que vem da água e não do gás carbônico, comprovada por experimentos com isótopo marcado.
- A equação geral balanceada e a razão de aparecerem doze moléculas de água do lado dos reagentes.
- Os fatores limitantes: intensidade luminosa, concentração de gás carbônico e temperatura, e o formato do gráfico de saturação.
- A diferença entre fotossíntese e respiração celular, e o conceito de ponto de compensação fótico.
Onde quase todo mundo erra
O oxigênio liberado na fotossíntese vem do gás carbônico
O oxigênio vem da água. Na fase fotoquímica, a molécula de água é quebrada em um processo chamado fotólise, liberando elétrons, prótons e oxigênio. Experimentos com água marcada por isótopo pesado de oxigênio confirmaram isso na década de 1940. O carbono do gás carbônico vai para o açúcar, não para o gás liberado.
Chamar a segunda etapa de fase escura e concluir que ela ocorre à noite
O nome tradicional confunde. O ciclo de Calvin não precisa de luz diretamente, mas depende do ATP e do NADPH produzidos pela etapa luminosa. Sem luz, esses produtos acabam e o ciclo para. Por isso a designação preferida hoje é fase de fixação do carbono ou etapa independente de luz.
Afirmar que a planta só faz fotossíntese e não respira
A planta respira o tempo todo, inclusive durante o dia. Durante a iluminação, a taxa de fotossíntese costuma superar a de respiração, e por isso há liberação líquida de oxigênio. À noite só resta a respiração. O ponto de compensação fótico é exatamente a intensidade luminosa em que as duas taxas se igualam.
Supor que mais luz sempre significa mais fotossíntese
A taxa cresce com a intensidade luminosa até atingir um platô de saturação, a partir do qual outro fator passa a limitar, normalmente a concentração de gás carbônico ou a temperatura. Em intensidades muito altas pode haver até fotoinibição, com dano ao aparato fotossintético.
Cards de revisão
6 perguntas
- Onde ocorre cada etapa da fotossíntese?
- A fase fotoquímica ocorre na membrana do tilacoide e o ciclo de Calvin ocorre no estroma do cloroplasto.
- De onde vem o oxigênio liberado na fotossíntese?
- Da fotólise da água, que é quebrada na fase fotoquímica. O carbono do gás carbônico vai para o açúcar.
- O que a fase fotoquímica produz para a etapa seguinte?
- ATP, que carrega energia, e NADPH, que carrega poder redutor. Os dois são consumidos no ciclo de Calvin.
- Qual é a equação geral da fotossíntese?
- Seis gás carbônico mais doze água, com luz, produzem uma glicose, seis oxigênio e seis água.
- O que é o ponto de compensação fótico?
- A intensidade de luz em que a taxa de fotossíntese se iguala à de respiração, sem troca líquida de gases com o ambiente.
- Por que chamar a segunda etapa de fase escura é impreciso?
- Porque ela não ocorre no escuro: apenas não usa luz diretamente. Sem os produtos da etapa luminosa, o ciclo para.
Nara Siqueira
Resumos de ciências da natureza
Escreve os resumos de biologia, com foco nos mecanismos que a prova costuma cobrar. Testa cada resumo em uma pergunta única: se a pessoa só ler isto, ela consegue explicar o processo para outra pessoa? Enquanto a resposta for não, reescreve.