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Fotossíntese é o processo pelo qual as plantas e alguns microorganismos produzem substâncias como carboidratos. É um processo químico endotérmico (absorve calor) que utiliza a luz solar para transformar dióxido de carbono em açúcares. Os açúcares são utilizados pela célula como energia, e para construir outros tipos de moléculas.
Fotossíntese é muito importante para a vida na Terra. As plantas verdes se constroem usando a fotossíntese. Algas, protists e algumas bactérias também a utilizam. Algumas exceções são organismos que obtêm sua energia diretamente de reações químicas; estes organismos são chamados quimioautotrofos.
Fotossíntese pode acontecer de diferentes maneiras, mas há algumas partes que são comuns.
6 CO2(g) + 6 H2O + fótons → C6H12O6(aq) + 6 O2(g) dióxido de carbono + água + energia luminosa → glicose + oxigênio O dióxido de carbono entra na folha através dos estômatos por Difusão da atmosfera. A água é absorvida do solo pelas células capilares radiculares, que têm uma área superficial aumentada para uma maior absorção de água.
Fotossíntese ocorre nos cloroplastos das folhas (ou outros tecidos verdes). Eles contêm clorofila, o pigmento verde que absorve a energia da luz. Nas folhas, as células paliçadas possuem cloroplastos para captar a luz.
O oxigênio é um resíduo da fotossíntese: ele sai da planta em respiração. Todo o oxigénio na atmosfera tem a sua origem nas plantas (incluindo os microrganismos que fazem fotossíntese)
Glucose é utilizada na respiração (para libertar energia nas células). É armazenada sob a forma de amido (que é convertido em glicose para a respiração no escuro). A glicose também pode ser convertida em outros compostos para crescimento e reprodução, por exemplo, celulose, néctar, frutose, aminoácidos e gorduras.
Reacções do processo
Fotossíntese tem dois conjuntos principais de reacções. Reações dependentes da luz precisam de luz para trabalhar; e reações independentes da luz, que não precisam de luz para trabalhar.
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Reações dependentes da luz
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Energia luminosa do sol é usada para dividir moléculas de água (fotólise). A luz solar atinge os cloroplastos na planta. Isto causa a divisão da água por uma enzima. A água, quando dividida, dá oxigênio, hidrogênio e elétrons.
Hidrogênio, juntamente com os elétrons energizados pela luz, converte o NADP em NADPH que é então usado nas reações independentes da luz. O oxigênio gasoso se difunde para fora da planta como um produto residual da fotossíntese, e o ATP é sintetizado a partir do ADP e do fosfato inorgânico. Tudo isto acontece na grana dos cloroplastos.
Reacção escura
Durante esta reacção, os açúcares são acumulados usando dióxido de carbono e os produtos das reacções dependentes da luz (ATP e NADPH) e vários outros químicos encontrados na planta no ciclo de Calvin. Portanto, a reação independente da luz não pode acontecer sem a reação dependente da luz. O dióxido de carbono difunde-se na planta e, juntamente com os produtos químicos do cloroplasto, ATP e NADPH, a glicose é feita e, finalmente, transportada ao redor da planta por translocação.
Factores que afectam a fotossíntese
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Há três factores principais que afectam a fotossíntese:
- Intensidade da luz
- Concentração de dióxido de carbono
- Temperatura
Intensidade da luz
Se houver pouca luz a brilhar numa planta, as reacções dependentes da luz não funcionarão eficientemente. Isto significa que a fotólise (decomposição da água pela luz) não acontecerá rapidamente e, portanto, pouco NADPH e ATP serão feitos. Esta escassez de NADPH e ATP levará às reacções independentes da luz que não funcionam como NADPH e ATP são necessárias para que as reacções independentes da luz funcionem.
A intensidade de luz necessária é facilmente investigada numa planta aquática como a alga do lago. As bolhas de oxigénio libertadas podem ser contadas ou o volume medido. Ao alterar a distância entre a luz e a planta, a intensidade da luz é feita para variar. A alteração da intensidade da luz irá afectar a alteração da taxa de fotossíntese. A iluminação artificial pode ser usada no escuro para maximizar a taxa fotossintética.
Níveis de dióxido de carbono
O dióxido de carbono é usado nas reações independentes da luz. Combina com NADPH e ATP e vários outros produtos químicos (como o Bisfosfato de Ribulose) para formar glicose. Portanto, se não houver dióxido de carbono suficiente, então haverá um acúmulo de NADPH e ATP e não será formada glicose suficiente.
Temperatura
Existem muitas enzimas trabalhando em reações fotossintéticas – tais como a enzima na fotólise. Todas as enzimas funcionam melhor à sua temperatura óptima. Todas as reacções dependentes da luz e independentes da luz ocorrerão normalmente a uma temperatura média ou óptima. As plantas tropicais têm uma temperatura óptima superior à das plantas adaptadas a climas temperados.
Quando as temperaturas são demasiado baixas, há pouca energia cinética, por isso a taxa de reacção diminui. Se as temperaturas são demasiado altas, as enzimas desnaturam-se e a catálise da reacção de fotossíntese pára.
As estufas devem manter uma temperatura óptima para o funcionamento normal das plantas.
A evolução precoce
Os primeiros organismos fotossintéticos provavelmente evoluíram cedo na história da vida. Podem ter usado agentes redutores como o hidrogénio ou sulfureto de hidrogénio como fontes de electrões, em vez de água. As cianobactérias apareceram mais tarde, e o excesso de oxigénio que produziram contribuiu para a catástrofe do oxigénio. Isto tornou possível a evolução da vida complexa.
Eficácia
Hoje, a taxa média de captação de energia por fotossíntese globalmente é de aproximadamente 130 terawatts, o que é cerca de seis vezes maior do que a potência atual utilizada pela civilização humana. Os organismos fotossintéticos também convertem cerca de 100-115 mil milhões de toneladas métricas de carbono em biomassa por ano.
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