O ecossistema é o nome dado ao conjunto de seres vivos que, juntos, realizam funções essenciais para o bom funcionamento orgânico dos que o compõem. A fotossíntese é um dos processos mais importantes nesse contexto, uma vez que se trata da transformação da luz em oxigênio, essencial para a vida de boa parte dos seres vivos, incluindo os humanos.
Além de sua importância para a qualidade de vida, a fotossíntese ainda é um dos conceitos mais presentes no Enem e em demais provas de ingresso no ensino superior, por isso é importante conhecer bem como esse processo funciona. Vamos a ele!
O processo de fotossíntese é convenientemente dividido em duas partes: a reação de fixação de energia (também chamada de reação de luz) e a reação de fixação de carbono (também chamada de reação independente de luz ou reação escura).
A fotossíntese é potencialmente o processo mais importante que ocorre em todo o planeta. Ele é basicamente um processo de produção de glicose, onde vegetais e algas que possuem clorofila podem produzir o seu próprio alimento. Primeiramente, se não existisse a fotossíntese seria impossível a existência de plantas, o que impossibilitaria a vida por si só, pois acabaria com a cadeia alimentar.
Além da própria existência das plantas, o processo de fotossíntese é importante para garantir o equilíbrio de gases na atmosfera. Isso se dá pelo fato de que esse processo libera oxigênio, gás importante na respiração de plantas e também de animais (inclusive o ser humano).
Como ocorre o processo de fotossíntese?
A reação de fixação de energia da fotossíntese começa quando a luz é absorvida no fotossistema II nas membranas tilacoides. A energia da luz do sol, capturada no centro de reação P680, faz com que os elétrons da clorofila de P680 se movam para um nível de energia instável. Esses elétrons passam por uma série de citocromos no sistema de transporte de elétrons próximo.
Depois de passar pelo sistema de transporte de elétrons, os elétrons ricos em energia eventualmente entram no fotossistema-I. Parte da energia do elétron é usada para bombear prótons através da membrana do tilacoide, e esse bombeamento estabelece o potencial para quimiosmose.
Os elétrons gastos do P680 entram no centro de reação do P700 no fotossistema I. A luz solar ativa os elétrons, que recebem um segundo impulso das moléculas de clorofila. Lá eles alcançam um alto nível de energia. Os elétrons progridem através de um segundo sistema de transporte de elétrons, mas desta vez não há bombeamento de prótons. Pelo contrário, a energia reduz o NADP. Essa redução ocorre quando dois elétrons se unem ao NADP e energizam a molécula. Como o NADP adquire dois elétrons carregados negativamente, ele atrai dois prótons carregados positivamente para equilibrar as cargas. Consequentemente, a molécula NADP é reduzida a NADPH, uma molécula que contém muita energia.
Como os elétrons fluíram do centro de reação P680, as moléculas de clorofila são deixadas sem um certo número de elétrons. Elétrons protegidos de moléculas de água substituem esses elétrons. Cada molécula de água dividida libera dois elétrons que entram nas moléculas de clorofila para substituir os perdidos. As moléculas de água dividida também liberam dois prótons que entram no citoplasma perto do tilacoide e estão disponíveis para aumentar o gradiente quimiosmótico.
O terceiro produto das moléculas de água dividida é o oxigênio. Dois átomos de oxigênio se combinam para formar o oxigênio molecular (O2), que é liberado como subproduto da fotossíntese; preenche a atmosfera e é usado por todos os organismos que exigem oxigênio, incluindo células de plantas e animais.
Descrito acima, estão as reações de fixação de energia não-cíclicas. Certas plantas e procariontes autotróficos também são conhecidos por participarem de reações de fixação de energia cíclica. Essas reações envolvem apenas o fotossistema I e o centro de reação P700. Os elétrons excitados deixam o centro de reação, passam por coenzimas do sistema de transporte de elétrons e seguem um caminho especial de volta ao P700. Cada elétron alimenta a bomba de prótons e estimula o transporte de um próton através da membrana dos tilacoides. Este processo enriquece o gradiente de prótons e, eventualmente, leva à geração de ATP.
A produção de ATP nas reações fixadoras de energia da fotossíntese ocorre pelo processo de quimiosmose. Essencialmente, esse processo consiste em uma corrida de prótons através de uma membrana (a membrana tilacoide, neste caso), acompanhada pela síntese de moléculas de ATP. Bioquímicos calcularam que a concentração de prótons em um lado do tilacoide é 10.000 vezes maior do que o lado oposto da membrana.
Na fotossíntese, os prótons passam de volta através das membranas através de canais situados ao lado de locais onde as enzimas estão localizadas. À medida que os prótons passam pelos canais, a energia dos prótons é liberada para formar ligações de ATP de alta energia. O ATP é formado nas reações de fixação de energia junto com o NADPH formado nas reações principais. Tanto o ATP quanto o NADPH fornecem a energia necessária para a síntese de carboidratos que ocorre no segundo grande conjunto de eventos da fotossíntese.
Depois que o dióxido de carbono foi unido à bifosfato de ribulose, forma-se um produto de seis carbonos, que imediatamente se decompõe em duas moléculas de três carbonos chamadas fosfoglicerato. Cada molécula de fosfoglicerato converte-se em outro composto orgânico, mas apenas na presença de ATP. O ATP utilizado é o ATP sintetizado na reação de fixação de energia. O composto orgânico formado se converte em ainda outro composto orgânico usando a energia presente no NADPH. Mais uma vez, a reação de fixação de energia fornece a energia essencial. Cada um dos compostos orgânicos que resulta consiste em três átomos de carbono. Eventualmente, os compostos interagem entre si e se unem para formar uma única molécula de glicose com seis carbonos. Este processo também gera moléculas adicionais de bifosfato de ribulose para participar de outras reações de fixação de carbono.
A glicose pode ser armazenada nas plantas de várias maneiras. Em algumas plantas, as moléculas de glicose são unidas umas às outras para formar moléculas de amido. As plantas de batata, por exemplo, armazenam amido em tubérculos (caules subterrâneos). Em algumas plantas, a glicose se converte em frutose (açúcar de frutas) e a energia é armazenada dessa forma. Em outras plantas, a frutose se combina com a glicose para formar sacarose, comumente conhecida como açúcar de mesa. A energia é armazenada em carboidratos nesta forma. Células vegetais obtêm energia para suas atividades a partir dessas moléculas. Os animais usam as mesmas formas de glicose consumindo plantas e entregando as moléculas às suas células.
Todas as coisas vivas na Terra dependem de alguma forma da fotossíntese. É o principal mecanismo para trazer a energia da luz solar para os sistemas vivos e disponibilizar essa energia para as reações químicas que ocorrem nas células.