Estude para o mestrado comigo: Fotossíntese
Processo pelo qual a energia da luz solar é capturada e convertida em energia química, sendo a via que permite a entrada da energia em nossa biosfera. A luz solar que conhecemos é constituída por partículas de energia chamadas de "fótons", partículas estas que são absorvidas pelos pigmentos fotossintetizantes da planta (como a clorofila que, por exemplo, absorve luz nos comprimentos de onda azul, violeta e vermelho).
Quando uma molécula de clorofila absorve luz, os elétrons da mesma são temporariamente impulsionados a um nível de energia mais alto, chamado de "estado excitado" e, quando esses elétrons retornam para o nível de energia mais baixo (nível basal), a energia liberada possui 3 possíveis destinos: (1) ser dissipada em calor/fluorescência (luz absorvida por moléculas isoladas de clorofila em solução), (2) ser transferida de uma molécula excitada de clorofila para outra ou (3) transferência de energia por ressonância (elétron de alta energia pode ser transferido para uma cadeia de transporte de elétrons). O segundo e o terceiro são vias interessantes para a fotossíntese.
Existem alguns tipos de clorofila: a clorofila-a ocorre em todos os eucariontes fotossintetizantes e na cianobactérias, sendo essencial para a produção de oxigênio pela fotossíntese. Já a clorofila-b ocorre nas plantas, algas verdes e euglenas, mas é considerado um pigmento acessório, ampliando a faixa de luz que pode ser usada na fotossíntese. A clorofila-c substitui a "b" em alguns grupos de algas (pardas e diatomáceas).
Outros pigmentos encontrados nas plantas são os carotenoides e ficobilinas que absorvem energia e transferem para a clorofila-a, também sendo considerados pigmentos acessórios e apresentando função antioxidante, prevenindo danos foto-oxidativos às moléculas de clorofila.
REAÇÕES DE TRANSDUÇÃO DE ENERGIA (reações luminosas)
Momento em que a energia luminosa é utilizada para formar ATP e reduzir moléculas de NADP+ em NADPH.
Nesse momento, temos a presença dos fotossistemas: unidades de organização, incluindo um complexo antena (moléculas de pigmento que captam a energia luminosa e canalizam para o centro de reação) e um centro de reação (proteínas e moléculas de clorofila-a que possibilitam a conversão de energia na reação fotoquímica). O par de moléculas de clorofila-a está na porção central do centro de reação e quando recebe energia, um de seus elétrons é empurrado a um nível de energia mais alto e é transferido para uma molécula receptora de elétrons.
Existem 2 fotossístemas, em que o fotossistema I (também chamado de p700) tem seu elétron energizado e transferido para uma molécula receptora primária chamada A0, enviado para uma cadeia transportadora de elétrons que apresenta filoquinona, proteínas ferro-enxofre, ferridoxina, flavoproteína e que promove a redução do NADP+ a NADPH. Os elétrons que foram transferidos no inicio do processo são repostos pelos que vem da cadeia transportadora de elétrons do fotossistema II.
A cadeia transportadora de elétrons presente entre os dois fotossistemas é repleta de citocromos, quinonas, proteínas ferro-quinonas, plastocianina e a transferência dos elétrons é acoplada diretamente com o bombeamento de prótons, formando um gradiente eletroquímico, assim como na respiração celular, que é regulado posteriormente pela ATPase, liberando ATP.
Já no fotossistema II (p680) temos que moléculas de clorofila-a absorvem energia solar e transferem seu elétron para uma molécula receptora primária, a qual transfere seu elétron extra para uma molécula receptora secundária e então morro abaixo por uma cadeia transportadora de elétrons. A deficiência de elétrons pode ser resolvida pela fotólise da água (quebra da molécula, liberando 4 elétrons que substituem os que foram transferidos, 4 prótons que auxiliam na formação do gradiente eletroquímico para a produção de ATP e O2 que é liberado para o meio).
"Na luz, os elétrons fluem continuamente da água, através dos fotossistemas, resultando da água para o oxigênio e na redução de NADP+ para NADPH. Esse fluxo unidirecional de elétrons da água para NADP+ é chamado fluxo de elétrons acíclico, e a produção de atp que ocorre é chamada de fotofosforilação acíclica."
(RAVEN et al., 2001)
Entretanto, o fotossistema I pode trabalhar independentemente do II, processo chamado de fluxo cíclico ou fotofosforilação cíclica, em que o elétron é transferido do p700 para A0 e desviados para um receptor da cadeia transportadora de elétrons presente entre o fotossistema I e II, impulsionando o transporte de prótons e promovendo a produção de ATP mas não havendo clivagem da água, consequentemente, não liberando O2 e não formando o NADPH- apenas ATP é produzido. Mesmo dessa forma, o processo ainda é necessário para suprir as necessidades do Ciclo de Calvin (fixação do carbono) e promover outros processos que necessitam de energia no cloroplasto.
REAÇÕES DE FIXAÇÃO DE CARBONO - O CICLO DE CALVIN ("reações do escuro")
Inicialmente, precisamos compreender o motivo pelo qual o processo se torna um ciclo e, isso se dá, pelo composto inicial- ribulose-1,5-bisfosfato (RuBP)- que é regenerado ao final do processo e é o essencial para que o mesmo se inicie.
Dióxido de carbono (CO2) entra no ciclo e é combinado com a RuBP pela enzima rubisco e, como o composto que é formado não é estável, é rapidamente hidrolisado em duas moléculas de 3-fosfoglicerato ou ácido 3-fosfoglicérico que, posteriormente, é reduzido a 3-fosfogliceraldeido (PGAL), em que 5 das 6 moléculas do composto são usadas para regenerar a RuBP. A maior parte do carbono fixado é mandado para o citosol e gera sacarose e outra parte continua no cloroplasto e forma grãos de amido.
A rubisco é uma carboxilase (se liga ao CO2), mas também é uma oxigenase (se liga ao O2), realizando a fotorrespiração, processo que forma uma molécula de fosfoglicolato e em que nenhum carbono é fixado. Além disso, energia precisa ser gasta para restaurar os carbonos do fosfoglicolato, que não é um metabólito útil para a planta. A fotorrespiração consome O2 e libera CO2 e é capaz de usar até 50% do carbono fixado na fotossíntese
Em plantas com metabolismo C4, há a possibilidade de fixar carbono previamente ao Ciclo de Calvin na forma de oxaloacetato, de modo que o CO2 é fixado ao fosfoenolpiruvato (PEP) numa reação catalisada pela enzima PEP carboxilase no citosol da célula. O oxaloacetato pode ser reduzido a malato ou convertido ao aminoácido aspartato. Quando esses fixadores são direcionados para as células da bainha do feixe vascular, onde ocorre o Ciclo de Calvin, eles são descarboxilados e voltam a ser CO2 para entrar no ciclo, liberando um piruvato que volta para as células do mesófilo, reagindo com ATP para regenerar a enzima PEP.
Raven, P.H. Evert, R.F., Eichhorn, S.E. Biologia vegetal. 7 ed. Rio de Janeiro: Guanabara