Fotossíntese

 Fotossíntese Processo

1. Introdução

O Sol é a fonte de toda energia da biosfera. A fotossíntese é o processo pelo qual a energia luminosa é captada e convertida em energia química.

A capacidade de executar a fotossíntese está presente em eucariontes e em procariontes. Os eucariontes fotossintetizantes são os vegetais e as algas. As cianobactérias e algumas bactérias são procariontes que também realizam a fotossíntese. Mais da metade de toda a fotossíntese da biosfera ocorre nos seres unicelulares, particularmente nas algas, que formam o fitoplâncton.

Todos os seres fotossintetizantes, exceto algumas bactérias, utilizam a água como fonte de hidrogênio para. A equação geral para o processo é:

 

A equação geral do processo indica que o organismo fotossintetizante utiliza o CO₂ (gás carbônico) e a H₂O (água), absorve energia luminosa por meio da clorofila (pigmento fotossintetizante) e produz glicose (açúcar) e O₂ (gás oxigênio).

De acordo com o hábitat do organismo fotossintetizante (algas ou vegetais), o CO₂ pode ser retirado da água ou do solo, e a água pode ser retirada do ambiente aquático ou do solo.

O pesquisador inglês C.B. Van Niel demonstrou que a fotossíntese, dos vegetais, das algas e das bactérias são, fundamentalmente, semelhantes, mas apresentam substâncias doadoras de hidrogênios diferentes. Na fotossíntese dos vegetais e das algas, a água (H₂O) é a fonte de hidrogênios e do gás oxigênio; e na fotossíntese das bactérias, a fonte de hidrogênios é o H₂S (gás sulfídrico), mas neste caso não ocorre liberação de oxigênio, e sim de enxofre (S), por isso essas bactérias são chamadas de sulfobactérias.

Experimentos utilizando água (H₂O) e gás carbônico (CO₂) marcados com oxigênio isótopo 18 demonstram que a origem do gás oxigênio é a molécula de água e não o gás carbônico(CO₂). 

  

Com base no experimento acima, sabendo da origem do gás oxigênio a partir da molécula de água, podemos escrever a equação da fotossíntese assim:

 

Veja que nessa equação o número de átomos de oxigênio da água (H₂O) corresponde ao número de átomos de oxigênio presentes no gás oxigênio (O₂), que não é mostrado quando utilizamos a equação resumida da fotossíntese mostrada a seguir.

Fotossíntese: fatores limitantes

1. Introdução

A intensidade com a qual uma célula executa a fotossíntese pode ser avaliada, por exemplo, pela quantidade de CO₂ consumido, ou pela quantidade de O₂ liberado pela célula. Observa-se, então, que existem certos parâmetros que, variando, fazem variar a intensidade da fotossíntese. São os fatores limitantes da fotossíntese. O "princípio de Blackman" afirma que quando um processo metabólico é influenciado por vários fatores, que atuam isoladamente, a velocidade do processo é limitada pelo fator de menor intensidade.

Para os vegetais são fatores limitantes o gás carbônico, a água, a intensidade luminosa, as enzimas que atuam nas reações, o número de cloroplastos e o pigmento clorofila.

Os fatores limitantes da fotossíntese serão estudados em dois grupos: fatores internos e fatores externos.

A. Fatores Internos – Referem-se às características dos vegetais

1) Disponibilidade de pigmentos fotossintetizantes: como a clorofila é a responsável pela captação da energia luminosa, a sua falta restringe a intensidade da fotossíntese.

2) Disponibilidade de enzimas e de co-fatores: todas as reações fotossintéticas envolvem a participação de enzimas ou de co-fatores transportadores de elétrons, que devem existir em quantidade suficiente.

3) Os cloroplastos: são as organelas onde ocorrem as reações da fotossíntese. Quanto maior o número de cloroplastos, maior a eficiência do processo.

B. Fatores Externos

 

1) Concentração de CO₂ no ar: o dióxido de carbono é o substrato da etapa química da fotossíntese. Sem CO₂ no ar, a intensidade da fotossíntese é nula. Aumentando sua concentração, eleva-se a intensidade do processo. A elevação não é ilimitada, pois quando todo o sistema enzimático existente já tiver substrato (CO₂) suficiente para agir, a concentração de CO₂ deixa de ser fator limitante.

2) Temperatura: na etapa química, todas as reações são catalisadas por enzimas, e estas têm sua atividade influenciada pela temperatura. De modo geral, elevação de 10 °C na temperatura duplica a velocidade das reações enzimáticas. Todavia, em temperaturas elevadas, começa a ocorrer desnaturação enzimática, com alteração da sua configuração espacial e perda de atividade. Existe, portanto, uma temperatura ótima para o processo fotossintético, que não é a mesma para todos os vegetais.

