Fotossíntese: conversão de energia luminosa em energia química.

Biologia Enem: A fotossíntese é um processo fundamental para a manutenção dos ecossistemas. A fotossíntese pode ser resumidamente representada pela seguinte equação química:

Sem este processo, você não poderia estar lendo este post, por dois simples motivos: a) você não teria oxigênio para respirar e fazer suas células produzirem energia; e, b) Os seres autótrofos clorofilados, como as plantas, são bases das cadeias alimentares.

Ou seja, toda a matéria orgânica e energia química que circulam entre os seres vivos iniciaram seu ciclo em um ser fotossintetizante. Mas, você sabe como ocorre a fotossíntese? Não? Então, fique ligado(a) neste super post de Biologia e saiba tudo sobre a fotossíntese.

A fotossíntese é um processo que ocorre nos seres vivos autótrofos para a conversão de energia luminosa em energia química, produzindo moléculas orgânicas energéticas (“o próprio alimento” das plantas). Esse processo está diretamente ligado ao ciclo do carbono.

Quem realiza a fotossíntese?

Não são apenas as plantas que realizam fotossíntese: cianobactérias e protistas também são capazes de realizar este anabolismo. Nos seres procariontes (como as cianobactérias), a fotossíntese ocorre no hialoplasma. Já nos seres eucariontes, como as plantas, a fotossíntese ocorre dentro de organelas especializadas chamadas de cloroplastos.

Dica 1: Antes de continuar estudando a fotossíntese, que tal estudar a estrutura dos cloroplastos? Revise este assunto clicando aqui: https://blogdoenem.com.br/introducao-fotossintese/  Veja na Figura 1: Cianobactérias, euglenas (protistas) e baobás. Todos estes seres vivos são autótrofos fotossintetizantes. Créditos das imagens: Sinclair Stammers / M I Walker / NHPA / Photoshot /Tony Camacho / Science Photo Library

Como você pode ver na equação básica da Fotossíntese (a seguir), além da glicose (alimento) a fotossíntese também produz outro produto essencial à vida em nosso planeta: o oxigênio.

Mas, de onde vem esse oxigênio? Se fornecermos a uma planta água com isótopo ¹⁸O do oxigênio e gás carbônico com oxigênio comum (¹⁶O) poderemos constatar que todo o oxigênio produzido no processo da fotossíntese é formado por isótopo ¹⁸O.

Se fornecermos gás carbônico com isótopo ¹⁸O, nenhum oxigênio liberado na forma gasosa será composto por esse isótopo. A partir desse experimento podemos concluir que a fonte exclusiva do oxigênio liberado durante a fotossíntese é a água. Mas, há um “probleminha” aí: na equação podemos ver que temos seis oxigênios nas seis moléculas de água dos reagentes e doze átomos de oxigênio nas moléculas de oxigênio gasoso liberadas nos produtos da fotossíntese.

Podemos explicar esta aparente contradição constatando que para que a fotossíntese ocorra são gastas mais moléculas de água do que as utilizadas para equilibrar a sua equação química. Acontece que os átomos de hidrogênio liberados a partir da quebra da água durante a fotossíntese irão reagir com os átomos de oxigênio liberados do oxigênio, formando novas moléculas de água.

Dessa maneira, uma equação mais coerente com a formação de oxigênio a partir da água durante a fotossíntese seria a seguinte:

Este processo irá se realizar em duas fases: a fase clara (também chamada de fotoquímica) e fase escura (também chamada de química ou ciclo de Calvin).

Fase clara da fotossíntese: A fase clara da fotossíntese ocorre nos tilacoides (bolsas membranosas no interior dos cloroplasto que contém a clorofila). Nesta etapa, a energia luminosa é absorvida e transformada em ATP. Além disso, as moléculas de água são quebradas em hidrogênio e oxigênio. Os átomos de hidrogênio serão capturados pelos NADPs (nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato, que é semelhante à molécula de NAD utilizada durante a respiração celular). Já o oxigênio será liberado na forma gasosa.

Figura 2: Cloroplasto. No tilacoides ocorre a fase clara da fotossíntese e a fase escura ocorre no estroma.

Fase escura da fotossíntese:

A fase escura da fotossíntese ocorre no estroma dos cloroplastos e compreende a formação de açúcares a partir das moléculas de gás carbônico retiradas do ambiente. Nesta fase não há a presença de luz, por isso ela recebe o nome de fase escura. A energia utilizada nesta fase virá dos íons de hidrogênios e dos ATPs produzidos na fase clara da fotossíntese. Veja uma aula completa sobre a Fase Escura da Fotossíntese.

