Fotossíntese: o que é, como se faz e suas fases - Médico - 2023

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A presença de oxigênio na atmosfera terrestre é algo com que estamos tão acostumados que nem prestamos a atenção que merece. Mas a verdade é que nós e todos os animais da Terra podemos respirar graças aos organismos que, desde 2,4 bilhões de anos atrás, desenvolveram uma via metabólica que mudaria para sempre a história evolutiva de nosso planeta.

Estamos falando sobre fotossíntese. E o surgimento dos primeiros organismos fotossintéticos permitiu que a atmosfera terrestre contivesse 0% de oxigênio, que hoje é o segundo gás principal (atrás do nitrogênio), representando 28% de seu volume.

A fotossíntese não só torna os organismos capazes de realizá-la (principalmente plantas, algas e cianobactérias) nos fornecem o oxigênio de que precisamos para respirar, mas também permite que a matéria orgânica seja constantemente reciclada, sendo o esteio de todas as cadeias alimentares do mundo.

Mas que seres vivos fazem isso? Como eles geram energia a partir da luz? Como eles podem criar sua própria comida? Em que fases está dividido? No artigo de hoje, responderemos a essa e a todas as outras questões importantes sobre a fotossíntese da maneira mais clara e concisa.

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O que é fotossíntese?

A fotossíntese oxigenada é uma via metabólica na qual alguns organismos autotróficos que possuem clorofila (agora apresentaremos todos esses conceitos), usar a luz do sol para transformá-la em energia química e capturar o dióxido de carbono atmosférico para usar como base para a formação de moléculas orgânicas, expelindo oxigênio como um produto residual.

Mas o que isso significa para os autótrofos? Bem, a fotossíntese é uma das principais formas de autotrofia e os seres vivos autotróficos são aqueles capazes de sintetizar matéria orgânica a partir de moléculas inorgânicas. Em outras palavras, eles não precisam se alimentar de outras coisas vivas.

Plantas, algas e cianobactérias são autótrofas no sentido de que, graças à luz solar e à fixação de dióxido de carbono (além da água e dos minerais), têm tudo de que precisam para sintetizar seus próprios alimentos.

Os animais, por outro lado, não são autótrofos. Somos exatamente o oposto: heterótrofos. Não podemos sintetizar nossa própria comidaEm vez disso, a matéria orgânica de que necessitamos para o nosso corpo tem que vir também de fontes orgânicas, o que significa que temos que nos alimentar de outros seres vivos, sejam eles animais ou plantas.

Portanto, a fotossíntese pode ser entendida como uma rota metabólica na qual, utilizando a luz solar como fonte de energia e o dióxido de carbono, água e minerais como fonte de matéria inorgânica, os seres vivos com clorofila são capazes de obter a energia química necessária para se manterem vivos e sintetizar matéria orgânica para crescer e se desenvolver.

Como veremos mais adiante, essa matéria orgânica gerada por organismos fotossintéticos está na forma de açúcares que sobem na cadeia alimentar. É por isso que a fotossíntese é tão importante globalmente.

Mas não só porque é o pilar nutricional, mas porque permite o fluxo de oxigênio. Como já dissemos, os organismos heterotróficos fazem exatamente o oposto desses fotossintéticos. Em outras palavras, consumimos matéria orgânica e, como resíduo, geramos matéria inorgânica (o dióxido de carbono que exalamos). Bem, plantas, algas e cianobactérias, Eles “consomem” essa matéria inorgânica que geramos, produzem nova matéria orgânica e, ao longo do caminho, liberam o oxigênio que respiramos.

Como podemos ver, enquanto obtemos a energia da degradação da matéria orgânica, os seres fotossintéticos não podem fazer isso (eles não degradam a matéria orgânica), então seu combustível é a luz solar.

Portanto, embora a fotossíntese seja justamente o oposto do que fazemos, é justamente nessa diferença que está o equilíbrio perfeito do mundo. E basta ficar com a ideia de que a fotossíntese é o processo bioquímico em que, usando a luz como fonte de energia, a matéria orgânica é sintetizada a partir do inorgânico e gerado oxigênio.

"Foto" é leve. Portanto, poderia ser definido como a síntese (de matéria orgânica) a partir da luz. Agora veremos quais organismos o realizam e entenderemos como ocorre o processo.

Quais organismos realizam a fotossíntese?

Os principais organismos fotossintéticos oxigenados (existem outras formas de fotossíntese, mas a que nos interessa é aquela que gera o oxigênio como resíduo) são três: plantas, algas e cianobactérias. E é muito importante analisá-los porque, apesar de terem o mesmo metabolismo, são seres muito diferentes. Entre todos eles, eles fixam (capturam) mais de 200 milhões de toneladas de carbono a cada ano na forma de dióxido de carbono.

