Fotossíntese

Fotossíntese

As plantas são capazes de produzir açúcar orgânico a partir de matéria inorgânica (dióxido de carbono e água).

Biologia

Palavras-chave

fotossíntese, fase clara, fase escura, cloroplasto, processo catabólico, autotróf, folha, luz, luz solar, oxigénio, material orgânico, dióxido de carbono, glicose, energia solar, água, produção de oxigénio, fixação do carbono, membrana interna, granum, tilacoide, estroma, fotossistema II, fotossistema I, pigmentos fotossintéticos, ATP, ATPase, sistema de transporte de eletrões, ácido 3-fosfoglicérico, gliceraldeído-3-fosfato, pentose-difosfato, transformação de energia, ciclo, fotão, gases atmosféricos, hidrato de carbono, Sol, metabolismo, planta, bioquímica, biologia, _javasolt

Itens relacionados

Cenas

O princípio da fotossíntese

  • CO₂ - O dióxido de carbono é uma molécula inorgânica, a partir da qual a planta produz uma molécula orgânica, o açúcar. As plantas são organismos autotróficos, capazes de converter substâncias inorgânicas em substâncias orgânicas. Disto não são capazes os organismos heterotróficos, tais como os fungos ou os animais.
  • O₂ - Durante a fotossíntese, é libertado enquanto subproduto. No nosso planeta, é a fotossíntese que responde à necessidade que os organismos heterotróficos têm de oxigênio.
  • luz - As partículas dela têm o nome de fótons. As plantas usam a energia dos fotões para produzir o açúcar orgânico a partir do CO₂ inorgânico.
  • C₆H₁₂O₆ - As plantas produzem glucose a partir de dióxido de carbono, usando para tal a energia da luz.
  • H₂O - A água chega à planta proveniente do solo. Durante a fotossíntese, decompõe-se em oxigênio, prótons (H⁺) e elétrons (e⁻).

Estrutura da folha

  • Feixes vasculares: xilema - Transporta água e sais minerais. A parte de madeira serve para o transporte de água e sais inorgânicos. Durante a fotossíntese, separa as molécula de água em oxigênio, prótons (H⁺) e elétrons (e⁻).
  • Feixes vasculares: floema - Transporta nutrientes orgânicos dissolvidos em água. Os açúcares produzidos durante a fotossíntese são transportados na floema até às outras partes da planta.
  • estoma - É aqui que entra na folha o CO₂ necessário para a fotossíntese, que tem lugar no tecido parenquimático. É também através do estoma que sai o oxigênio libertado e que tem lugar a transpiração, pelo que é capaz de fechar-se para evitar a perda total de água.
  • tecido parenquimático - As suas células contêm uma grande quantidade de cloroplastos, nos quais tem lugar a fotossíntese. A parte superior apresenta uma estrutura paliçádica, enquanto a inferior é esponjosa.
  • epiderme - Com uma capa celular, as suas células não contêm cloroplastos, exceto as células que guardam o estoma. Tem a função de proteger a planta e de manter o contacto com o ambiente, através do estoma.

Fotossíntese

  • Feixes vasculares: xilema - Transporta água e sais minerais. A parte de madeira serve para o transporte de água e sais inorgânicos. Durante a fotossíntese, separa as molécula de água em oxigênio, prótons (H⁺) e elétrons (e⁻).
  • Feixes vasculares: floema - Transporta nutrientes orgânicos dissolvidos em água. Os açúcares produzidos durante a fotossíntese são transportados na floema até às outras partes da planta.
  • estoma - É aqui que entra na folha o CO₂ necessário para a fotossíntese, que tem lugar no tecido parenquimático. É também através do estoma que sai o oxigênio libertado e que tem lugar a transpiração, pelo que é capaz de fechar-se para evitar a perda total de água.
  • célula parenquimática - Contém muitos cloroplastos, nos quais tem lugar a fotossíntese.
  • CO₂ - O dióxido de carbono é uma molécula inorgânica, a partir da qual a planta produz uma molécula orgânica, o açúcar. As plantas são organismos autotróficos, capazes de converter substâncias inorgânicas em substâncias orgânicas. Disto não são capazes os organismos heterotróficos, tais como os fungos ou os animais.
  • O₂ - Durante a fotossíntese, é libertado enquanto subproduto. No nosso planeta, é a fotossíntese que responde à necessidade que os organismos heterotróficos têm de oxigênio.
  • luz - As partículas dela têm o nome de fótons. As plantas usam a energia dos fótons para produzir o açúcar orgânico a partir do CO₂ inorgânico.
  • C₆H₁₂O₆ - As plantas produzem glucose a partir de dióxido de carbono, usando para tal a energia da luz.
  • H₂O - A água chega à planta proveniente do solo. Durante a fotossíntese, decompõe-se em oxigênio, prótons (H⁺) e elétrons (e⁻).

