Bioquímica

Definição de fotossíntese

Definição de fotossíntese
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A fotossíntese é a via bioquímica que converte a energia da luz em ligações de moléculas de glicose. O processo de fotossíntese ocorre em duas etapas.

Na primeira etapa, a energia da luz é armazenada nas ligações do adenosina trifosfato (ATP) e do nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato (NADPH).

Esses dois cofatores de armazenamento de energia são então usados ​​no segundo passo da fotossíntese para produzir moléculas orgânicas combinando moléculas de carbono derivadas do dióxido de carbono (CO 2 ).

O segundo passo da fotossíntese é conhecido como o ciclo de Calvin . Estas moléculas orgânicas podem então ser usadas pelas mitocôndrias para produzir ATP, ou podem ser combinados para formar glicose, sacarose e outros carboidratos. A equação química para todo o processo pode ser vista abaixo.

Equação Fotossintética

6 CO 2 + 6 H 2 O + Luz -> C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 6 H 2 O

Acima está a reação geral para a fotossíntese. Usando a energia da luz e os hidrogênios e elétrons da água, a planta combina os carbonos encontrados no dióxido de carbono em moléculas mais complexas.

Enquanto uma molécula de 3 carbonos é o resultado direto da fotossíntese, a glicose é simplesmente duas dessas moléculas combinadas e é frequentemente representada como o resultado direto da fotossíntese, devido à glicose ser uma molécula fundamental em muitos sistemas celulares.

Você também notará que 6 moléculas gasosas de oxigênio são produzidas, como um subproduto. A planta pode usar este oxigênio em sua mitocôndria durante a fosforilação oxidativa.

Enquanto parte do oxigênio é usado para este propósito, uma grande porção é expelida para a atmosfera e nos permite respirar e sofrer nossa própria fosforilação oxidativa, em moléculas de açúcar derivadas de plantas.

Você também notará que esta equação mostra a água em ambos os lados. Isso porque 12 moléculas de água são divididas durante as reações de luz, enquanto 6 novas moléculas são produzidas durante e após o ciclo de Calvin. Enquanto esta é a equação geral para todo o processo, existem muitas reações individuais que contribuem para esta via.

Estágios da fotossíntese

As reações de luz

As reações leves ocorrem nas membranas tilacoides dos cloroplastos das células vegetais. Os tilacóides têm aglomerados de proteínas e enzimas densamente compactados, conhecidos como fotossistemas.

Existem dois desses sistemas, que trabalham em conjunto uns com os outros para remover elétrons e hidrogênios da água e transferi-los para os cofatores ADP e NADP +.

Esses fotossistemas foram nomeados na ordem em que foram descobertos, o que é o oposto de como os elétrons fluem através deles.

Como visto na imagem abaixo, os elétrons excitados pela energia da luz fluem primeiro através do fotossistema II (PSII), e depois através do fotossistema I (PSI) quando criam o NADPH. O ATP é criado pela proteína ATP sintase, que usa o acúmulo de átomos de hidrogênio para conduzir a adição de grupos fosfato ao ADP.

Membrana do tilacoide

Todo o sistema funciona da seguinte maneira. Um fotossistema é composto de várias proteínas que envolvem e conectam uma série de moléculas de pigmento.

Os pigmentos são moléculas que absorvem vários fótons, permitindo que seus elétrons se tornem excitados. A clorofila a é o principal pigmento usado nesses sistemas e coleta a transferência final de energia antes de liberar um elétron.

O fotossistema II inicia esse processo de elétrons usando a energia da luz para dividir uma molécula de água, que libera o hidrogênio enquanto retira os elétrons.

Os elétrons são então passados ​​através da plastoquinona, um complexo enzimático que libera mais hidrogênios no espaço tilacoide.

Os elétrons fluem então através de um complexo de citocromo e plastocianina para atingir o fotossistema I. Esses três complexos formam uma cadeia de transporte de elétrons , muito parecida com a observada nas mitocôndrias.

Sistema de fotos I então uso esses elétrons para conduzir a redução de NADP + para NADPH. O ATP adicional produzido durante as reações leves vem da ATP sintase, que usa o grande gradiente de moléculas de hidrogênio para impulsionar a formação de ATP.

O ciclo de Calvin

Com seus transportadores de elétrons NADPH e ATP carregados com elétrons, a planta está agora pronta para criar energia armazenável. Isso acontece durante o ciclo de Calvin , que é muito semelhante ao ciclo do ácido cítrico visto nas mitocôndrias.

No entanto, o ciclo do ácido cítrico cria ATP outros portadores de elétrons a partir de moléculas de 3 carbonos, enquanto o ciclo de Calvin produz esses produtos com o uso de NADPH e ATP. O ciclo tem 3 fases, como visto no gráfico abaixo.

Durante a primeira fase, um carbono é adicionado a um açúcar de 5 carbonos, criando um açúcar instável de 6 carbonos.

Na fase dois, este açúcar é reduzido em duas moléculas de açúcar de 3 carbonos estáveis. Algumas dessas moléculas podem ser usadas em outras vias metabólicas e são exportadas.

O resto permanece para continuar pedalando pelo ciclo de Calvin. Durante a terceira fase, o açúcar de cinco carbonos é regenerado para iniciar o processo novamente.

O ciclo de Calvin ocorre no estroma de um cloroplasto. Embora não sejam considerados parte do ciclo de Calvin, esses produtos podem ser usados ​​para criar uma variedade de açúcares e moléculas estruturais.

Produtos da fotossíntese

Os produtos diretos das reações à luz e o ciclo de Calvin são o 3-fosfoglicerato e o G3P, duas formas diferentes de uma molécula de açúcar de 3 carbonos.

Duas dessas moléculas combinadas equivale a uma molécula de glicose, o produto visto na equação da fotossíntese.

Embora essa seja a principal fonte de alimento para plantas e animais, esses esqueletos de 3 carbonos podem ser combinados em muitas formas diferentes.

Uma forma estrutural digna de nota é a celulose , e material fibroso extremamente forte feito essencialmente de cadeias de glicose. Além de açúcares e moléculas à base de açúcar, o oxigênio é o outro produto principal da fotossíntese. O oxigênio criado a partir da fotossíntese alimenta todos os organismos respiratórios do planeta.

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