Andares

As plantas constituem um dos sete reinos dos seres vivos e surgiram há cerca de 540 milhões de anos. as plantas são organismos multicelulares constituídos por células vegetais, que têm a propriedade quase exclusiva (compartilhada com algas e cianobactérias) de realizar a fotossíntese, que já vimos é o processo que permite a síntese da matéria orgânica graças à energia química obtida da luz.

De qualquer forma, suas células têm uma parede celular característica e um vacúolo, que é uma organela que serve para armazenar água e nutrientes. Todos nós sabemos exatamente o que são e, na verdade, são os primeiros organismos que vêm à mente quando pensamos em fotossíntese. Descobrimos um total de 215.000 espécies de plantas e todas elas, desde uma sequóia até um arbusto, realizam a fotossíntese.

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Algas

As algas são um dos principais organismos fotossintéticos e, no entanto, as dúvidas vêm aqui. Eles são plantas? Eles são cogumelos? O que exatamente são algas? Bem, nenhuma das opções acima está correta. Eles não são plantas nem fungos.

As algas são cromistas, um dos sete reinos dos seres vivos. É normal que o nome não seja familiar, pois é o menos conhecido de todos. É um grupo de seres vivos que, até 1998, eram considerados protozoários, mas que acabaram formando seu próprio reino.

Nesse sentido, os cromistas são geralmente organismos unicelulares (embora algumas espécies de algas sejam multicelulares) com uma espécie de armadura em torno dessas células que lhes confere rigidez. Podem adotar metabolismos muito diversos, semelhantes aos dos fungos (que são heterotróficos como os animais) e até dos vegetais.

E é aí que as algas entram. As algas são cromistas unicelulares ou multicelulares que geralmente habitam a água, embora existam espécies terrestres, e que realizam a fotossíntese. Mais de 30.000 espécies marinhas diferentes foram descritas.

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Cianobactéria

As cianobactérias são talvez os organismos fotossintéticos menos conhecidos, mas isso é muito injusto, uma vez que foram eles que "inventaram" a fotossíntese. Na verdade, por estarmos vivos hoje, devemos isso a esse tipo de bactéria.

As cianobactérias são seres unicelulares (como todas as bactérias) e são os únicos organismos procarióticos capazes de fotossíntese oxigenada. Eles surgiram há cerca de 2,8 bilhões de anos, em uma época em que não havia oxigênio na atmosfera e, na verdade, este era um gás tóxico para todas as outras formas de vida, que se limitavam às bactérias.

A evolução fez com que eles desenvolvessem uma forma de metabolismo que gerava oxigênio como um produto residual. Ao expandir-se enormemente e causar um aumento nas quantidades deste gás tóxico (naquela época), causou, há 2,4 bilhões de anos, um fenômeno conhecido como a Grande Oxidação, que foi uma das maiores extinções em massa da história e o ponto de viragem na história dos seres vivos, uma vez que apenas aqueles que podiam usar o oxigênio sobreviveram.

Eles também permitiram que, há cerca de 1,85 bilhão de anos, houvesse oxigênio suficiente na atmosfera para a formação da camada de ozônio, algo essencial para que a vida na terra fosse possível.

Existem cerca de 2.000 espécies diferentes de cianobactérias e hoje continuam a habitar muitos ecossistemas aquáticos de água doce e, de fato, estima-se que ainda são responsáveis por 30% da fotossíntese global.

Para saber mais: "Cianobactérias: características, anatomia e fisiologia"

Em que fases se divide a fotossíntese?

Tendo compreendido o que é e quais organismos fotossintéticos existem, é hora de ver exatamente como ocorre a fotossíntese. Aproximadamente, a fotossíntese é dividida em duas fases. O primeiro, denominado claro, consiste em obter energia química da luz solar. E o segundo, que é chamado de ciclo de Calvin, na síntese de matéria orgânica. Vamos ver em detalhes.

1. Estágio claro ou fotoquímico

O estágio claro ou fotoquímico é a primeira fase da fotossíntese e depende da luz. Seu objetivo é obter energia química a partir da radiação presente na luz solar. Mas como as plantas, algas e cianobactérias fazem isso?

Muito simples. Como bem sabemos, todos os organismos fotossintéticos possuem clorofila, um pigmento essencial para esta fase da fotossíntese. A fase clara ocorre nos tilacóides dos cloroplastos, que são organelas onde esse processo ocorre.