Célula

  • aparelho de Golgi - Desempenha um papel importante na maturação das proteínas.
  • rede endoplasmática - Rede de membranas situada dentro da célula. Desempenha o seu papel na síntese e maturação das proteínas, na síntese dos lípidos e na descomposição de certos materiais.
  • vesícula - Dentro da célula, certos materiais são transportados dentro de vesículas. Um dos tipos de vesículas é o lisossoma, onde tem lugar a digestão dos materiais e a descomposição de materiais desnecessários.
  • plasma celular
  • vacúolo - É um compartimento cheio de líquido celular, importante na regulação da pressão interna da célula (pressão de turgência), bem como na seleção e armazenamento de certos materiais.
  • cloroplasto - Ocupa-se da fotossíntese, utilizando a energia solar para converter dióxido de carbono em açúcar.
  • parede celular - Composta de celulose, tem a função de proteger a célula, manter a sua forma e suster os tecidos vegetais.
  • núcleo celular - Contém a cromatina, que é o conjunto de ADN e proteínas. As células dos animais, plantas e fungos são eucariotas, ou seja, possuem núcleo celular. As células procariotas (bactérias) não possuem núcleo celular, encontrando-se o seu ADN no plasma celular.
  • membrana celular - Membrana lipídica que cobre a célula.
  • citoesqueleto - Responsável pela localização e movimento dos componentes celulares. Além disso, nas células dos animais que não têm parede celular, serve para manter a forma da célula.
  • mitocôndria - Fornece energia à célula e produz moléculas de ATP, decompondo moléculas orgânicas. É um componente fundamental na obtenção de energia celular.

Fase clara

  • cloroplasto - Ocupa-se da fotossíntese, utilizando a energia da luz para produzir açúcar a partir de dióxido de carbono. Possui duas membrana, sendo que a interna contém as enzimas da fotossíntese.
  • membrana interna - Os tilacóides são sacos achatados que formam parte da estrutura da membrana interna e contêm as enzimas fundamentais da fase clara da fotossíntese. Os tilacóides acumulam-se para formar grana.
  • grana
  • tilacóide
  • estroma
  • membrana tilacóide - Contém as enzimas fundamentais da fase clara da fotossíntese.
  • interior do tilacóide
  • fotossistema II - Contém proteínas e pigmentos fotossintéticos. Capta luz cuja onda é de 680 nm. Os seus pigmentos são a clorofila a, a clorofila b e a xantofila. O pigmento fundamental do seu centro de reação é a clorofila a. Quando esta absorve um fotão, excita-se e liberta um elétron que chega ao sistema de transporte de elétrons.
  • fotossistema I - Contém proteínas e pigmentos fotossintéticos. Capta luz cuja onda é de 700 nm. Os seus pigmentos são a clorofila a, a clorofila b e o caroteno. O pigmento fundamental do seu centro de reação é a clorofila a. Quando esta absorve um fotão, excita-se e liberta um elétron. O fotossistema I substitui este elétron por um captado do sistema de transporte de elétrons.
  • e⁻
  • H₂O - A água chega à planta proveniente do solo. Durante a fotossíntese, decompõe-se em oxigênio, prótons (H⁺) e elétrons (e⁻).
  • O
  • H⁺
  • O₂ - Durante a fotossíntese, o oxigênio é libertado enquanto subproduto. No nosso planeta, é a fotossíntese que responde à necessidade que os organismos heterotróficos têm de oxigênio.
  • PQ - Plastoquinona. Transfere elétrons libertados pelo fotossistema II para o complexo citocromo.
  • cit - Complexo citocromo. Consiste de uma proteína que contém ferro. Aceita elétrons da PQ e transfere-os para a PC, ao mesmo tempo que bombeia H⁻ para a cavidade tilacoidal através da membrana.
  • PC - Plastocianina. Transfere elétrons do complexo citocromo para o fotossistema I.
  • Fd - Ferredoxina. Transfere elétrons do fotossistema I para a molécula FNR.
  • FNR - Ferredoxina NADP redutase. Transfere elétrons entre a ferrodoxina e a NADP, ou seja, reduz a NADP.
  • fosfato
  • ADP
  • ATP - Produz-se da união do ADP com o fosfato. É uma molécula fundamental na obtenção da energia celular, sendo utilizada quando na fase escura se produz glucose orgânica a partir de dióxido de carbono inorgânico.
  • NADP - Reduz-se a NADPH ao aceitar e⁻ da FNR e H⁺ que flui através da ATPase.
  • NADPH
  • ATPase - É uma enzima capaz de produzir ATP. Os íons H⁺ fluem do lado interno para o lado externo da membrana tilacoidal, devido à alta concentração de H⁺ e à excessiva carga positiva. Por conseguinte, ao fluir através da ATPase, é libertada a energia usada para produzir ATP.
  • sistema de transporte de elétrons - Os elétrons excitados do fotossistema I encaminham-se para o fotossistema II através da cadeia de transporte de elétrons. Ao mesmo tempo, os íons H⁺ atravessam a membrana e acumulam-se no interior do tilacóide.
  • força motora sobre os H⁺

