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REVISTA DE BIOLOGIA E CINCIAS DA TERRA ISSN 1519-5228
Volume 11 - Nmero 2 - 2 Semestre 2011
Uma sntese sobre aspectos da fotossntese
Ncolas Fernandes Martins1
RESUMO
Para o equilbrio da vida uma constante energia requerida sendo
uma diferena fundamental entre plantas e animais a forma como
obtido a energia para a manuteno da vida. Os animais adquirem seus
alimentos em compostos orgnicos e a energia qumica atravs da
respirao, ao contrrio plantas absorvem energia em forma de luz a
partir do sol. Dessa forma a fotossntese fora uma curiosidade para
a humanidade, em conjunto com outros processos fisiolgicos,
cumprindo um importante papel na cadeia alimentar requerendo
diferentes reas do conhecimento cientfico.
Palavras-chave: fotossntese, histrico da fotossntese, fase clara
e escuro.
A synthesis about photosynthesis aspect ABSTRACT For a constant
balance of life energy is required to be a fundamental difference
between plants and animals is the way it's got the energy to
sustain life. The animals get their food in organic compounds and
chemical energy through breathing, unlike plants absorb energy in
the form of light from the sun. Thus photosynthesis was a curiosity
to humanity, along with other physiological processes, fulfilling
an important role in the food chain requires different areas of
scientific knowledge. Keywords: photosynthesis, history of
photosynthesis, light phase and dark.
1 INTRODUO
A fotossntese um breve histrico. A fotossntese um importante
processo
para manuteno da vida, o que seramos sem o complexo de reaes da
fotossntese.
A fotossntese inicia como entendimento da humanidade com os
naturalistas que acreditavam que as plantas extraiam seu alimento
do ambiente externo , assim os animais obtm alimento de matria
orgnica e realizam respirao, uma apreciao grosseira da poca se dava
a fotossntese, o precursor do estudo da
nutrio vegetal (Almeida, 2005) se d com o filsofo grego
Aristteles (384 a 322 a.C.) que acreditava que o alimento que era
consumido pelas plantas era obtido diretamente do solo.
O Filsofo Aristteles acreditava que a vida dos animais era
dependente dos alimentos que eram consumidos, acreditavam que as
plantas obtinham seu alimento diretamente do solo. O primeiro a
relatar de nutrientes no solo para o crescimento da planta.
Devido aos processos histricos (Raven, 2002) a nutrio vegetal
passara um bom tempo obscuro, temos poucos dados a respeito da poca
da idade mdia, mas renasce a discusso
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com Jan Baptista Van Helmont (1577-1644) que cultivara uma
pequena rvore em um vaso, onde adicionava apenas gua. Sua concluso
era de que toda a substncia da planta era da gua e no do solo. Suas
concluses foram precipitadas, mas para a poca fora de grande
aceitao.
Foi o mdico holands Jan Ingenhousz (1730-1799) quem evidenciou,
ainda numa base empirista, que o processo de purificao do ar s
ocorre luz solar. Concluiu que as plantas, noite ou sombra,
contaminam o ambiente que as envolve, exalando ar prejudicial aos
animais. Constatou que somente as partes verdes das plantas
restauram o ar e que o Sol, por si s, no tem o poder de faz-lo sem
a cooperao das plantas. Essa idia de que a fotossntese tem o papel
de purificar o ar corresponde a um obstculo representado pelo
conhecimento pragmtico, que explica os fenmenos em termos
utilitrios, como uma funo designada.
Outros cientistas posteriores a discusso da nutrio vegetal fora
Joseph Priestley (1733-1804), sendo um dos temas que revolucionou a
qumica contribuindo com a fisiologia natural, exps um ramo de
hortel ao ar que queimara uma vela de cera, decorridos alguns
tempos podia ser queimado outra vela. Na poca Priestley acreditara
ter descoberto um mtodo de restaurar o ar viciado pela queima das
velas. Concluir na poca que a natureza seria um meio de restaurar o
ar sujo provocado pela queima das velas. O mdico holands Jan
Ingenhousz (1730-1799) quem props a primeira frmula emprica da
fotossntese,
CO2 + H2O + energia ( CH2O)+ O2
Embora a sua grande contribuio, errou
em afirmar que a produo de oxignio vinha da molcula de dixido de
carbono e no da gua.