Para finalizar sua revisão, veja esta super videoaula do curso Enem Gratuito, do YouTube, sobre ATP, a moeda energética das células.

Quem é Calvin? A fase escura da fotossíntese recebe o nome de um cientista: O Ciclo de Calvin.  Melvin Calvin (1911 – 1997) foi um químico estadunidense, agraciado com o prêmio Nobel em 196, que estudou a produção de glicose na fotossíntese através do uso de carbono radioativo. Veja na Figura 3 a foto de Calvin.

Exercícios

Agora que você já aprendeu as características básicas da fotossíntese, que tal testar seus conhecimentos?

01 – (UNESP SP/2014)   No dia 16 de fevereiro de 2013 terminou o horário brasileiro de verão. À meia-noite, os relógios foram atrasados em uma hora.

(http://portalegrenoticias.blogspot.com)

Considerando a intensidade da luz solar e os períodos de claro e escuro no intervalo de 24 horas, é correto afirmar que, para as plantas do jardim de uma casa na cidade de São Paulo,

a) ao longo dos 3 meses seguintes, os períodos com luz se tornaram progressivamente mais longos, o que implicou em maior eficiência fotossintética e crescimento dessas plantas.

b) ao longo dos 4 meses seguintes, os períodos com luz se tornaram progressivamente mais curtos, o que contribuiu para perda de eficiência fotossintética e menor produção de matéria orgânica.

c) já no dia 17 de fevereiro, a noite foi mais curta que o dia e, portanto, essas plantas teriam respirado por um menor número de horas e realizado fotossíntese por um maior número de horas que no dia anterior.

d) ao longo dos 12 meses seguintes, os períodos claros, durante os quais as plantas fazem fotossíntese, se equivalerão aos períodos escuros, durante os quais as plantas respiram, e ao final de um ano essas plantas terão atingido seu ponto de compensação fótica.

e) já no dia 17 de fevereiro, a noite foi mais longa que o dia e, portanto, essas plantas teriam respirado por um maior número de horas e realizado fotossíntese por um menor número de horas que no dia anterior.

Gab: B

02 – (PUC SP/2013)   Nos ecossistemas, o carbono é incorporado por organismos fotossintetizantes para a síntese de compostos orgânicos, que podem ser utilizados

a) apenas por organismos consumidores no processo de respiração celular, sendo o carbono devolvido ao ambiente na forma de CO₂.

b) apenas por organismos clorofilados no processo de respiração celular, a partir do qual o carbono não é devolvido ao ambiente.

c) apenas por organismos anaeróbicos no processo de fermentação, sendo o carbono devolvido ao ambiente na forma de CO₂.

d) por organismos clorofilados e por animais no processo de respiração celular, a partir do qual o carbono não é devolvido ao ambiente.

e) por organismos clorofilados, por animais e por decompositores, sendo o carbono devolvido ao ambiente na forma de CO₂.

Gab: E

03 – (FUVEST SP/2014)   Considere a situação hipotética de lançamento, em um ecossistema, de uma determinada quantidade de gás carbônico, com marcação radioativa no carbono. Com o passar do tempo, esse gás se dispersaria pelo ambiente e seria incorporado por seres vivos. Considere as seguintes moléculas:

I. Moléculas de glicose sintetizadas pelos produtores.

II. Moléculas de gás carbônico produzidas pelos consumidores a partir da oxidação da glicose sintetizada pelos produtores.

III.   Moléculas de amido produzidas como substância de reserva das plantas.

IV. Moléculas orgânicas sintetizadas pelos decompositores.

Carbono radioativo poderia ser encontrado nas moléculas descritas em

a) I, apenas.

b) I e II, apenas.

c) I, II e III, apenas.

d) III e IV, apenas.

e) I, II, III e IV.

Gab: E

04 – (IFGO/2013)   Uma das diferenças entre os seres vivos e a matéria bruta está relacionada com sua composição química. Os seres vivos possuem uma grande quantidade de carbono na composição de suas moléculas. De acordo com a fonte de carbono utilizada pelos seres vivos, estes podem ser classificados em autotróficos ou heterotróficos. Nesse contexto, marque a alternativa correta:

a) As células de seres autotróficos se diferem das de heterotróficos pela ausência de mitocôndrias.

b) Assim como a fotossíntese é exclusiva dos seres autotróficos, processos como fermentação e respiração celular são exclusivos de seres heterotróficos.

c) Dentre os seres vivos somente os autotróficos são capazes de transformar carbono inorgânico em orgânico.

d) O alimento produzido pelos autótrofos é utilizado somente por eles mesmos no processo de respiração.

e) O processo de fermentação ocorre apenas em autotróficos.