Fase escura

  • ATP
  • ADP
  • NADPH
  • NADP
  • 5C - Molécula de açúcar com cinco átomos de carbono (pentose-difosfato).
  • CO₂ - O dióxido de carbono é uma molécula inorgânica a partir da qual a planta produz uma molécula orgânica, o açúcar. Aumenta o número de átomos de carbono da pentose. A enzima que cataliza a sua fixação (RuBisCo) é a enzima fundamental das reações escuras.
  • 3C
  • 3C - Molécula de 3 átomos de carbono (gliceraldeído-3-fosfato).
  • 6C (glucose) - É o produto da fotossíntese, produzido a partir de um açúcar de 5 átomos de carbono e do dióxido de carbono inorgânico de um átomo de carbono. A planta usa a glucose nos seus processos metabólicos para sintetizar o amido nos processos anabólicos para produzir ATP.
  • Fixação de CO₂, produção de ácido glicérico-3-fosfato - É a reação fundamental da fase escura. Aqui se fixa o dióxido de carbono inorgânico à molécula de açúcar orgânica. A essência dos processo autotróficos é a produção de um material orgânico a partir de uma material inorgânico. O número de átomos de carbono aumenta de 5 para 6, o que resulta em duas moléculas de ácido glicérico-3-fosfato de 3 átomos de carbono. A reação é catalizada pela enzima RuBisCo.
  • produção de ácido glicérico-1,3-difosfato - Converte-se em ácido glicérico-1,3-difosfato com o uso de ATP.
  • produção de gliceraldéido-3-fosfato - Converte-se em gliceraldéido-3-fosfato de 3 átomos de carbono. A reação necessita de NADPH e da molécula sai um fosfato inorgânico.
  • saída do gliceraldéido-3-fosfato do ciclo - Seis moléculas de gliceraldéido-3-fosfato saem do ciclo e a célula usa-as para produzir glucose.
  • produção de pentose-difosfato - Em vários passos, em reações catalizadas pelas enzimas, mediante o uso de ATP, as moléculas de gliceraldéido-3-fosfato de 3 átomos de carbono convertem-se em pentose-difosfato (ou ribulose-1,5-difosfato) de 5 átomos de carbono. A isto também se dá o nome de regeneração da ribulose-1,5-difosfato. O ciclo volta a começar.

Folha artificial

  • semicondutor nitreto - Semicondutor barato e amplamente usado. Decompõe a água com a ajuda da energia luminosa, o que corresponde à fase clara da fotossíntese.
  • catalizador metálico - Cataliza a redução do dióxido de carbono, o que corresponde à fase escura da fotossíntese. Produz um material orgânico (ácido fórmico) a partir do dióxido de carbono.
  • H₂O
  • O₂
  • H⁺
  • e⁻
  • CO₂
  • HCOOH (ácido fórmico)

Animação

Narração

A fotossíntese é a ferramenta que a planta dispõe para a produção de material orgânico, a partir de energia luminosa e de glucose, a partir do dióxido de carbono inorgânico. O subproduto deste processo é o oxigênio.

A fotossíntese tem lugar nas partes vegetais verdes, tais como a folha e o caule macio. A cor verde resulta do tecido parenquimático, cujas células contêm uma grande quantidade de cloroplastos fotossintéticos.