Incio do sculo passado Van Niel (1930-?) o primeiro pesquisador
a suspeitar da origem do oxignio. Nas bactrias sulfurosas o dixido
de carbono no produzia oxignio. Presenciara que as bactrias
sulfurosas produzem carboidratos a partir do dixido de carbono, mas
no produzem oxignio e sim glbulos de enxofre.
CO2 + 2H2S (CH2O) + H2O + 2SLUZ
Niel extrapolou estes resultados, de
forma ousada e especulativa, propondo que, nas algas
fotossintetizantes e plantas verdes superiores, era a gua a molcula
partida e no a de dixido de carbono, ou seja, o oxignio liberado
seria proveniente da gua. m 1937 Robin Hill obtm oxignio utilizando
cloroplasto na ausncia de gs carbnico. Anos posteriores
pesquisadores comprovaram o proposto por Niel. O ano de 1941
considerado uma revoluo para o estudo de fotossntese, pois nesse
ano que temos a marcao com elementos radioativos proposta uma equao
genrica correta a respeito do tema.
6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6H2O + 6O2
A luz na fotossntese De acordo com (Taiz & Zeiger, 2004)
a
energia total do sol que representa os 100% perdida de vrias
maneiras, chegando somente 5% para a produo de carboidrato. Dos
100% da energia solar total, 60% so ondas no absorvveis, sendo que
8% perda por reflexo e transmisso, sendo mais 8 % perda de dissipao
de calor, no metabolismo da planta gasto 19%, restando somente 5%
convertido para o carboidrato.
A luz tem como principal cientista o Isaac Newton (1642-1727) e
James Clerk Maxwell (1831-1879) ambos trabalharam com as
propriedades da luz, suas idias para o estudo da fotossntese que
Quanto menor o comprimento da onda, maior a sua energia,
reciprocamente, quanto maior o comprimento da onda menor sua
energia e Demonstrou que a luz uma pequena parte de um vasto
espectro contnuo de radiao. O espectro eletromagntico e assim para
a fotossntese o comprimento de ondas de 680 a 700 nem feixe
excelente para a realizao da fotossntese o espectro
eletromagntico.
A luz na clorofila excita a molcula aceptora de eltrons tendo
propriedades redox dos estados bases e excitados da clorofila do
centro de reao (Taiz & Zeiger, 2004), ver figura 1.
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Clorofila em estado base
Clorofila em estado excitado
Luz
Figura 1 - Representao da clorofila em estado base, onde temos
mau agente redutor e oxidante, aps a luz temos bom agente redutor e
oxidante.
Os proplastdeos e a formao do
cloroplasto O proplastdeos so clulas
indiferenciadas que de acordo com os estimulos ambientais e com
a natureza da planta diferencia para determinado plastdeos. Os
plastdeos temos de vrias denominaes j diferenciados, so chamamos:
etioplasto, cloroplasto, leucoplasto. Os nomes advm das estruturas
dos compostos de armazenamento.
Os cromoplastos armazenam estruturas pigmentares, j os
cloroplastos armazenam clorofilas e leucoplasto armazenam vrios
compostos orgnicos, tais como: amido ( amiloplasto), protena
(proteinoplasto), lpidios ( eleoplasto) e outros.
O cromoplasto contm pigmentos, no possuem clorofila e sintetizam
e retm pigmento do grupo dos carotenides. Exemplo a cenoura. Os
carotenodes e as ficolbilinas tem a funo antioxidante, dessa forma
previne danos fotooxidativos as molculas de clorofila, ou seja, sem
os carotenides no haveria fotossntese.
Os cloroplasto uma organela presente nas clulas das plantas e de
outros organismos fotossntetizadores, tais como nas algas e alguns
protistas. Possui clorofila como seu pigmento. Temos trs tipos de
clorofila, sendo a clorofila a ocorre em todos os eucariontes
fotossintetizantes e cianobactrias, tendo como funo transformar a
energia luminosa em energia qumica. A clorofila b tem um espectro
de absoro ligeiramente diferente da clorofila a, possui pigmento
acessrio que serve para
ampliar o feixe de luz. A clorofila c substitui a clorofila b em
algumas cituaes em diatomceas.
