Transformando tipos de energia

As reações dependentes de luz ocorrem na membrana dos tilacóides, dentro dos cloroplastos. Sendo que essas reações são chamadas dependentes de luz, você pode imaginar que elas precisam de luz para acontecer. Você se lembra que nesta primeira parte da fotossíntese ocorre a conversão da energia solar em outras formas de energia?

As reações dependentes de luz da fotossíntese exigem luz solar. Imagem por Mell27.

As plantas não podem usar diretamente a energia luminosa para fazer açúcares. Ao invés disso, as plantas convertem a energia luminosa em uma forma de energia que pode ser usada: a energia química. A energia química está em tudo o que nos rodeia. Por exemplo, os carros precisam da energia química da gasolina para funcionar. A energia química que as plantas usam é armazenada em moléculas de ATP e NADPH. ATP e NADPH são dois tipos de moléculas que transportam energia. Essas moléculas não são apenas encontradas em plantas, os animais também as utilizam.

Uma receita de energia

As plantas precisam de água para fazer NADPH. As moléculas de água são quebradas e liberam elétrons (partículas subatômicas com carga negativa). Durante essa quebra, também há liberação de oxigênio, o gás que todos nós respiramos.

Os elétrons liberados percorrem uma espécie de caminho formado por proteínas especiais que ficam presas na membrana dos tilacóides: a chamada cadeia de transporte de elétrons. Eles começam passando pelas primeiras proteínas especiais (as proteínas do fotossistema II). Em seguida, passam através de um segundo grupo de proteínas especiais (as proteínas do fotossistema I).

Fotossistema I e II Fotossistema

Espere um pouco... os elétrons começam percorrendo o fotossistema II e depois eles passam pelo fotossistema I? Isso parece bem confuso. Por que alguém nomearia os fotossistemas dessa maneira?

As moléculas de água são quebradas e liberam elétrons. Em seguida, estes elétrons se movem através de um gradiente de proteínas, armazenando energia em forma de ATP durante esse processo. Imagem por Jina Lee.

Os fotossistemas I e II não se alinham com a rota que os elétrons percorrem através da cadeia de transporte porque eles não foram descobertos nessa ordem.

O fotossistema I foi descoberto primeiro. O fotossistema II foi descoberto depois e então se soube que ele ficava no início da cadeia de transporte de elétrons. Mas era tarde demais, os nomes já tinham pegado. Os elétrons viajam primeiro através do fotossistema II e, em seguida, através do fotossistema I.

A cadeia de transporte de elétrons

Enquanto passam pelos fotossistemas II e I, os elétrons adquirem energia vinda da luz solar. Como eles fazem isso? Com ajuda da clorofila, que está presente nos fotossistemas e absorve energia luminosa. Os elétrons energizados são, em seguida, utilizados para fazer NADPH e ATP.

A cadeia de transporte de elétrons é uma série de moléculas que ganham ou perdem elétrons facilmente. Movendo-se passo-a-passo através dessas moléculas, os elétrons percorrem uma direção específica através da membrana. Um movimento de íons de hidrogênio acompanha este movimento de elétrons. Isto significa que quando os elétrons se movem, os íons de hidrogênio se movem também.

O ATP é criado quando os íons de hidrogênio são bombeados para dentro do espaço interno (lúmen) do tilacóide. Íons de hidrogênio têm carga positiva. Como acontece nos ímãs, as cargas iguais se repelem, de modo que os íons de hidrogênio tendem a ficar longe uns dos outros. Para escaparem da membrana do tilacóide, eles passam através de uma proteína chamada ATP sintase. O movimento de íons através dessa proteína dá a ela energia, como ocorre com a água passando através de uma hidrelétrica. Quando os íons de hidrogênio se movem através desta proteína e da cadeia de transporte de elétrons, o ATP é criado. É assim que as plantas convertem energia luminosa do sol em energia química, que elas podem então usar. 

O ciclo de Calvin: construindo a vida a partir do ar

Como é que algo como o ar se torna a madeira de uma árvore? A resposta está na composição do ar.

Como pode ser que o ar em torno de uma árvore seja transformado na matéria orgânica que compõe essa árvore? Através de um conjunto complexo de reações que usam o carbono do ar para fazer outros materiais. Imagem por André Karwath.

O ar contém diferentes elementos químicos como oxigênio, carbono e nitrogênio. Estes elementos compõem moléculas como o dióxido de carbono (CO2). O dióxido de carbono é feito de um átomo de carbono e dois átomos de oxigênio. As plantas retiram o átomo de carbono presente no dióxido de carbono e o usam para fazer açúcares.

Isso é feito por meio do ciclo de Calvin. O ciclo de Calvin ocorre dentro dos cloroplastos, mas fora dos tilacóides (onde o ATP foi criado). O ATP e o NADPH resultantes das reações dependentes de luz são usados no ciclo de Calvin.

As reações do ciclo de Calvin às vezes são chamadas de reações independentes de luz. Mas não se deixe enganar pelo nome... essas reações precisam de luz solar para acontecer.

A proteína RuBisCO também ajuda no processo de converter o carbono vindo do ar em açúcares. A RuBisCO funciona lentamente, então as plantas precisam de uma grande quantidade dela. Na verdade, RuBisCO é a proteína mais abundante no mundo!

Os produtos do ciclo de Calvin são usados para fazer um açúcar simples, a glicose. A glicose é utilizada para construir os açúcares mais complexos, como o amido e a celulose. O amido armazena energia na planta, e a celulose é o material de que as plantas são feitas.

Imagens via Wikimedia Commons. Imagem da planta germinando por Bff.