Fotossíntese
Quando os sacerdotes das religiões primitivas prestavam culto ao Sol, estavam
certamente executando algo mais que um mero ato simbólico. De uma forma ou de
outra, reconheciam um fato mais tarde confirmado pela ciência moderna: toda a vida
terrestre depende em última análise das radiações solares, graças às quais se forma a
matéria orgânica.
Fotossíntese é o processo pelo qual as plantas verdes e alguns outros organismos
transformam energia luminosa em energia química. Nas plantas verdes, a fotossíntese
aproveita a energia da luz solar para converter dióxido de carbono, água e minerais
em compostos orgânicos e oxigênio gasoso. Além das plantas verdes, incluem-se
entre os organismos fotossintéticos certos protistas (como as diatomáceas e as
euglenoidinas), as cianófitas (algas verde-azuladas) e diversas bactérias.
Características gerais. Por meio da fotossíntese constituem-se substâncias complexas
integradas por elevado número de átomos. Para isso, parte-se de compostos muito
simples, por meio dos quais se cria o alimento básico de que dependem numerosos
organismos, entre os quais os fungos e os animais, incapazes de realizar o processo
por si mesmos e, por isso, obrigados a obter a matéria orgânica já elaborada. As
bactérias fotossintéticas que executam esse processo são chamadas autotróficas, isto é,
promovem a síntese do próprio alimento, em oposição às heterotróficas, que vivem à
custa de outros seres vivos.
Aristóteles já havia observado que as plantas necessitavam de luz solar para adquirir a
cor verde, mas o estudo propriamente dito da fotossíntese começou em 1771 com as
observações efetuadas por Joseph Priestley. Esse químico inglês comprovou que uma
planta confinada numa redoma de cristal produzia uma substância (mais tarde
identificada como o oxigênio) que permitia a combustão. Também na segunda metade
do século XVIII o holandês Jan Ingenhousz sustentou que o dióxido de carbono do ar
era utilizado como nutriente pelas plantas, e no começo do século XIX Nicolas-
Théodore de Saussure demonstrou que os vegetais incorporavam água a seus tecidos.
Outros dados vieram completar os conhecimentos até então disponíveis sobre a
nutrição vegetal. Observou-se, por exemplo, que o nitrogênio era sempre retirado do
solo, assim como diversos sais e minerais, e que a energia proveniente do Sol se
transformava de algum modo em energia química, que ficava armazenada numa série
de produtos em virtude de um processo já então denominado fotossíntese.
Na segunda década do século XIX, isolou-se uma substância, a clorofila, que é a
responsável pela cor verde das plantas e desempenha papel importante na síntese da
matéria orgânica; mais tarde, Julius von Sachs demonstrou que esse composto se
localizava em orgânulos celulares característicos, posteriormente chamados
cloroplastos. O desenvolvimento das técnicas bioquímicas possibilitou em 1954 isolar
e extrair intactos esses orgânulos, quando Daniel Israel Arnon obteve cloroplastos a
partir das células do espinafre e conseguiu reproduzir em laboratório as reações
completas da fotossíntese.
Essas e outras descobertas permitiram determinar que a fotossíntese ocorre em duas
fases: uma clara, em que a energia luminosa solar é captada e a molécula de água se
decompõe para utilização do hidrogênio e liberação do oxigênio, e outra escura, em
que se verifica o chamado ciclo de Calvin, assim denominado em homenagem ao
bioquímico americano Melvin Calvin, que o pesquisou. Nessa fase, o carbono
procedente do dióxido de carbono do ar se fixa e se integra numa molécula
carboidratada.
Cloroplastos. A fotossíntese produz-se em orgânulos especiais da célula vegetal
denominados cloroplastos, de forma alongada, elíptica ou globular e revestidos de
uma membrana dupla. Em certas algas unicelulares só existe um cloroplasto,
enquanto em outras, como as do gênero Spirogyra, o orgânulo é achatado como uma
fita, e dispõe-se helicoidalmente. Nas plantas superiores pode haver várias dezenas de
cloroplastos, cujo tamanho se mede em micrômetros (um micrômetro é a milésima
parte de um milímetro).
A membrana externa é muito frágil e a interna apresenta numerosas dobras que
formam discos achatados chamados tilacóides, que por sua vez se empilham e
formam estruturas denominadas granos (ou grana, plural latino de granum). Aqui se
realiza a fase clara da fotossíntese. Os granos são unidos entre si por pequenas
lâminas semelhantes a varetas, as lamelas. O resto do conteúdo do cloroplasto,
semifluido, é o que se conhece como estroma e nele ocorrem a fase escura e o ciclo de
fixação do carbono. Os cloroplastos encontram-se nos órgãos verdes da planta, mas
são especialmente abundantes nas folhas, órgãos em que se realiza a maior parte da
fotossíntese nos vegetais superiores.
