Fotossíntese...

Introdução

A fotossíntese é um processo biológico realizado pelas plantas e outros organismos, como as algas, em que ocorre a transformação da energia luminosa em energia química, com o objetivo de suprir as necessidades metabólicas necessárias para o crescimento e reprodução destes seres vivos.

Os organismos fotossintetizantes, ou seja, que realizam a fotossíntese, capturam a energia solar e a transformam-na em energia química na forma de ATP, molécula responsável pelo armazenamento de energia em suas ligações químicas, e de NADPH, uma importante coenzima presente nas células que participa de reações de oxi-redução, que são produtos originados da reação da energia solar com a clorofila presente nas folhas. Essas moléculas são usadas como fonte de energia para originar carboidratos (glicose) e outros componentes orgânicos a partir do CO2atmosférico e H2O, que simultaneamente liberam O2 na atmosfera. Estes organismos podem posteriormente utilizar a energia armazenada nos carboidratos para produzir outras moléculas necessárias para a sua sobrevivência. Esses seres vivos que sintetizam o seu próprio alimento são chamados de seres autótrofos e correspondem à base da cadeia alimentar.

A fotossíntese é a fonte fundamental de quase toda a energia biológica. Se não houvesse fotossíntese, não haveria alimento para a grande maioria das formas de vida que não consegue sintetizar seu próprio alimento (heterótrofos como o homem e a maioria dos animais) e depende dos seres autótrofos como fonte de alimento.

Como as plantas realizam a fotossíntese

Na fotossíntese, ocorre essencialmente a combinação de dióxido de carbono (CO2) e da água (H2O) que juntos de moléculas de ATP e NAPH formam vários compostos, entre eles, os carboidratos (glicose), cujo processo libera oxigênio (O2) para a atmosfera.

As plantas retiram a H2O do solo através de suas raízes e o CO2 do ar atmosférico. A luz solar é fundamental para que o processo da fotossíntese ocorra. Ela é absorvida pelas folhas das plantas por meio dos cloroplastos, que estão localizados no interior da célula vegetal e onde está armazenada a clorofila. A clorofila é um pigmento que exerce importante função na fotossíntese e é responsável pela coloração verde das folhas. A clorofila e a energia solar, através de reações químicas, transformam a água e o gás carbônico a partir de ATP e NADPH em glicose e outros carboidratos - n(CH2O).

Por causa da nossa dependência da energia solar, para o fornecimento de energia e alimento, a descoberta do mecanismo da fotossíntese é um marco central na pesquisa bioquímica. O processo básico da fotossíntese e sua fórmula são a seguinte:

Os açúcares, além dos sais minerais (substâncias contendo principalmente nitrogênio, fósforo e potássio), são conduzidos ao longo dos canais existentes na planta para todas as suas partes. A planta utiliza parte desse alimento para viver e crescer, e a outra parte permanece armazenada nas raízes, caules e sementes.
O CO2 liberado pela respiração dos seres heterótrofos retorna para a atmosfera para ser utilizado novamente pelos organismos fotossintetizantes. A energia solar fornece, então, a energia para o ciclo contínuo de CO2 e de H2O atmosféricos através da biosfera e fornece os substratos reduzidos (combustíveis), como a glicose, dos quais dependem os organismos não fotossintetizantes (heterótrofos).

A fotossíntese compreende dois processos:

• reações fotoquímicas - caracterizadas por acontecerem na presença de luz e caracterizam-se pela absorção da luz solar pelas plantas resultando na formação dos compostos reduzidos NADPH e ATP.

• reações bioquímicas - ocorrem tanto em ambiente de luz quanto no escuro, não requerendo necessariamente a presença da luz. Nessa fase o ATP e o NADPH são utilizados para a síntese de carboidratos, como o açúcar.

A importância da fotossíntese

De uma forma direta, através das plantas, ou indireta, através dos animais herbívoros, a fotossíntese supre todas as nossas necessidades alimentares. Além disso, nos fornece uma enorme quantidade de fibras e materiais de construção, como a celulose e a madeira. A cada ano, as plantas e as algas através da fotossíntese, convertem mais de 100 bilhões de toneladas métricas de CO2 e H2O em celulose e outros produtos.

A energia armazenada em fontes combustíveis com lenha e óleos, assim como em combustíveis fósseis (carvão, petróleo, e gás natural) que são utilizados como fontes de energia em várias partes do mundo, também é o produto da fotossíntese, que ocorreu a milhões de anos atrás.
A discussão em torno do aquecimento global, causado pelo efeito estufa têm sido um tema bastante debatido no mundo atual. Uma vez que a fotossíntese afeta a composição atmosférica, o seu entendimento é essencial para compreendermos como o ciclo do carbono e outros gases afetam o clima global.

A queima de toneladas de combustíveis fósseis todos os dias contribui para o incremento da quantidade de CO2 na atmosfera. Calcula-se que a quantidade de energia livre capturada na fotossíntese durante um ano é de 1017 kJ (kilojoules), o que corresponde a 10 vezes a energia gasta em combustíveis fósseis (petróleo, carvão, gás natural) pela humanidade no mesmo período. A natureza durante milhares de anos fixou esse mesmo CO2pelo processo da fotossíntese e agora estamos liberando-o na atmosfera, fazendo com que haja um problema global. Como visto anteriormente, o processo da fotossíntese envolve essencialmente a retirada do CO2 da atmosfera devolvendo para a mesma o O2, gerando com isso a purificação do ar.

