Biologia I
Objectivos de Aprendizagem
No final desta secção, poderá fazê-lo:
- Summarizar o processo de fotossíntese
- Explicar a relevância da fotossíntese para outros seres vivos
- Identificar os reagentes e produtos da fotossíntese
- Descrever as principais estruturas envolvidas na fotossíntese
Todos os organismos vivos na terra são constituídos por uma ou mais células. Cada célula funciona com a energia química encontrada principalmente nas moléculas de hidratos de carbono (alimentos), e a maioria destas moléculas são produzidas por um processo: a fotossíntese. Através da fotossíntese, certos organismos convertem a energia solar (luz solar) em energia química, que é depois utilizada para construir moléculas de hidratos de carbono. A energia utilizada para manter estas moléculas juntas é libertada quando um organismo decompõe os alimentos. As células utilizam então esta energia para realizar trabalhos, tais como a respiração celular.
A energia que é aproveitada a partir da fotossíntese entra continuamente nos ecossistemas do nosso planeta e é transferida de um organismo para outro. Portanto, directa ou indirectamente, o processo de fotossíntese fornece a maior parte da energia requerida pelos seres vivos na Terra.
Fotossíntese também resulta na libertação de oxigénio para a atmosfera. Em suma, para comer e respirar, os seres humanos dependem quase inteiramente dos organismos que realizam a fotossíntese.
Conceito em Acção
Saiba mais sobre a fotossíntese.
Solar Dependência e Produção Alimentar
alguns organismos podem realizar a fotossíntese, enquanto outros não podem. Um autotrófico é um organismo que pode produzir os seus próprios alimentos. As raízes gregas da palavra autotrófico significam “auto” (auto) “alimentador” (troféu). As plantas são os autótrofos mais conhecidos, mas existem outros, incluindo certos tipos de bactérias e algas (Figura 1). As algas oceânicas contribuem com enormes quantidades de alimentos e oxigénio para as cadeias alimentares globais. As plantas são também fotoautotrofos, um tipo de autotrófico que utiliza a luz solar e o carbono do dióxido de carbono para sintetizar a energia química sob a forma de hidratos de carbono. Todos os organismos que realizam a fotossíntese requerem luz solar.
Figure 1. (a) Plantas, (b) algas, e (c) certas bactérias, chamadas cianobactérias, são fotoautotrofos que podem realizar a fotossíntese. As algas podem crescer sobre enormes áreas na água, por vezes cobrindo completamente a superfície. (crédito a: Steve Hillebrand, U.S. Fish and Wildlife Service; crédito b: “eutrophication&hypoxia”/Flickr; crédito c: NASA; dados da barra de escala de Matt Russell)
Figure 2. A energia armazenada nas moléculas de hidratos de carbono da fotossíntese passa através da cadeia alimentar. O predador que come estes veados está a receber energia que teve origem na vegetação fotossintética que o veado consumiu. (crédito: Steve VanRiper, U.S. Fish and Wildlife Service)
Heterotrophs são organismos incapazes de fotossíntese que devem, portanto, obter energia e carbono dos alimentos através do consumo de outros organismos. As raízes gregas da palavra heterotrofio significam “outro” (hetero) “alimentador” (troféu), significando que os seus alimentos provêm de outros organismos. Mesmo que o organismo alimentar seja um outro animal, este alimento remonta às suas origens aos autótrofos e ao processo de fotossíntese. Os humanos são heterotróficos, tal como todos os animais. Os heterotrofos dependem dos autotróficos, directa ou indirectamente. Veados e lobos são heterotróficos. Um veado obtém energia através do consumo de plantas. Um lobo que come um veado obtém energia que originalmente provém das plantas comidas por esse veado. A energia na planta provém da fotossíntese, e portanto é o único autotrofo neste exemplo (Figura 2). Usando este raciocínio, todos os alimentos comidos pelo homem também se ligam de volta aos autótrofos que realizam a fotossíntese.
Biologia em Acção
Fotossíntese na Mercearia
Figure 3. A fotossíntese é a origem dos produtos que compõem os principais elementos da dieta humana. (crédito: Associação Brasileira de Supermercados)
As mercearias maiores nos Estados Unidos estão organizadas em departamentos, tais como lacticínios, carnes, produtos, pão, cereais, e assim por diante. Cada corredor contém centenas, se não milhares, de diferentes produtos para os clientes comprarem e consumirem (Figura 3).
P>Embora haja uma grande variedade, cada item liga de volta à fotossíntese. Carnes e produtos lácteos ligam-se à fotossíntese porque os animais foram alimentados com alimentos à base de plantas. Os pães, cereais e massas provêm em grande parte de grãos, que são as sementes de plantas fotossintéticas. E as sobremesas e bebidas? Todos estes produtos contêm açúcar – a molécula básica de hidratos de carbono produzida directamente a partir da fotossíntese. A ligação da fotossíntese aplica-se a cada refeição e cada alimento que uma pessoa consome.
Estruturas Principais e Resumo da Fotossíntese
Fotossíntese requer luz solar, dióxido de carbono, e água como reagentes iniciais (Figura 4). Após o processo estar completo, a fotossíntese liberta oxigénio e produz moléculas de hidratos de carbono, mais comummente glucose. Estas moléculas de açúcar contêm a energia que os seres vivos necessitam para sobreviver.
Figure 4. A fotossíntese utiliza energia solar, dióxido de carbono e água para libertar oxigénio e produzir moléculas de açúcar armazenadoras de energia.
As reacções complexas da fotossíntese podem ser resumidas pela equação química mostrada na Figura 5.
Figure 5. O processo de fotossíntese pode ser representado por uma equação, em que o dióxido de carbono e a água produzem açúcar e oxigénio utilizando energia da luz solar.
