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Citologia | Químiossíntese e Fostossíntese

Os processos metabólicos são fundamentais para a sobrevivência dos organismos. A fotossíntese e a quimiossíntese, foco deste artigo, estão diretamente relacionadas aos organismos Autótrofos, ou seja, àqueles que possuem reações em seu metabolismo que lhes conferem a capacidade de produzir o próprio alimento.


QUIMIOSSÍNTESE

Na quimiossíntese, a oxidação de minerais é realizada como forma de produção de energia que, por sua vez, será utilizada para produzir compostos orgânicos, tudo sem a participação da luz.



Figura 1 - Esquematização de processo quimiossintético.

Alguns organismos quimiossintetizantes são bastante conhecidos na literatura, como as Sulfobactérias, Ferrobactérias e Nitrobactérias, que oxidam, respectivamente, compostos baseados em enxofre, ferro e nitrogênio.

As nitrobactérias, em especial, são amplamente estudadas devido ao tipo de associação que realizam com as raízes de vegetais, formando nódulos característicos. Essas bactérias, também denominadas Nitrossomonas, realizam um processo denominado Fixação do Nitrogênio, uma das etapas do Ciclo do Nitrogênio. 


Figura 2 - Esquematização do ciclo do nitrogênio.
(Fonte: https://bit.ly/2yREGEn).

A fixação consiste na conversão do nitrogênio gasoso (N2) em uma forma absorvível por vegetais, o Nitrato. O nitrato será, então, utilizado pelos vegetais para sintetizar suas aminoácidos (Figura 3). Devido à essa característica, essas bactérias são, também, denominadas como Bactérias Nitrificantes, pois participam da produção de Nitritos (NO2-) e Nitratos (NO3-).

FOTOSSÍNTESE

O processo fotossintético está diretamente relacionado à captação de energia luminosa, fenômeno esse que depende da participação de moléculas especiais denominadas como Clorofilas, mas antes de falarmos do funcionamento delas, vamos organizar o processo fotossintético em duas grandes etapas, a Fase Fotoquímica e a Fase Química, assim, poderemos abordar as reações e os produtos destas separadamente.

Reações da Fase Fotoquímica (Clara)

As reações da fase clara são assim denominadas por dependerem da energia luminosa para desempenharem suas funções, sendo por isso, reações que ocorrem durante o dia.


Figura 3 - Fotofosforilação cíclica.
(Fonte: Elaborado pelo autor).

Fotofosforilação Cíclica

Essa etapa do processo se caracteriza pela excitação da clorofila pela luz. A clorofila faz parte do fotossistema que está localizado nos tilacoides dos cloroplastos. Essa energização provida pela luz causa a liberação de elétrons por parte da clorofila. Os elétrons serão capturados por uma molécula denominada Aceptor de Elétrons que, por sua vez, os transferirá para a Cadeia Transportadora de Elétrons. Nessa cadeia, os elétrons serão repassados ao longo de uma sequência de moléculas que irão retirar, pouco a pouco, a energia contida neles (Figura 3).

A energia retirada dos elétrons é armazenada em ATPs e, ao final do processo, os elétrons serão devolvidos à clorofila para que esta se recomponha, caracterizando-se assim como um processo cíclico.

Fotofosforilação Acíclica e Fotólise da Água

Esse processo envolve a participação das duas clorofilas (A e B). As clorofilas serão excitadas pela luz simultaneamente, liberando elétrons que serão capturados por aceptores. Assim como na fase cíclica, os elétrons serão encaminhados para a cadeia transportadora, onde terão a sua energia retirada (Figura 4).

Os elétrons, contudo, não serão devolvidos à clorofila do mesmo fotossistema. Os elétrons da fotossistema 2 (P680) serão enviados para recompor as clorofilas do fotossistema 1 (P700), que também perdeu elétrons após a excitação pela luz. Os elétrons da fotossistema 1 A foram enviados para uma Desidrogenase, o NADP (Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo Fosfatada). Esse NADP é semelhante ao NAD+ da respiração celular.



Figura 4 - Fotofosforilação acíclica.
(Fonte: Elaborado pelo autor).

Os NADPs do processo acíclico receberão os elétrons do fotossistema 1 e, também, os hidrogênios oriundos da Fotólise da Água, formando assim, o NADPH2. A fotólise é caracterizada pelo desmembramento de moléculas de água, o que irá fornecer ao processo Elétrons (e-), Oxigênio (O2) e Hidrogênios (H+).

Os elétrons liberados pela fotólise serão, então, enviados para recompor o fotossistema 2, pois este havia enviado seus elétrons para a o fotossistema 1. O O2 produzido pela fotólise é liberado para a atmosfera. Isso mesmo! O O2 que respiramos da atmosfera é proveniente da fotólise da água.

Produtos da Fase Clara

As reações de fotofosforilação cíclica, acíclica e a fotólise da água fornecem, ao final de todo o processo, o seguinte:

ATPs - Serão utilizados como fonte de energia para iniciar as reações da fase escura.
NADPH2 - Irão transportar hidrogênios que serão utilizados na fase escura.
O2 - Será liberado para a atmosfera.

Reação da Fase Química ou Escura

As reação da fase escura são assim denominadas por não dependerem diretamente da energia luminosa para ocorrerem. Contudo, ao contrário do que muitos pensam, essas reações não ocorrem durante a noite, pois dependem dos produtor obtidos durante a fase clara que, por sua vez, depende da luz. Sendo assim, as reações da fase escura também ocorrem durante o dia, pois dependem da fase clara para acontecerem.


Figura 5 - Ciclo das pentoses.
(Fonte: https://bit.ly/2AkqTbf).

Ciclo das Pentoses ou de Calvin-Benson

O grande objetivo dessa etapa é a produção de Carboidratos, o alimento produzido por autótrofos que servirá como fonte de energia para a produção de ATPs na respiração celular aeróbia. Durante a fase escura, uma enzima denominada RuBisCo (Ribulose 1,5-Bisfosfato Carboxilase Oxigenase) é responsável pela captura de moléculas de gás carbônico (CO2) que servirão de base para a produção de carboidratos. Para tal, além de moléculas de CO2 serão necessários átomos de H+. Os H+ utilizados no processo serão provenientes da fase clara, trazidos por moléculas de NADPH2.


Figura 6 - Equação geral da fotossíntese.

Se resumirmos as informações sobre as reações da fotossíntese em uma única reação, teremos a Equação Geral da Fotossíntese (Figura 6). Entenda o seguinte, Essa reação não ocorre de fato em nenhuma parte do processo fotossintético. A ideia de ser uma equação geral é, justamente, tentar condensar em um único ponto todas as informações.

Em outras palavras, a equação apresentada na Figura 6 resume todo o processo da fotossíntese. Os reagentes CO2 e H2O não interagem diretamente. O H2O participa do processo na fotólise da água, enquanto o CO2 participa durante o ciclo das pentoses.

Os produtos C6H12O6 (Glicose, por exemplo) e O2 também são produzidos em locais distintos. A glicose é produzida ao final do ciclo das pentoses e o O2 é liberado pela fotólise da água.

Com essas observações feitas, finalizo aqui este artigo. Espero ter passado uma visão geral do processo de forma compreensível.

Um grande abraço e bons estudos.


Referências

ALBERTS, B. et al. Biologia molecular da célula. 5ª ed. Porto Alegre: Artmed, 2010.

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