Onde ocorre o processo fotossintético para formação de ATP e NADPH na célula?

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Fotossíntese é um processo de conversão de energia luminosa em energia química realizado por plantas, algas e cianobactérias

A palavra fotossíntese significa síntese pela luz e se refere a um dos processos biológicos mais importantes da Terra. Por liberar oxigênio e consumir dióxido de carbono, a fotossíntese transformou o mundo no ambiente habitável que conhecemos hoje. Além disso, o processo é a fonte primária de energia de todos os seres vivos.

O físico holandês Jan Ingenhousz foi o primeiro a constatar que as plantas produziam oxigênio na presença de luz solar, em 1779, sendo considerado o descobridor da fotossíntese. Em 1782, Jean Senebier adicionou que, além da luz do sol, a fotossíntese utiliza o dióxido de carbono. Em 1818, Maria Pelletier e Joseph Caventou cunharam o termo “clorofila” para se referir ao pigmento verde e dotado de enzimas fotorreceptoras que possibilita a realização da fotossíntese.

A fotossíntese pode ser definida como um processo de conversão de energia luminosa em energia química. Ela é realizada por plantas, algas e cianobactérias, que são classificadas como organismos autotróficos e fotossintetizantes por serem capazes de produzir o próprio alimento a partir da luz.

Uma pesquisa descobriu que as enzimas capazes de realizar o processo-chave na fotossíntese oxigenada – dividir a água em hidrogênio e oxigênio – já estavam presentes nas primeiras bactérias que surgiram na Terra, mudando a forma como pensamos que a vida evoluiu. Além disso, um outro estudo provou que um tipo de alga que evoluiu há mais de um bilhão de anos possuía uma proteína necessária para a realização da fotossíntese, passando-a para as outras gerações desse organismo. 

A importância da fotossíntese

O oxigênio produzido pelos organismos fotossintetizantes é fundamental para a manutenção da vida no planeta na forma como a conhecemos. Além disso, os produtos gerados a partir da fotossíntese moldaram a história-material da humanidade, pois deram origem a recursos como petróleo, gás natural, celulose, carvão e lenha. Esses recursos existem em decorrência da transformação da luz solar em reservas de energia (fotossíntese), seguida por outros processos geológicos e tecnológicos.

Equação da fotossíntese

A fotossíntese é um processo longo e complexo que pode ser resumido, de forma geral, pela seguinte equação:

• 6CO2 +12H2O + luz → C6 H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

Onde ocorre a fotossíntese

Em plantas e algas, a fotossíntese ocorre no interior dos cloroplastos. Já em cianobactérias, é realizada junto a lamelas membranosas presentes na parte líquida do citoplasma.

O cloroplasto é uma organela que apresenta uma membrana externa e uma membrana interna. Seu interior tem lamelas membranosas, ligadas a pequenas bolsas denominadas tilacoides. O espaço interno é preenchido pelo estroma, um fluido viscoso que contém DNA, ribossomos e enzimas que auxiliam no processo de fotossíntese. É dentro desses tilacoides e lamelas que se encontram as moléculas de clorofila.

Pesquisadores da Universidade de Neuchâtel reconstruíram os mecanismos bioquímicos da fotossíntese e mostraram que os cloroplastos levam 24 horas para se formar e se multiplicar no interior de um organismo fotossintetizante. Esse fator facilita a ocorrência do processo, que depende diretamente dessa organela.

Etapas da fotossíntese

A fotossíntesepode ser dividida em duas fases: a fase fotoquímica, ou fase clara, e a fase química, também chamada de fase escura.

A fase fotoquímica só ocorre na presença de luz e acontece nos tilacoides e nas lamelas membranosas. Sua função principal é converter energia luminosa em energia química. Ela é composta por dois grandes processos: a fotólise da água e a fotofosforilação.

A fase química não depende de luz e é realizada em outra parte do cloroplasto, o estroma. Nela, os produtos da fase anterior, a fotoquímica, se juntam ao dióxido de carbono atmosférico para produzir glicose, água e amido, no denominado Ciclo de Calvin-Benson.

Fase fotoquímica

Fotólise da água

A fotólise da água é a primeira etapa da fotossíntese e é o momento em que a energia luminosa recebida promove a quebra das moléculas de água, gerando gás oxigênio, elétrons e H+. O oxigênio gasoso é liberado para a atmosfera, enquanto as moléculas livres de hidrogênio (H+) são atraídas por um composto denominado NADP+, dando origem ao NADPH, que será utilizado na fase química para a construção das moléculas de glicose.

• H2O ⇾ 2H+ + 2 elétrons + ½ O2
• NADP+ + H+⇾ NADPH

Fotofosforilação

É na fotofosforilação que ocorre a formação do ATP, a partir da adição de um fosfato inorgânico (Pi) a uma molécula de ADP (adenosina difosfato), utilizando a energia luminosa. As moléculas de ATP constituem a principal forma de energia química sintetizada pelos seres vivos. Essa etapa da fotofosforilação ocorre em paralelo à fotólise da água e cada uma delas gera produtos que serão usados na fase seguinte da fotossíntese.

Essa etapa é representada pela fórmula: ADP + Pi ⇾ ATP

Fase química

Última fase da fotossíntese, é na fase química que se utiliza o gás carbônico proveniente do ambiente ou da respiração celular da planta e são empregados dois compostos gerados na fase anterior: ATP e NADPH. É nessa etapa que ocorre o chamado Ciclo de Calvin-Benson, uma sequência de reações que gera glicose, água e amido.

Fotossíntese artificial

A fotossíntese artificial consiste em uma tecnologia que imita o processo de fotossíntese para a produção de energia renovável. Ela é uma alternativa sustentável, entretanto. Dessa forma, uma pesquisa desenvolveu uma técnica que aumenta a eficiência da produção dessa energia verde. A tecnologia consiste em incorporar fragmentos de algas encapsulados nos sistemas de energia solar.

As algas são organismos fotossintetizantes, quando os pequenos fragmentos absorvem a luz solar, esta é direcionada para as extremidades do fragmento. Com isso, incorporando as pequenas partes das algas nas placas solares, a energia absorvida entra em contato com as placas e aumenta a eficiência do painel solar.

Conclusão

A fotossíntese é resultado da junção das duas fases descritas acima, a fase fotoquímica e a fase química. Todas as formas de vida existentes na Terra dependem de alguma maneira dos produtos gerados pela fotossíntese: o oxigênio e a glicose. Além disso, a fotossíntese é fundamental para o equilíbrio da composição atmosférica.

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