O leucoplasto so plastdeos maduros, menos diferenciados que
perdem seus pigmentos e no apresentam um sistema de membranas
internas elaborada, formando-se assim os leos e protenas. Exemplo a
batata.
Fase Clara e Fase Escura da
fotossntese Nos escritos de Raven (2002) o mais
ativo tecido fotossinttico em plantas superiores o mesfilo das
folhas. Clulas mesoflicas possuem pigmentos especializados para a
captao da luz, as clorofilas. Na fotossntese, a planta usa a
energia do sol para oxidar a gua e, assim, produzir oxignio, e para
reduzir o CO2, produzindo compostos orgnicos, rincipalmente acares.
A srie completa de reaes que culmina na reduo do CO2 inclui as
reaes nas tilacides e as reaes de fixao de carbonos. As reaes nas
tilacides produzem compostos ricos em energia (ATP e NADPH), os
quais so usados para a sntese de acares nas reaes de fixao de
carbono. Esses processos de sntese ocorrem no estroma do
cloroplasto, a regio aquosa que circunda as tilacides. No
cloroplasto, a energia da luz captada por duas diferentes unidades
funcionais chamadas fotossistemas. A energia luminosa absorvida
usada para fornecer fora transferncia de eltrons ao longo de uma
sria de compostos que atuam como doadores e aceptores de eltrons. A
maioria dos eltrons reduz NADP+ em NADPH. A energia da luz tambm
usada para gerar uma fora motiva de prtons ao longo da membrana
tilacides, fora essa usada para a sntese de ATP.
O Complexo da Antena O complexo da antena um centro de
reao que consiste em molculas de pigmentos que agregam a energia
luminosa para o centro de reao. O centro de reao constitudo de um
complexo de protenas e molculas de clorofila que possibilitam a
converso de energia luminosa em energia qumica. Nesses
fotossistemas capaz de absorver ftons, o importante do complexo que
somente
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molcula de clorofila a est localizada na parte central do centro
de reao do fotossstema. Alm da clorofila a, outros pigmentos fazem
parte da rede, tais como clorofila b e c e os carotenides.
Embora a fotossntese (Delizoicov et. al, 1990) envolva uma srie
complexa de reaes qumicas, possvel entend-la de forma bem clara com
dois desenhos que foram usadas num curso de formao continuada de
formao de professores que foram muito bem sucedidos e utlizados
posteriormente nas aulas de fisiologia
vegetal. A figura 2 representa as reaes que ocorre na menbrena
do tilacide, os dois fotossistemas trabalham juntos, o fluxo de
eltrons da fosforilao chamado de esquema zigue-zague mostra a via
de transferencia do eltron da H2O para o nvel de energia necessria
para reduzir NADP+ que ocorre durante fluxo de eltrons acclico,
assim como as relaes energticas. Para elevar a energia do eltron da
H2O para o nvel de energia para reduzir NADP+ a NADPH, cada eltron
precisa ser energizado duas vezes.
H 3C
H 3C
O
O
R R
O -
H 3C
H 3C
R
O H
H 3C
H 3C
++
e-1 e- 2 H -
O O H-
Q uinona(Q ) P lastosem iquinona
(Q -)
Plasto-hidroquinona(Q H 2)
P 680PS II
Q H 2
H 2O O 2+ H+
Q
H + H +H +H +
H +
H + H +
H +H +H +
2 e-
N A D Predutase
Fd
2e_
H + N A D P + N A D P
H + H + H +
H + H + H +H + H +
H +
A D P +P
A TP
A
B C
D
2 e- 2 e_
E
F
P 700PS I
G
H I
J
Figura 2 - Representao esquemtica da Fase Clara, onde temos em A
representao do fosfolipdio, temos uma camada dupla de glicolipdios,
sendo B as estruturas de membranas chamados de fotossstema II onde
ocorre a fotlise da gua. O complexo C o pastoquinona onde ocrre o
transporte de letrons representado(quinona- plastosemiquinona e
plasto-hidroquinona). O D a cadeia intermediria de transportadores
de letrons, E a plastocianina, F o fotossstema I , G a membrana do
tilacide, H e I o complexo da antena e o J ATP- sintetase.