Todo o oxigênio da atmosfera é renovado a cada 2 mil anos pelo processo da fotossíntese. Este número ilustra a importância das plantas como organismos renovadores do oxigênio, pois retiram o gás carbônico liberado na nossa respiração ou na queima de combustíveis e ao final liberam oxigênio para a atmosfera.

Algumas plantas podem ter um crescimento maior em ambiente rico em CO2, as chamadas plantas C3, caracterizadas por formar como primeiro produto da fotossíntese uma molécula de 3 carbonos, como o feijão. O cultivo de plantas com esta característica poderia ser uma forma de diminuir a concentração de CO2 no ambiente, visto que elas têm um melhor aproveitamento na fixação de carbono em relação a outras que não necessitam de uma concentração elevada do gás, as plantas C4, caracterizadas por formar como primeiro produto da fotossíntese um molécula com 4 carbonos, como o milho.

O segredo da coleta de energia solar pelas plantas pode fornecer eficientes meios de aproveitamento da energia solar e novas tecnologias. Além disso, a compreensão da fotossíntese pode permitir a sua alteração através de técnicas modernas de biologia molecular, tornando o rendimento das plantas mais eficiente, aumentando assim a sua produtividade

A descoberta do fenômeno

Veja o longo curso do homem até entender o processo de fotossíntese:

• O filósofo grego Aristóteles já havia estudado a influência do sol para a cor verde das plantas. 
• Em 1727, o botânico inglês Stephan Hales observou que as plantas usavam principalmente o ar como fonte de nutrientes para o seu crescimento.
• Na segunda metade do século 18, Jan Ingenhousz realizou experimentos que demonstravam a utilização do dióxido de carbono do ar como nutriente para as plantas.
• Em 1771, o químico inglês Joseph Priestley colocou uma planta fechada numa redoma de cristal e observou que ela liberava uma substância que permitia a combustão, o oxigênio.
• No início do século 19, Nicolas Théodore de Saussure descobriu que os vegetais incorporavam água em seus tecidos.
• Na segunda década do Século 19, descobriu-se a clorofila. Julius Von Sachs demonstrou a localização da clorofila, cujo local de armazenamento se chama cloroplasto.
• Em 1954, Daniel Israel Arnon obteve cloroplastos a partir de células de espinafre, reproduzindo em laboratório as reações completas da fotossíntese.

Curiosidades

Tire algumas dúvidas sobre a fotossíntese

Por que as folhas das plantas são verdes?

As folhas das plantas são verdes porque possuem grande quantidade de clorofila nas suas células. A luz é formada por vários comprimentos de onda sendo cada um destes representados por uma cor. Somos capazes de ver apenas as cores refletidas por determinada estrutura e não as que absorvidas. A clorofila absorve os comprimentos de onda de cor vermelha e azul e reflete os comprimentos de onda das cores restantes que juntos formam a cor verde.
Por que a maioria das frutas não maduras é verde? 

As frutas apresentam além da clorofila outros pigmentos como as xantofilas e os carotenóides. A clorofila, de coloração verde, se sobressai em relação aos demais pigmentos em frutos não maduros. Quando alguns frutos iniciam a maturação ocorre a degradação da clorofila e os outros pigmentos, então, passam a refletir suas cores como por exemplo, vermelho ou amarelo.
Porque plantas que não produzem clorofila morrem cedo?

A clorofila, pigmento essencial para que ocorra a fotossíntese, está presente no interior dos cloroplastos das células vegetais e é responsável pela coloração verde das plantas. Em uma célula vegetal, podem ocorrer mutações genéticas que tornam os cloroplastos inativos os quais recebem o nome de leucoplastos. As folhas então são incapazes de produzir a clorofila e ficam brancas. As plantas que possuem folhas com essas características têm uma vida de curta duração, pois não conseguem produzir energia através da fotossíntese. A isto se explica o fato de ser difícil encontrar plantas albinas na natureza, sendo estas observadas apenas em laboratórios ou estufas, quando são realizadas germinações de grandes quantidades de sementes.
Protótipo de bateria que funciona com açúcar

A Sony (empresa multinacional de origem japonesa fabricante de produtos eletrônicos) desenvolveu um protótipo de bateria que gera eletricidade tendo como fonte de energia o açúcar. Esta biobateria é revestida com plástico vegetal, possui 3,9 centímetros de cada lado e funciona com a injeção de uma solução de açúcar. A bateria tem enzimas que quebram o açúcar e liberam energia. Segundo a Sony, a bateria pode ser suficiente para um reprodutor de músicas e um par de alto-falantes. Testes com células da bateria em questão atingiram uma produção de 50 milliwatts de energia. O açúcar em questão é um dos produtos da fotossíntese gerado pelas plantas que constituí uma fonte renovável de energia.