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sábado, 21 de junho de 2008

FOTOSSÍNTESE

Todo mundo já ouviu falar que as plantas obtém a sua energia através da fotossíntese. A fotossíntese é um dos mais importantes fenômenos da biologia, e tem importância não só para as plantas mas para todos os seres vivos da Terra. A constante "purificação" do ar atmosférico, dele retirando o dióxido de carbono (CO2) e a ele devolvendo oxigênio livre (O2), garante a nossa respiração, mas vamos falar apenas da importância para as plantas, que é o nosso caso no aquarismo.

A fotossíntese se passa em duas etapas, chamadas de fase luminosa e fase escura. A primeira depende da luz, a segunda ocorre mesmo no escuro. Durante a fase luminosa têm intensa participação as moléculas de clorofila — clorofila é o principal pigmento das plantas com capacidade de "reter" a energia da luz. Na segunda etapa, que pode ocorrer mesmo sem a presença de luz, a glicose será formada, energia vital para as plantas. Passamos ao processo detalhado, mas se você quiser pular esta parte, recomendo que vá direto para "Fatores que influenciam a fotossíntese", mais em baixo.

A fase luminosa
Quando a planta é submetida à ação da luz, a energia luminosa ativa as moléculas de clorofila, e então se inicia a fase luminosa, que compreende dois fenômenos que ocorrem paralelamente: A fotofosforização cíclica e a fotofosforização acíclica.

Na fotofosforização cíclica, uma molécula de clorofila A ativada pela descarga de fótons perde um elétron, que ficou "excitado", isto é, teve seu nível energético aumentado. Esse elétron é recolhido pela ferridoxina, substância que serve como transportadora de elétrons - daí a função do ferro nas plantas. A ferridoxina transfere o elétron para uma cadeia de proteínas. O elétron fica passeando "de mão em mão" nessa cadeia, perdendo o excesso de energia que possuía até voltar ao seu potencial energético normal, e então volta para a molécula de clorofila A. Por isso é chamado de cíclico. A energia desprendida pelo elétron durante seu passeio é aproveitada pelas moléculas de ADP que, com essa energia, podem associar-se a um radical fosfato (fósforo orgânico), transformando-se em ATP. Essas reações exigem a presença de íons de magnésio como catalisadores. O fosfato também é fundamental nessa etapa, mas em qualquer aquário em que existam peixes os níveis de fosfato serão suficientes para as plantas; seu excesso, no entanto, favorece a proliferação das algas - a quantidade que a planta precisa é mínima. A clorofila possui magnésio em sua fórmula química, além de nitrogênio, oxigênio e carbono.

Enquanto ocorre a fotofosforização cíclica com as moléculas de clorofila A, as moléculas de clorofila B executam a fotofosforização acíclica. Quando ocorre a descarga de fótons, um elétron da clorofila B fica com seu nível energético aumentado, pulando para fora da molécula de clorofila, sendo recolhido por uma substância chamada plastoquinona. A plastoquinona imediatamente o transfere a uma cadeia transportadora de elétrons, como vimos na fotofosforização cíclica, mas ao invés de retornar para a clorofila B, será entregue a uma molécula de clorofila A que no momento se encontra oxidada, isto é, sem o elétron que está "passeando". Durante esse passeio do elétron, ele perdeu a energia que possuía, que fica armazenada pelas moléculas de ATP, que se formam pela combinação de ADP com o radical fosfato. O elétron recolhido pela clorofila A é entregue a uma molécula de ferridoxina que o passa para uma molécula de NADP que pode receber dois elétrons, passando para NADP reduzido. Então, o elétron que saiu da clorofila B não voltou mais a ela, e nesse ponto ocorre mais uma "novela". Uma pequena quantidade de luz provoca a decomposição das moléculas de água que se quebra nos íons H+ e OH-. Um átomo de hidrogênio tem apenas um elétron e um próton. Os prótons (íons H+) serão recolhidos pelas moléculas de NADP reduzido. Os elétrons que vieram dos átomos de hidrogênio serão recolhidos pela clorofila B, que estava até agora oxidada, quer dizer, sem o elétron que perdeu. Nossa! O elétron que a clorofila B recebeu não foi o mesmo que perdeu, mas tudo bem... E os íons OH- ? Cada grupo de quatro deles se organizam naturalmente formando duas moléculas de água e uma de oxigênio livre, que é exatamente o oxigênio liberado. Esse que o peixe respira! Resumindo, durante a fase luminosa, é liberado o oxigênio e formado o ATP e o NADPH2 que são de fundamental importância para a fase escura.