Clorofila. A substância a que as plantas devem sua cor verde e que é um dos
principais pigmentos captadores da luz é a clorofila. Além dela, existem outros
compostos fotossintéticos como as ficobilinas, de cor azul ou avermelhada, ou os
carotenóides, amarelados e responsáveis pelas cores purpúreas, vermelhas ou
alaranjadas de muitas algas.
A molécula da clorofila apresenta grande complexidade estrutural e compõe-se de
diversos elementos como carbono, oxigênio, hidrogênio e nitrogênio, mais um átomo
de magnésio. Este último se encontra unido a quatro átomos de nitrogênio, que
constituem uma série de anéis ou estruturas químicas fechadas, os núcleos pirrólicos.
Existe ainda uma longa cadeia chamada fitol, que se forma como uma comprida cauda
e é integrada, quase totalmente, por átomos de carbono e de hidrogênio.
Diferenciam-se vários tipos de clorofila, cada um dos quais se encontra
preferencialmente num determinado organismo vegetal. Assim, as plantas superiores
dispõem dos tipos a e b, enquanto as algas vermelhas têm clorofila d e as bactérias
fotossintéticas possuem uma molécula mais simples, a bacterioclorofila. A clorofila
tem a propriedade de absorver energia luminosa e emitir um elétron de sua molécula,
o qual é transferido para outros compostos e transportado para utilização na fase
escura.
Fase clara. A fase clara da fotossíntese verifica-se na presença da luz, pois é ela que
fornece a energia necessária para que ocorra todo o processo. A energia luminosa
quebra a molécula de água, formada por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio
(H2O), e libera o hidrogênio componente, enquanto o oxigênio se desprende, reação
que se denomina fotólise da água. Os hidrogênios serão empregados na formação de
uma série de moléculas redutoras (passam elétrons para outras), que mais tarde cedem
o mesmo hidrogênio ao dióxido de carbono (CO2), na fase escura.
Ao mesmo tempo, a luz chega à clorofila e faz com que desta se desprendam elétrons,
que passarão aos hidrogênios originados na fotólise da água por meio de uma cadeia
de substâncias transportadoras.
Na fase clara, portanto, prepara-se o material redutor (que cede elétrons) necessário à
segunda fase do processo fotossintético; produz-se oxigênio como resultado da quebra
da molécula de água; e formam-se, graças à contribuição energética da luz,
substâncias ricas em energia conhecidas como ATP (trifosfato de adenosina). Estas
contêm átomos de fósforo e, quando se decompõem, liberam a energia nelas
encerrada e possibilitam a ocorrência de reações biológicas imprescindíveis à vida do
organismo. O ATP pode ser considerado o combustível molecular dos seres vivos.
Em algumas bactérias fotossintéticas, a fase clara não determina o desprendimento de
oxigênio para o meio, já que contêm um tipo de clorofila diferente daquele que
possuem as plantas superiores.
Fase escura. Na ausência da luz, ocorrem no estroma do cloroplasto diversas e
complicadas reações (o ciclo de Calvin), graças às quais se formam as moléculas de
açúcares de que a planta necessita para viver. O carbono da molécula de dióxido de
carbono (CO2), que o vegetal tira do ar, capta os elétrons cedidos pelas moléculas
redutoras presentes no cloroplasto e passa a fazer parte de uma molécula de pentose,
açúcar de cinco átomos de carbono, que mais tarde se fraciona em duas moléculas,
cada uma com três átomos de carbono.
Esses últimos compostos sofrem uma série de modificações e, após sucessivos ciclos,
formam uma molécula de glicose, açúcar de grande importância para o metabolismo
de numerosos seres vivos. Como ocorre com todas as reações produzidas nos
organismos vivos, esses processos são regulados por diversas enzimas, compostos que
possibilitam e aceleram a conversão de umas substâncias em outras.
Fotossíntese e respiração. As células das plantas têm determinadas necessidades
energéticas para poderem realizar suas funções, e para tal requerem um consumo
contínuo de oxigênio. Dessa forma, os vegetais produzem oxigênio na fase clara da
fotossíntese e, paralelamente, absorvem esse elemento do meio em que se encontram.
Do que se acaba de expor, poder-se-ia deduzir que o balanço líquido estaria
equilibrado e que, em definitivo, não se geraria excedente de oxigênio, mas isso não é
certo: na realidade, a quantidade produzida durante o dia ultrapassa significativamente
a consumida.
A maior percentagem de oxigênio produzido corresponde às algas marinhas e às
plantas unicelulares. Entre as plantas superiores, a contribuição mais notável é a dos
grandes bosques e florestas tropicais. Nesse sentido, justifica-se classificar a
Amazônia como o autêntico pulmão da Terra, pelo que a intervenção humana na
região deve ser particularmente prudente, a fim de não alterar de forma irreversível
esse verdadeiro paraíso: a alteração acarretaria conseqüências imprevisíveis em escala
planetária.
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