 

3) Intensidade luminosa: uma planta colocada em completa obscuridade não realiza fotossíntese. Aumentando a intensidade luminosa, a intensidade da fotossíntese aumenta. Todavia, a partir de certa quantidade, o aumento na quantidade de luz não é acompanhado por elevação na intensidade da fotossíntese. A intensidade luminosa deixa de ser o fator limitante quando todo o sistema de pigmentos já estiver sendo excitado, e a planta não tem como captar quantidade maior de luz. Atingiu-se o ponto de saturação luminosa.

O x corresponde à intensidade luminosa a partir da qual a luz deixa de ser o fator limitante do processo.

Quando estudamos os fatores limitantes da fotossíntese, fazendo a análise individual de como cada um deles interfere no processo, deixamos os outros em condições ideais.

Quando estudamos a interferência da luz na fotossíntese, variamos a intensidade luminosa a que a planta fica submetida e os demais fatores, como CO₂, temperatura e H₂O ficam em condições ideais e fixas (sem variações) para o vegetal.

04) Comprimento de onda: já foi dito que os pigmentos fotossintetizantes captam a luz com diferentes intensidades nas várias faixas do espectro da luz visível. A assimilação de luz pelas clorofilas a e b principalmente, e pelos carotenóides, determina o espectro de ação da fotossíntese.

Nota-se excelente atividade fotossintética nas faixas do azul e do vermelho, e a pouca atividade na faixa do verde , como seria de se esperar. Afinal, as plantas são verdes porque refletem a luz verde, e não porque a assimilam.

Compare os gráficos da taxa de absorção de luz e da taxa de fotossíntese e veja que as taxas de fotossíntese são maiores nos comprimentos de onda correspondentes às maiores absorções de luz pelas clorofilas.

Veja também que na faixa do verde, apesar da absorção de luz ser muito reduzida, a taxa de fotossíntese não é nula, mostrando que outros pigmentos atuam no processo.

  Ponto de compensação fótico

As células vegetais, assim como a enorme maioria das células vivas, realizam a respiração aeróbica, processo que absorve O₂ e elimina CO₂. A intensidade desse processo não é influenciada pela luz, e a célula o realiza tanto no claro como no escuro.

Já a intensidade da fotossíntese é influenciada pela luz. Com respeito às trocas gasosas, a fotossíntese tem papel inverso ao da respiração, pois absorve CO₂ e elimina O₂.

O gráfico abaixo ilustra o que foi dito.

Identificam-se, no gráfico, situações distintas:

Situação A: sob baixa luminosidade, a intensidade da fotossíntese é pequena, de tal forma que a intensidade da respiração é superior a ela. Nessa situação, a planta absorve O₂ e elimina CO₂ para o meio ambiente.

Situação B: corresponde à intensidade luminosa na qual a intensidade da fotossíntese é exatamente igual à da respiração celular. Portanto, o oxigênio liberado pela fotossíntese é consumido na respiração celular, e CO₂ liberado na respiração celular é consumido na fotossíntese. Portanto, as trocas gasosas entre a planta e o ambiente são nulas. Esta intensidade luminosa é chamada Ponto de Compensação Luminoso ou Ponto de Compensação Fótico.

As plantas que vivem preferencialmente em locais pouco iluminados (plantas umbrófilas ou "de sombra") têm PCL baixo. Já as que vivem em locais bem iluminados (plantas heliófilas ou "de sol") têm PCL elevado.

Situação C: sob intensa luminosidade, a fotossíntese predomina sobre a respiração. Assim, a planta absorve CO₂ e elimina O₂ para o ambiente. Como a produção de compostos orgânicos é superior ao consumo, nesta situação a planta cresce e incorpora matéria orgânica.

Ao longo de suas vidas as plantas passam, a cada 24 horas, pelas 3 situações expostas anteriormente. Para que possam crescer e se desenvolver normalmente, devem passar a maior parte do tempo em intensidade luminosa superior ao seu ponto de compensação luminosa, sintetizando e incorporando matéria orgânica e liberando oxigênio.

É importante ressaltar que, em um ecossistema em equilíbrio, como uma floresta tropical, as trocas globais são pequenas, uma vez que as substâncias liberadas, como oxigênio, são consumidas no próprio ecossistema. Populações vegetais mais abertas e mais dinâmicas têm balanço positivo, isto é, sintetizam mais produtos do que consomem. As algas marinhas, por exemplo, constituem a maior massa fotossintetizante da biosfera, e seu maior fornecedor de oxigênio.