A fase escura
Na fase escura, o dióxido de carbono (CO2) e a água deverão reagir com um composto existente no interior das células das plantas, o RDP. Se ocorrer essa reação, serão formadas moléculas de aldeído fosfoglicérico, que originarão a glicose, mas para esta reação acontecer, é necessário que aja energia e a redução do CO2. O ATP formado na fase luminosa fornece a energia, e o NADPH2 reduz o CO2. Se tudo der certo, seis moléculas de CO2 e seis de água deverão reagir com seis moléculas de RDP, formando 12 moléculas de aldeído fosfóglicérico (triose). Duas moléculas de triose combinam-se entre si, formando uma molécula de hexose (frutose 1-6 fosfato). A seguir, se transforma num isômetro (glicose 1-6 difosfato). Depois, só falta a glicose 1-6 fosfato descartar dois radicais fosfato que estão ligados a ela para chegar ao produto final da fotossíntese: A glicose. Mas os produtos finais da fotossíntese não se limitam à glicose; incluem também gorduras, ácidos graxos, aminoácidos e ácidos carboxílicos.

Isso dá para ter uma idéia do trabalhão que a plantinha tem para produzir o seu alimento e o nosso oxigênio!

Fatores que influenciam a fotossíntese
A velocidade com que ocorre a fotossíntese depende dos seguintes fatores:

Intensidade luminosa que atinge a planta.

Quantidade de CO2 disponível.

Temperatura.

Minerais.

Mesmo que três fatores estejam com valores satisfatórios, se o quarto não estiver, o faltante agirá como "fator limitante", impedindo que a fotossíntese ocorra com intensidade máxima.

Como todo ser vivo, a planta também respira. Pela respiração, ela também consome oxigênio. Exatamente o contrário do que faz pela fotossíntese. Uma planta mantida na ausência de luz não realiza a fotossíntese, mas consome oxigênio. Então, a planta consome mais oxigênio do que libera, mas se formos aumentando gradativamente a luz, a fotossíntese será estabelecida até sua intensidade superar a da respiração.

A partir de certa intensidade luminosa, a velocidade da fotossíntese não aumenta mais, chegando ao ponto de saturação. Aumentando a concentração de CO2, chegará até determinado limite, e daí por diante não haverá aumento da fotossíntese e se a concentração de CO2 se tornar muito grande, e por conseqüência a concentração de oxigênio se tornará pequena, e a planta morrerá por falta de oxigênio. A temperatura também tem um limite de saturação, além do qual a intensidade da fotossíntese começa a cair. Os minerais mais importantes são ferro, manganês, cobre, zinco, boro, alumínio, cobalto e magnésio, entre outros. São chamados de micronutrientes e as plantas precisam deles em quantidades mínimas, mas sua carência provoca doenças nas plantas. O ferro é o elemento mais difícil de se fixar, já que se oxida com facilidade. Os outros micronutrientes serão repostos pela troca parcial da água e até pela alimentação dos peixes.

"Durante o dia a planta respira CO2 e fotossintetiza, durante a noite ela apenas respira O2"

O espectro luminoso e seu papel na fotossíntese
Como todos sabem, a luz branca resulta da combinação de radiações de diversas cores: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta. Mas nem todas essas radiações têm o mesmo efeito sobre a clorofila, portanto, nem todas agem igualmente estimulando a fotossíntese.

