Os tipos de pigmentos utilizados na fotossíntese variam nos diferentes grupos de organismo fotossintetisantes. Nos vegetais superiores, os pigmentos mais importantes são a clorofila a e a clorofila b, pigmentos verdes que absorvem a luz no violeta, no azul e no vermelho, refletindo no verde; por isso, são verdes. Colocando-se em um gráfico os diferentes comprimentos de onda em função da taxa em que se processa a fotossíntese, pode-se verificar o espectro de ação da luz na fotossíntese:



Observando-se os gráficos apresentados, pode-se notar que os picos do espectro de ação da luz na fotossíntese e os dos espectros de absorção da luz pela clorofila têm padrão semelhante, evidenciando que a clorofila é o pigmento mais importante na recepção da luz na fotossíntese.

A absorção da luz pela clorofila se faz com intensidade máxima nas faixas de comprimento de onda de 450 nm (nanômetros), que é correspondente à luz azul, e 700 nm que corresponde, à luz vermelha. O nanômetro ainda é muito conhecido como milimícron. A absorção da luz verde é quase nula. A clorofila reflete-a quase integralmente. E é por isso que nós a vemos dessa cor.

As curvas indicam:

Espectro de absorção da luz pela clorofila; espectro de absorção da luz pela clorofila b; O espectro de ação da fotossíntese não corresponde rigorosamente ao espectro de absorção da luz pelas clorofilas. Considerando o fenômeno fotossíntese em termos gerais, a resposta à luz vermelha é maior do que à luz azul. Isso se explica porque os pigmentos acessórios (xantofila, licopeno e caroteno) absorvem intensamente certas radiações de forma mais eficiente que as clorofilas, transferindo depois a elas a energia absorvida.

Em certas plantas aquáticas, outros pigmentos, com ficoeritrina e a ficoxantina, também absorvem a luz eficientemente. Nesses casos, o espectro de ação da luz na fotossíntese é diferente daquele apresentado anteriormente, estando os picos de maior taxa de fotossíntese praticamente coincidentes com os de absorção pelos pigmentos citados.

A equação tradicional da fotossíntese é:



Essa reação, no entanto, não pode mais ser aceita como correta, tendo em vista que o oxigênio liberado na fotossíntese provém da água e não do gás carbônico. Isto foi confirmado por um experimento clássico (década de 40), no qual o oxigênio da água foi marcado com o isótopo O18, verificando-se que todo o oxigênio liberado na fotossíntese era isótopo –18.

Dessa forma, a reação aceita é:



Essa equação mostra o processo de síntese de compostos orgânicos a partir de substâncias inorgânicas, utilizando-se a energia luminosa e com liberação de oxigênio.

Hoje, sabemos que a fotossíntese se processa em duas etapas. Na primeira, a luz cede energia para a clorofila. Portanto, essa etapa não ocorre sem a presença de luz. Ela é conhecida com fase luminosa da fotossíntese ou reações de claro. Na segunda etapa, a energia retida por certos compostos, vai permitir uma série de reações que vão levar ao aparecimento da glicose. Essa etapa pode ocorrer mesmo na ausência da luz. É a fase escura ou reações de escuro da fotossíntese.

Fase clara

A fotossíntese é dividida em duas fases: clara e escura. A fase clara, também chamada de fotoquímica, consiste na incidência da luz solar sob a clorofila A. Elétrons são liberados e recebidos pela plastoquinona (aceptor primário de elétrons). Estes elétrons passam por uma cadeia transportadora liberando energia utilizada na produção de ATP. Os elétrons com menos energia entram na molécula de clorofila A repondo os liberados pela ação da luz. A molécula de clorofila absorve energia luminosa. Este energia é acumulada em elétrons que, por este fato, escapam da molécula sendo recolhidos por substâncias transportadoras de elétrons. A partir daí, estes irão realizar a fotofosforilação, que, dependendo da substância transportadora, poderá ser cíclica ou acíclica. Em todos os dois processos, os elétrons cedem energia, que é utilizada para a síntese de ATP através de fosforilação (processo em que adiciona um fosfato rico em energia no ADP).

Fotofosforilação acíclica

Esta relacionada basicamente com a fotólise da água Fotofosforilação cíclica: O elétron sai da clorofila A, é captado pela ferrodoxina e passa por transportadores de elétrons, havendo nos cloroplastos. liberação de energia, que será utilizada na síntese de ATP. É importante citar que estes processos acontecem simultaneamente nos cloroplastos.

Fase escura

Ocorre no estroma dos cloroplastos e é nesta fase que se forma a glicose, pela reação inicial entre o gás carbônico atmosférico e um composto de 5 carbonos, a ribulose difosfato (RDP), que funciona como “suporte” para a incorporação do CO2.