Os cloroplastos possuem uma dupla membrana, e é a partir da membrana interna que se formam os tilacóides em forma de discos. Os tilacóides acumulam-se criando grana em forma de colunas. A membrana dos tilacóides contém as enzimas fundamentais da fase clara da fotossíntese.

Entre elas, as mais importantes são os dois fotossistemas e a cadeia de transporte de elétrons que se encontra entre eles. Nos fotossistemas encontram-se pigmentos fotossintéticos unidos a proteínas, sendo o mais importante a clorofila.
As moléculas de clorofila a, centrais do fotossistema II, excitam-se ao serem afetadas por fótons, liberando um elétron. Estes elétrons chegam ao sistema de transporte de elétrons. A clorofila oxigenada, deficiente em elétrons, substitui os seus elétrons a partir de moléculas de água, ou seja, decompõe a água: os átomos de oxigênio da molécula de água unem-se para formar moléculas de oxigênio, enquanto os prótons se acumulam no lado interno da membrana.
O primeiro membro da cadeia de transporte de elétrons é a plastoquinona, que transfere os elétrons para o complexo citocromo. O citocromo é uma proteína que contém ferro e que transfere os elétrons para a plastocianina, ao mesmo tempo que bombeia mais elétrons para o lado interno da membrana. Os elétrons chegam ao fotossistema I provenientes da cadeia de transporte de elétrons.
A molécula de clorofila central do fotossistema I encontra-se num estado de deficiência de elétrons, pois libera elétrons ao ser afetada pelos fótons. Com a mediação das moléculas de ferredoxina, os elétrons liberados chegam à ferredoxina NADP redutase. Na fase clara, os prótons acumulam-se no lado interno da membrana, de forma que aumenta a concentração de prótons, formando-se um excesso de carga positiva. Isto cria uma força motora em direção ao exterior. Os prótons podem sair através da ATPase, ao mesmo tempo que se liberta energia, já que o sistema passa de um estado de energia elevada para um estado de baixa energia devido à equalização de carga e concentração. A energia liberada é utilizada para a produção de ATP. Os prótons e elétrons liberados são aceitos pela NADP, produzindo-se NADPH.
Em resumo, o uso da energia dos fótons causa uma distribuição desigual de prótons. A força motora resultante é utilizada para produzir ATP.

As reações da fase escura não necessitam de luz. Durante as reações escuras, com a energia do ATP produzido na fase clara e os íons de hidrogênio da NADPH, o dióxido de carbono fixa-se nas moléculas orgânicas.
Começamos com 3 moléculas de açúcar com 5 átomos de carbono. A soma dos seus átomos de carbono é 15. Uma enzima pode fixar um dióxido de carbono às três moléculas de açúcar, enquanto os produtos se dividem em dois. Assim se formam 6 moléculas com 3 átomos de carbono. A soma dos átomos de carbono aumentou para 18. Em seguida, com o uso de 1 NADPH e 1 ATP para cada molécula, produz-se o gliceraldéido-3-fosfato. Uma destas moléculas sai do ciclo, e as restantes 3, com o uso de ATP, voltam a formar 3 moléculas de 5 átomos de carbono, recomeçando assim o ciclo. Em resumo, libertou-se no ciclo uma molécula de 3 átomos de carbono, sendo que para tal foi necessário ATP e NADPH produzidos na fase clara.
Em dois ciclos são formadas duas moléculas de 3 átomos de carbono, as quais se unem, formando uma glicose de 6 átomos de carbono. A planta usa a glicose para produzir nutrientes e amido, bem como para produzir ATP durante os processos anabólicos.

Existem experimentos para criar sistemas fotossintéticos artificiais. Na folha artificial, as reações claras e escuras têm lugar em dois recipientes separados. As reações claras têm lugar num semicondutor nitreto, onde a luz provoca a decomposição da água. O oxigênio é liberado sob a forma de borbulhas, enquanto os prótons e os elétrons chegam outra vez de um tubo a um outro recipiente por um fio condutivo, onde têm lugar as reações escuras. Aqui, com a ajuda do catalisador metálico, é produzido ácido fórmico a partir do dióxido de carbono e da água. O sistema facilita o uso da energia solar, bem como a redução da quantidade de dióxido de carbono na atmosfera, o que poderá ajudar na diminuição do efeito estufa.

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