A produo de ATP A fase fotoqumica, fase luminosa ou
fase clara (Raven, 2002) a primeira fase do processo
fotossinttico. A energia luminosa captada por meio de pigmentos
fotossintetizantes, capazes de conduzi-la at o centro de reao. Tal
centro composto por um complexo de clorofila tambm denominado P700
porque absorve a onda luminosa com 700 nanometros de comprimento.
Os eltrons excitados da P700 saem da molcula e so transferidos para
uma primeira substncia
aceptora de eltrons, a ferredoxina. Esta logo os transfere para
outra substncia, e assim por diante, formando uma cadeia de
transporte de eltrons. Tais substncias aceptoras esto presente na
membrana do tilacide. Nessa transferncia entre os aceptores, os
eltrons vo liberando energia gradativamente e esta aproveitada para
transportar hidrognio inico de fora para dentro do tilacide,
reduzindo o pH do interior deste. A reduo do pH ativa o complexo
protico ATP sintetase (representado na figura 2 e 3). O fluxo de
hidrognios inicos atravs do complexo gira, em seu interior,
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promovendo a fosforilao de molculas de adenosina difosfato dando
origem adenosina trifosfato (representado na figura 3). Existe uma
outra forma de fosforilao, a fotofosforilao acclica onde os eltrons
das molculas de clorofila (P700), excitados pela luz, so captados
pela ferredoxina, mas ao em vez de passarem pela cadeia
transportadora so captados pelo NADP (nicotinamida adenina
dinucleotdeo Fosfato) e no retornam para o P700. Este fica
temporariamente deficiente de eltrons. Esses eltrons so repostos
por outros provinientes de outro fotossistema onde o par de
clorofilas 'a', dessa vez P680, excitado pela energia luminosa,
libera eltrons que so
captados por uma primeira substncia aceptora: a plastoquinona.
Em seguida passa aos citocromos e plastocianina at serem captados
pelo P700, que se recompe. Este processo de transporte tambm
promove a sntese do ATP. J o P680 fica deficiente de eltrons. Esses
eltrons sero repostos pela fotlise da gua. A quebra da molcula da
gua por radiao (fotlise da gua) produz ins de hidrognios.
A figura 3 mostra a estrutura molecular ATP( Adenosina
trifosfato) e a ADP( adenosina difosfato), como a formao de ADP em
ATP pela enzima ATP-sintetase, e com agua que temos a formao de ADP
tendo a formao de cido fosofrico e ons de hidrognio.
N
H C
C
N H 2
C
C
N
N
C H
P-O
O O
O P
O
O C H 2O P
H
O HO H
H
H H
HH
H
O H O H
H
PO O C H 2
O
P
O
C
C
N
N
C H
N
H C
C
N H 2
A T P
H 2 O
+ H P O 4 -2 + H +
A D P
H + H + H +
A T P
A D P +P
H +
J
H + H + H +
H + H + H +
-O -O -O
-O-O
-O
Figura 3 - Representao das molculas adenosina trifosfato
reagindo com a gua formando a adenosina difosfato e o J representao
da protena de membrana a ATP-sintetase. REFERNCIAS
BIBLIOGRFICAS
TAIZ, L.; ZEIGER, E. Fisiologia vegetal. Porto Alegre: 3 edio,
Artmed, 2004. RAVEN, P.H.; EVERT, R.F.; EICHHORN, S. Biologia
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Conceito Cientfico Atual E Implicaes Para A Educao Em Cincia.
Revista Candomba. 2005. DELIZOICOV, D., ANGOTTI, J, A., Metodologia
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_____________________________________ [1] - Ncolas Fernandes
Martins Universidade Federal de So Carlos-UFSCAR E-mail:
[email protected]