A absorção da luz pela clorofila se faz com intensidade máxima nas faixas de comprimento de onda de 450 nm (nanômetros, milionésima parte do milímetro), que corresponde a cor azul, e 700 nm, que corresponde a cor vermelha. A absorção da cor verde é quase nula, a clorofila reflete-a quase que integralmente e é por isso que nós a vemos dessa cor. Considerando o fenômeno da fotossíntese em termos gerais, a resposta à luz vermelha é ainda maior do que à luz azul, apesar da absorção ser maior na luz azul, isso se deve ao espectro de ação da fotossíntese que não corresponde rigorosamente ao espectro de absorção da luz pelas clorofilas.

Como isso pode ser provado?
Se um feixe de luz branca passar por um prisma se decompondo em diversas cores, e em cada cor colocarmos um vidro cheio de água, lacrado, e com uma plantinha dentro, veremos com o decorrer do tempo que as plantas submetidas às radiações vermelha e azul mostram o mais alto grau de atividade fotossintética. Isso pode ser percebido pelo tamanho da bolha de oxigênio que se formou em cada vidro.

Os pigmentos fotossintéticos presentes e a sua abundância variam de acordo com a espécie. A clorofila A está presente em todos os organismos que realizam a fotossíntese oxigênica, menos nas bactérias fotossintetizantes. A clorofila A é o principal pigmento, os outros são chamados de pigmentos acessórios. Clorofila B (ocorre nas plantas e algumas algas), clorofila C (diatomáceas e algas pardas), clorofila D (algas vermelhas) e beta-caroteno (plantas e maioria das algas), mas ainda existem outros.

Bom, eu tive que ler umas cinco vezes os textos que usei como fonte para este artigo e juro que ainda não entendi direito, mas posso dizer que estou emocionado com o trabalho das nossas "inferiores" plantinhas. A fotossíntese é uma das coisas mais admiráveis que se processam na natureza e ainda um enigma que intriga hábeis cientistas. Um dos primeiros seres que surgiram na Terra provavelmente foram as algas, que através do fenômeno da fotossíntese introduziram o oxigênio na atmosfera, fato que tornou a vida viável aqui no nosso planeta.


FOTOSSÍNTESE
Os vegetais clorofilados têm o equipamento bioquímico necessário para transformar substâncias pouco energéticas (CO2 e H2O) em substância rica em energia (glicose). Na fotossíntese, a energia luminosa absorvida pela clorofila é transformada em energia química de ligação, que fica armazenada no carboidrato.



A luz utilizada nessa formação é absorvida por uma série de pigmentos. Cada pigmento absorve determinados comprimentos de ondas, refletindo os que não absorve. A cor do pigmento é dada pelo comprimento de onda refletido, podendo-se determinar o espectro de absorção de cada pigmento através de um espectrofotômetro.

Os tipos de pigmentos utilizados na fotossíntese variam nos diferentes grupos de organismo fotossintetisantes. Nos vegetais superiores, os pigmentos mais importantes são a clorofila a e a clorofila b, pigmentos verdes que absorvem a luz no violeta, no azul e no vermelho, refletindo no verde; por isso, são verdes.

Colocando-se em um gráfico os diferentes comprimentos de onda em função da taxa em que se processa a fotossíntese, pode-se verificar o espectro de ação da luz na fotossíntese:

Observando-se os gráficos apresentados, pode-se notar que os picos do espectro de ação da luz na fotossíntese e os dos espectros de absorção da luz pela clorofila têm padrão semelhante, evidenciando que a clorofila é o pigmento mais importante na recepção da luz na fotossíntese.

A absorção da luz pela clorofila se faz com intensidade máxima nas faixas de comprimento de onda de 450 nm (nanômetros), que é correspondente à luz azul, e 700 nm que corresponde, à luz vermelha. O nanômetro ainda é muito conhecido como milimícron. A absorção da luz verde é quase nula. A clorofila reflete-a quase integralmente. E é por isso que nós a vemos dessa cor.