P>Apesar de a equação parecer simples, as muitas etapas que ocorrem durante a fotossíntese são na realidade bastante complexas, como na forma como a reacção que resume a respiração celular representou muitas reacções individuais. Antes de aprender os detalhes de como os fotoautotrofos transformam a luz solar em alimento, é importante familiarizar-se com as estruturas físicas envolvidas.
Nas plantas, a fotossíntese tem lugar principalmente em folhas, que consistem em muitas camadas de células e têm lados superiores e inferiores diferenciados. O processo de fotossíntese não ocorre nas camadas superficiais da folha, mas sim numa camada intermédia chamada mesofila (Figura 6). A troca gasosa de dióxido de carbono e oxigénio ocorre através de pequenas aberturas reguladas chamadas estomas.
Em todas as eucariotas autotróficas, a fotossíntese ocorre dentro de uma organela chamada cloroplasto. Nas plantas, as células contendo cloroplastos existem na mesofila. Os cloroplastos têm uma membrana dupla (interior e exterior). Dentro do cloroplasto existe uma terceira membrana que forma estruturas empilhadas, em forma de disco, chamadas tilacóides. Incorporadas na membrana tilácea estão moléculas de clorofila, um pigmento (uma molécula que absorve a luz) através do qual começa todo o processo de fotossíntese. A clorofila é responsável pela cor verde das plantas. A membrana tiacóide encerra um espaço interno chamado espaço tiacóide. Outros tipos de pigmentos estão também envolvidos na fotossíntese, mas a clorofila é de longe a mais importante. Como mostra a figura 6, uma pilha de tilacóides é chamada de granum, e o espaço à volta do granum é chamado estroma (não confundir com estomas, as aberturas nas folhas).
Art Connection
Figure 6. Nem todas as células de uma folha realizam a fotossíntese. As células dentro da camada intermédia de uma folha têm cloroplastos, que contêm o aparelho fotossintético. (crédito “folha”: modificação do trabalho por Cory Zanker)
Num dia quente e seco, as plantas fecham os seus estômagos para conservar água. Que impacto terá isto na fotossíntese?
As duas partes da fotossíntese
Fotossíntese tem lugar em duas fases: as reacções dependentes da luz e o ciclo de Calvin. Nas reacções dependentes da luz, que têm lugar na membrana tiacóide, a clorofila absorve a energia da luz solar e depois converte-a em energia química com a utilização de água. As reacções dependentes da luz libertam oxigénio da hidrólise da água como subproduto. No ciclo Calvin, que tem lugar no estroma, a energia química derivada das reacções dependentes da luz conduz tanto à captura de carbono nas moléculas de dióxido de carbono como à subsequente montagem de moléculas de açúcar. As duas reacções utilizam moléculas transportadoras para transportar a energia de uma para a outra. Os portadores que transportam a energia das reacções dependentes da luz para as reacções do ciclo de Calvin podem ser considerados como “cheios” porque trazem energia. Após a energia ser libertada, os portadores de energia “vazios” voltam às reacções dependentes da luz para obter mais energia.
Secção Resumo
O processo de fotossíntese transformou a vida na terra. Ao aproveitar a energia do sol, a fotossíntese permitiu que os seres vivos tivessem acesso a enormes quantidades de energia. Devido à fotossíntese, os seres vivos ganharam acesso a energia suficiente, permitindo-lhes evoluir novas estruturas e alcançar a biodiversidade que é hoje evidente.
Apenas certos organismos, chamados autótrofos, podem realizar a fotossíntese; requerem a presença de clorofila, um pigmento especializado que pode absorver a luz e converter a energia da luz em energia química. A fotossíntese utiliza dióxido de carbono e água para montar moléculas de hidratos de carbono (geralmente glucose) e liberta oxigénio no ar. Autotrofos eucarióticos, tais como plantas e algas, têm organelas chamadas cloroplastos nos quais se realiza a fotossíntese.
Perguntas adicionais de auto-verificação
1. Num dia quente e seco, as plantas fecham os seus estômagos para conservar água. Que impacto terá isto na fotossíntese?
2. Qual é o objectivo geral das reacções de luz na fotossíntese?
3. Porque é que os carnívoros, como os leões, dependem da fotossíntese para sobreviver?
Respostas
1. Os níveis de dióxido de carbono (um reagente) diminuirão, e os níveis de oxigénio (um produto) aumentarão. Como resultado, a taxa de fotossíntese diminuirá.
2. Para converter a energia solar em energia química que as células podem utilizar para fazer trabalho.
3. Porque os leões comem animais que comem plantas.
Glossary
autotrofo: um organismo capaz de produzir os seus próprios alimentos
clorofila: o pigmento verde que capta a energia luminosa que impulsiona as reacções da fotossíntese
cloroplasto: o organismo onde se realiza a fotossíntese
granum: uma pilha de tiokoids localizada dentro de um cloroplasto
heterotrof: um organismo que consome outros organismos para a alimentação
reacção dependente da luz: a primeira fase da fotossíntese onde a luz visível é absorvida para formar duas moléculas portadoras de energia (ATP e NADPH)
mesofila: a camada intermédia de células numa folha
fotoautotrofo: um organismo capaz de sintetizar as suas próprias moléculas alimentares (armazenando energia), utilizando a energia da luz
p>pigmento: uma molécula capaz de absorver a energia da luz
stoma: a abertura que regula a troca de gás e a regulação da água entre as folhas e o ambiente; plural: estomas
stroma: o espaço cheio de fluido que envolve o grana dentro de um cloroplasto onde ocorrem as reacções do ciclo Calvin da fotossíntese
thylakoid: uma estrutura membranosa em forma de disco dentro de um cloroplasto onde ocorrem as reacções de fotossíntese dependentes da luz utilizando clorofila embutida nas membranas