Basta entender que esses tilacóides são sacos achatados onde está contida a clorofila, que é um pigmento verde com uma propriedade única: quando a radiação solar o atinge, ele fica animado.

Mas o que significa ficar animado? Basicamente, os elétrons das camadas mais externas da clorofila são liberados e viajam, como se fossem eletricidade, através do que é conhecido como cadeia de transporte de elétrons.

Graças a esta viagem de elétrons através dos cloroplastos, uma série de reações químicas são desencadeadas (é aqui que a água é necessária para avançar o processo fotossintético) que culminam na síntese de moléculas chamadas ATP.

O ATP, trifosfato de adenosina, é uma molécula que funciona como uma "moeda de energia" em todos os seres vivos. O que acontece é que a obtemos da degradação da matéria orgânica, mas desses organismos fotossintéticos, da energia solar.

Mas o que é ATP? Como já dissemos, é uma molécula composta por um açúcar, uma base nitrogenada e três grupos fosfato ligados a esse açúcar. Sem ir muito fundo, basta entender que, ao quebrar uma dessas ligações entre os fosfatos, além de ter uma molécula de ADP (difosfato de adenosina, já que se perdeu um fosfato), se libera energia.

Portanto, a quebra dessa molécula de ATP, como se fosse uma explosão, dá energia para a célula para desempenhar suas funções vitais. Todo o metabolismo, tanto o nosso quanto as plantas, é baseado na obtenção de moléculas de ATP para energia. Como podemos ver, o ATP é o combustível das células e das plantas, as algas e as cianobactérias o obtêm graças à excitação dos cloroplastos pela incidência da luz solar.

Agora o corpo já tem energia, mas essa energia é inútil se não puder ser usada para sintetizar matéria orgânica. E é aí que você entra no segundo estágio da fotossíntese.

2. Ciclo de Calvin ou estágio escuro

O estágio escuro refere-se à fase da fotossíntese que é independente da luz, mas isso não significa que só escurece à noite. Significa simplesmente que, neste estágio, a energia da luz não precisa ser usada. É verdade que o fazem mais no escuro, pois aproveitam o facto de não poderem obter mais energia, mas não é exclusivo à noite. Portanto, para evitar confusão, é melhor trabalhar com o termo do ciclo de Calvin.

O ciclo de Calvin, então, é o segundo e último estágio da fotossíntese. Como já sabemos, agora assumimos que a célula obteve moléculas de ATP, ou seja, você já tem o combustível necessário Para continuar com o processo.

Nesse caso, o ciclo de Calvin ocorre dentro do estroma, cavidades diferentes dos tilacóides que vimos na primeira fase. Nesse momento, o que o organismo fotossintético faz é fixar o dióxido de carbono, ou seja, capturá-lo.

Mas com que propósito? Muito simples. O carbono é a espinha dorsal de toda matéria orgânica. E a nutrição se baseia, basicamente, na obtenção de átomos de carbono para constituir nossos tecidos e órgãos. Pois bem, a fonte de carbono para as plantas é de origem inorgânica, sendo o dióxido de carbono a substância que lhes dá esses átomos.

Portanto, o que deve ser feito nesta fase é passar do dióxido de carbono a um açúcar simples, ou seja, ao contrário do que fazemos (degradamos matéria orgânica para dar substâncias inorgânicas como resíduos), os fotossintéticos têm que sintetizar matéria orgânica complexa a partir de matéria orgânica simples substâncias inorgânicas.

Como podemos deduzir, aumentar a complexidade química é algo que requer energia. Mas não acontece nada. Na fase fotossintética anterior, obtivemos ATP. Portanto, quando a planta, alga ou cianobactéria já assimilou o dióxido de carbono, ela quebra as ligações do ATP e, graças à energia liberada, o carbono passa por diferentes rotas metabólicas unindo-se a diferentes moléculas até que, finalmente, foi obtido um açúcar simples, ou seja, matéria orgânica.

Ao longo desse processo, o oxigênio é liberado como um produto residual, pois após a captura do carbono do dióxido de carbono (CO2), permanece o oxigênio livre (O2), que retorna à atmosfera para ser respirado pelos heterótrofos, que por sua vez irão gerar o dióxido de carbono como resíduo, reiniciando o ciclo.

Como podemos ver, o ciclo de Calvin consiste em utilizar a energia na forma de ATP obtida na etapa fotoquímica graças à radiação solar para sintetizar matéria orgânica (açúcares simples) a partir de substâncias inorgânicas que oferecem átomos de carbono, consumindo dióxido de carbono e liberando oxigênio ao longo do caminho.

Para saber mais: "Ciclo de Calvin: o que é, características e resumo"