As curvas indicam:

espectro de absorção da luz pela clorofila a; espectro de absorção da luz pela clorofila b;

O espectro de ação da fotossíntese não corresponde rigorosamente ao espectro de absorção da luz pelas clorofilas. Considerando o fenômeno fotossíntese em termos gerais, a resposta à luz vermelha é maior do que à luz azul. Isso se explica porque os pigmentos acessórios (xantofila, licopeno e caroteno) absorvem intensamente certas radiações de forma mais eficiente que as clorofilas, transferindo depois a elas a energia absorvida.

Em certas plantas aquáticas, outros pigmentos, com ficoeritrina e a ficoxantina, também absorvem a luz eficientemente. Nesses casos, o espectro de ação da luz na fotossíntese é diferente daquele apresentado anteriormente, estando os picos de maior taxa de fotossíntese praticamente coincidentes com os de absorção pelos pigmentos citados.

A equação tradicional da fotossíntese é:



Essa reação, no entanto, não pode mais ser aceita como correta, tendo em vista que o oxigênio liberado na fotossíntese provém da água e não do gás carbônico. Isto foi confirmado por um experimento clássico (década de 40), no qual o oxigênio da água foi marcado com o isótopo O18, verificando-se que todo o oxigênio liberado na fotossíntese era isótopo –18.

Dessa forma, a reação aceita é:



Essa equação mostra o processo de síntese de compostos orgânicos a partir de substâncias inorgânicas, utilizando-se a energia luminosa e com liberação de oxigênio.

Hoje, sabemos que a fotossíntese se processa em duas etapas. Na primeira, a luz cede energia para a clorofila. Portanto, essa etapa não ocorre sem a presença de luz. Ela é conhecida com fase luminosa da fotossíntese ou reações de claro. Na segunda etapa, a energia retida por certos compostos, vai permitir uma série de reações que vão levar ao aparecimento da glicose. Essa etapa pode ocorrer mesmo na ausência da luz. É a fase escura ou reações de escuro da fotossíntese.

Fase clara
A fotossíntese é dividida em duas fases: clara e escura. A fase clara, também chamada de fotoquímica, consiste na incidência da luz solar sob a clorofila A. Elétrons são liberados e recebidos pela plastoquinona (aceptor primário de elétrons). Estes elétrons passam por uma cadeia transportadora liberando energia utilizada na produção de ATP. Os elétrons com menos energia entram na molécula de clorofila A repondo os liberados pela ação da luz. A molécula de clorofila absorve energia luminosa. Este energia é acumulada em elétrons que, por este fato, escapam da molécula sendo recolhidos por substâncias transportadoras de elétrons. A partir daí, estes irão realizar a fotofosforilação, que, dependendo da substância transportadora, poderá ser cíclica ou acíclica. Em todos os dois processos, os elétrons cedem energia, que é utilizada para a síntese de ATP através de fosforilação (processo em que adiciona um fosfato rico em energia no ADP).

Fotofosforilação acíclica
Esta relacionada basicamente com a fotólise da água Fotofosforilação cíclica: O elétron sai da clorofila A, é captado pela ferrodoxina e passa por transportadores de elétrons, havendo nos cloroplastos. liberação de energia, que será utilizada na síntese de ATP. É importante citar que estes processos acontecem simultaneamente nos cloroplastos.

Fase escura
Ocorre no estroma dos cloroplastos e é nesta fase que se forma a glicose, pela reação inicial entre o gás carbônico atmosférico e um composto de 5 carbonos, a ribulose difosfato (RDP), que funciona como “suporte” para a incorporação do CO2.

Ciclo de Calvin
A molécula de CO2 se liga ao suporte de RDP desencadeando um ciclo de reações no qual se formam vários compostos de carbono. Para formação de uma molécula de glicose é necessário que ocorram 6 ciclos destes. Os átomos de Hidrogênio da água são adicionados a compostos de carbonos, obtidos a partir de CO2, havendo uma redução de gás, com produção de glicose.

Plantas C4
O mecanismo de fixação do CO2 não representa o único, descoberto por Calvin, utilizado pelas plantas verdes para fixar este elemento. Em 1960, foram encontradas evidências de que o primeiro produto fotossintético da cana de açúcar não era o PGA de 3 carbonos, mas um composto de 4 carbonos. Este aspecto se distingue das plantas C 3 nas quais o produto intermediário da fotossíntese é um composto de 3 carbonos, o PGA.

