Introdução à fotossíntese
A vida na terra é movida à energia solar. Os cloroplastos das plantas capturam a energia luminosa, que viajou 150 milhões de quilômetros desde o sol, convertendo-a em energia química armazenada em açúcar e outras moléculas orgânicas. Esse processo de conversão é chamado de fotossíntese.
A fotossíntese alimenta direta ou indiretamente a maior parte das formas de vida do mundo. Um organismo obtém compostos orgânicos e os utiliza para energia e como esqueleto de carbono por dois métodos principais: nutrição autotrófica e nutrição heterotrófica. Autótrofos são autoalimentados (auto significa por si próprio e trofus significa alimentação); eles sustentam a si próprios sem comer nada proveniente de outros seres vivos.
Autótrofos produzem suas próprias moléculas orgânicas a partir do CO2 e de outros materiais inorgânicos obtidos do meio ambiente. Em última análise, eles são a fonte de compostos orgânicos para todos os organismos não autótrofos e, por essa razão, os biólogos se referem aos autótrofos como os produtores da biosfera.
A fotossíntese converte a energia luminosa na energia química dos alimentos
A capacidade notável de um organismo de captar a energia luminosa e utilizá-la para a síntese de compostos orgânicos surgiu de uma organização estrutural da célula: enzimas fotossintetizantes e outras moléculas são agrupadas em uma membrana biológica, possibilitando a ocorrência, de forma eficiente, de uma série de reações químicas.
Cloroplastos: os locais da fotossíntese nos vegetais
Todas as partes verdes da planta, incluindo caules verdes e frutos verdes, possuem cloroplastos. Contudo, as folhas representam o principal local de fotossíntese na maioria dos vegetais. Existe cerca de meio milhão de cloroplastos por milímetro quadrado de superfície foliar.
Os cloroplastos são encontrados principalmente nas células do mesofilo, o tecido do interior da folha. O dióxido de carbono entra na folha, e o oxigênio sai através de aberturas microscópicas chamadas de estômatos (do grego, significando “boca”). A água absorvida pelas raízes é levada até as folhas, onde é transportada pelas nervuras. As folhas também utilizam as nervuras para exportar açúcares para as raízes e para outras partes não fotossintetizantes da planta.
O cloroplasto tem um envoltório de duas membranas envolvendo um fluido denso chamado de estroma. Suspenso no interior do estroma existe um terceiro sistema de membranas, formando sacos, chamados de tilacoides. os tilacoides estão empilhados em colunas denominadas grana (singular granum). A clorofila, pigmento verde que confere cor às folhas, localiza-se nas membranas do tilacoide.
Rastreando átomos ao longo da fotossíntese
Os cientistas tentaram por séculos juntar as partes do processo pelo qual as plantas produzem alimentos. Embora algumas etapas não tenham sido ainda completamente entendidas, a equação geral da fotossíntese é conhecida desde 1800: na presença da luz, partes verdes das plantas produzem compostos orgânicos e oxigênio a partir de dióxido de carbono e água. Utilizando fórmulas moleculares, podemos resumir a complexa série de reações químicas da fotossíntese com a equação:
CO2 + 12 H2O + energia luminosa ➝ C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Utilizamos glicose (C6H12O6) na equação para simplificar a relação entre fotossíntese e respiração, mas o produto direto da fotossíntese é na verdade um açúcar de três carbonos que pode ser utilizado para produzir glicose.
A ruptura da água
Uma das primeiras indicações sobre o mecanismo da fotossíntese veio da descoberta que o O2 originado pelos vegetais vem do H2O e não do CO2. Os cloroplastos rompem a água em hidrogênio e oxigênio. Um importante resultado da mistura de átomos durante a fotossíntese é a retirada do hidrogênio da água e a sua incorporação ao açúcar. O produto residual da fotossíntese, o O2, é liberado para a atmosfera.