Ciclo de Calvin

A molécula de CO2 se liga ao suporte de RDP desencadeando um ciclo de reações no qual se formam vários compostos de carbono. Para formação de uma molécula de glicose é necessário que ocorram 6 ciclos destes. Os átomos de Hidrogênio da água são adicionados a compostos de carbonos, obtidos a partir de CO2, havendo uma redução de gás, com produção de glicose.

Plantas C4

O mecanismo de fixação do CO2 não representa o único, descoberto por Calvin, utilizado pelas plantas verdes para fixar este elemento. Em 1960, foram encontradas evidências de que o primeiro produto fotossintético da cana de açúcar não era o PGA de 3 carbonos, mas um composto de 4 carbonos. Este aspecto se distingue das plantas C 3 nas quais o produto intermediário da fotossíntese é um composto de 3 carbonos, o PGA.

Plantas Canr

Um terceiro modo de fixação, a fotossíntese com metabolismo ácido, evoluiu independentemente em muitas plantas como os cactos. Utiliza-se também moléculas de 4 carbonos. Nestas plantas, os ácidos málicos e isocítrico acumulam-se nas plantas durante a noite e são novamente convertidos em gás carbônico na presença de luz. Este processo é claramente favorável em condições de alta luminosidade e escassez de água. Estas plantas dependem muito deste processo, pelo fato de seus estômatos estarem fechados durante o dia a fim de retardar a perda de água. As células estomáticas são as únicas células epidérmicas que fazem fotossíntese e produzem glicose.

Fatores que afetam a Fotossíntese

A fotossíntese é afetada por vários fatores, tais como a intensidade luminosa, a temperatura e a concentração de gás carbônico no ar. Por exemplo: em uma planta mantida em um ambiente com temperatura e concentração de CO2 constantes, a quantidade de fotossíntese realizada passa a depender exclusivamente da luminosidade

Temperatura



Qualquer temperatura abaixo ou acima da “ótima” resulta em condição limitante para as reações de fotossíntese. Abaixo da temperatura “ótima” a energia cinética das moléculas reagentes (CO2, H2O) é insuficiente para conseguir o rendimento químico. Acima da “temperatura ótima” as enzimas vão se desnaturando, podendo até parar as reações.

Concentração de CO2

No ar atmosférico há uma mistura de gases: N2 78% ; O2 21% ; CO2 0,035%.



A construção do gráfico acima utiliza dados obtidos em condições experimentais de laboratório. Observa-se que a concentração ótima é atingida em 0,2% de CO2, pois acima dessa concentração a taxa de fotossíntese já não poderá melhorar. Conseqüentemente, qualquer concentração abaixo desse ótimo (0,2%) está funcionando como limitante para o melhor rendimento do processo.

A concentração do CO2 no ar atmosférico exerce contribuição importante para a temperatura ambiente. Os estudiosos estimam que se essa concentração chegar em torno de 0,05% o calor será suficiente para descongelar parcela das calotas polares, fazendo subir o nível dos mares, o que provocaria inundações catastróficas.

Intensidade luminosa

Sendo a energia luminosa de natureza ondulatória eletromagnética, a freqüência (ou comprimento de onda) determina as diferenças de cores no espectro visível, enquanto a amplitude é responsável pela intensidade luminosa forte ou fraca.

Durante o dia, entre 11 horas e 14 horas a intensidade luminosa é muito forte, enquanto ao amanhecer ou ao entardecer essa intensidade é fraca.



A observação do gráfico acima demonstra que as intensidades luminosas abaixo do ponto de saturação luminosa são valores limitantes do processo fotossintético. Acima dessa “intensidade ótima” já não haverá mais melhoria na taxa de rendimento. Os fatores analisados estão todos presentes ao mesmo tempo no ambiente e os componentes limitantes podem ser dois ou mais concomitantemente. O que se procura analisar, nas condições naturais, é qual deles estará influindo de maneira mais decisiva como fator limitante da fotossíntese.

Quimiossíntese

Certas bactérias que vivam no solo são capazes de construir suas cadeias de carbono a partir de gás carbônico, água e outras substâncias minerais sem utilizar energia luminosa. Elas provocam a oxidação de substâncias minerais do solo e, então, aproveitam a energia liberada nessas reações químicas para sintetizar suas substâncias orgânicas da seguinte maneira:



Se comparado à fotossíntese, este processo, chamado quimiossíntese, representa uma fração muito pequena do processo de produção de cadeias de carbono. Entretanto ele tem importância fundamental no ciclo dos compostos nitrogenados. É graças a um tipo especial de quimiossíntese que os compostos nitrogenados, originados da decomposição da matéria orgânica dos cadáveres, podem ser aproveitados pela planta.

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