Plantas Canr
Um terceiro modo de fixação, a fotossíntese com metabolismo ácido, evoluiu independentemente em muitas plantas como os cactos. Utiliza-se também moléculas de 4 carbonos. Nestas plantas, os ácidos málicos e isocítrico acumulam-se nas plantas durante a noite e são novamente convertidos em gás carbônico na presença de luz. Este processo é claramente favorável em condições de alta luminosidade e escassez de água. Estas plantas dependem muito deste processo, pelo fato de seus estômatos estarem fechados durante o dia a fim de retardar a perda de água. As células estomáticas são as únicas células epidérmicas que fazem fotossíntese e produzem glicose.

Fatores que afetam a Fotossíntese
A fotossíntese é afetada por vários fatores, tais como a intensidade luminosa, a temperatura e a concentração de gás carbônico no ar. Por exemplo: em uma planta mantida em um ambiente com temperatura e concentração de CO2 constantes, a quantidade de fotossíntese realizada passa a depender exclusivamente da luminosidade

Temperatura


Qualquer temperatura abaixo ou acima da “ótima” resulta em condição limitante para as reações de fotossíntese. Abaixo da temperatura “ótima” a energia cinética das moléculas reagentes (CO2, H2O) é insuficiente para conseguir o rendimento químico. Acima da “temperatura ótima” as enzimas vão se desnaturando, podendo até parar as reações.

Concentração de CO2
No ar atmosférico há uma mistura de gases: N2 78% ; O2 21% ; CO2 0,035%.



A construção do gráfico acima utiliza dados obtidos em condições experimentais de laboratório. Observa-se que a concentração ótima é atingida em 0,2% de CO2, pois acima dessa concentração a taxa de fotossíntese

Sendo a energia luminosa de natureza ondulatória eletromagnética, a freqüência (ou comprimento de onda) determina as diferenças de cores no espectro visível, enquanto a amplitude é responsável pela intensidade luminosa forte ou fraca.

Durante o dia, entre 11 horas e 14 horas a intensidade luminosa é muito forte, enquanto ao amanhecer ou ao entardecer essa int já não poderá melhorar. Conseqüentemente, qualquer concentração abaixo desse ótimo (0,2%) está funcionando como limitante para o melhor rendimento do processo.

A concentração do CO2 no ar atmosférico exerce contribuição importante para a temperatura ambiente. Os estudiosos estimam que se essa concentração chegar em torno de 0,05% o calor será suficiente para descongelar parcela das calotas polares, fazendo subir o nível dos mares, o que provocaria inundações catastróficas.

Intensidade luminosa
ensidade é fraca.



A observação do gráfico acima demonstra que as intensidades luminosas abaixo do ponto de saturação luminosa são valores limitantes do processo fotossintético. Acima dessa “intensidade ótima” já não haverá mais melhoria na taxa de rendimento.

Os fatores analisados estão todos presentes ao mesmo tempo no ambiente e os componentes limitantes podem ser dois ou mais concomitantemente. O que se procura analisar, nas condições naturais, é qual deles estará influindo de maneira mais decisiva como fator limitante da fotossíntese.

Quimiossíntese
Certas bactérias que vivam no solo são capazes de construir suas cadeias de carbono a partir de gás carbônico, água e outras substâncias minerais sem utilizar energia luminosa. Elas provocam a oxidação de substâncias minerais do solo e, então, aproveitam a energia liberada nessas reações químicas para sintetizar suas substâncias orgânicas da seguinte maneira:

Se comparado à fotossíntese, este processo, chamado quimiossíntese, representa uma fração muito pequena do processo de produção de cadeias de carbono. Entretanto ele tem importância fundamental no ciclo dos compostos nitrogenados. É graças a um tipo especial de quimiossíntese que os compostos nitrogenados, originados da decomposição da matéria orgânica dos cadáveres, podem ser aproveitados pela planta.

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