Gab: C

05 – (FAMECA SP/2013)   Os processos bioquímicos da fotossíntese e da respiração aeróbica apresentam antagonismos com relação ao gás oxigênio, gás carbônico, água e energia envolvidos em suas equações.

Um antagonismo existente consiste no fato de a fotossíntese

a) liberar energia na forma de ATP, consumindo água e gás oxigênio, enquanto a respiração consome energia na forma de ATP, produzindo água.

b) liberar energia e vapor d´água, fixando o gás carbônico, enquanto a respiração consome energia da glicose, produzindo gás carbônico e água.

c) consumir energia e gás carbônico, produzindo glicose, enquanto a respiração degrada a glicose até gás carbônico, liberando energia e produzindo água.

d) consumir energia e água, liberando oxigênio, enquanto a respiração produz gás carbônico a partir do oxigênio, liberando energia.

e) liberar energia na forma de ATP, fixando o gás carbônico, enquanto a respiração libera energia na forma de ATP, consumindo glicose e água.

Gab: C

06 – (UNESP SP/2012)   Gustavo foi contratado para trabalhar como jardineiro em uma residência na cidade de São Paulo. Os proprietários do imóvel exigiram que Gustavo mantivesse a grama sempre irrigada e aparada a uma altura específica, o que, dependendo da época do ano, exigiu podas mais ou menos frequentes.

Considerando que o balanço entre taxa de fotossíntese e taxa de respiração varia ao longo do ano em razão das diferenças de temperatura, intensidade luminosa e períodos de claro e escuro ao longo das 24 horas do dia, pode-se afirmar corretamente que as podas foram

a) mais frequentes entre outubro e dezembro, período no qual a luminosidade intensa determinou o aumento da taxa de fotossíntese, mantendo o gramado no seu ponto de compensação fótica.

b) mais frequentes entre dezembro e fevereiro, período no qual o aumento da intensidade luminosa determinou um aumento na taxa de respiração.

c) menos frequentes entre abril e junho, período no qual as baixas temperaturas determinaram o aumento da taxa de respiração e colocaram o gramado acima de seu ponto de compensação fótica.

d) menos frequentes entre junho e agosto, período no qual a diferença entre a taxa de fotossíntese e a taxa de respiração tornou-se menor.

e) menos frequentes entre agosto e outubro, período no qual os dias mais curtos em relação às noites levaram a uma taxa de fotossíntese abaixo da taxa de respiração.

Gab: D

TEXTO: 1 – Comum à questão: 7

Toda vez que expiramos, damos partida no automóvel, acendemos uma lâmpada, ou fazemos qualquer coisa, lançamos dióxido de carbono na atmosfera. O carvão, o petróleo e o gás natural que movimentam a economia dos países industrializados contêm todos eles carbono incorporado a plantas há centenas de milhões de anos, e esse carbono agora está voltando à atmosfera através das chaminés, dos canos de escapamento e das queimadas. O CO₂ é o principal, dentre os diversos gases gerados por atividade humana, que aumenta a capacidade da atmosfera em reter calor. O metano emitido por rebanhos de gado e aterros sanitários, assim como os clorofluorcarbonos, CFCs, usados em alguns modelos de geladeira e aparelho de ar condicionado, são outros desses gases.

Por ano, a humanidade despeja na atmosfera cerca de 9 bilhões de toneladas de carbono. Desse total, 88% vêm da queima de combustíveis fósseis e da fabricação de cimento. O resto é de reflorestamento. No entanto, menos da metade dessa emissão bruta permanece na atmosfera e contribui para o aquecimento do Planeta. A estação de pesquisa na floresta Harvard, no estado de Massachusetts, não é o único local em que a natureza está respirando fundo. Pois são as florestas, os campos e os oceanos que funcionam como sorvedouros de carbono. Eles reabsorvem metade de CO2 que emitimos, freando o seu acúmulo na atmosfera e adiando os efeitos no clima. (APPENZELLER, 2011, p. 44-47).

APPENZELLER, Tim. O ciclo da vida. National Geographic, Edição Especial, out. 2011.

07 – (Unifacs BA/2013)   A incorporação de carbono pelas plantas ocorreu no passado remoto e ainda ocorre por um processo

01. bioenergético em que moléculas de CO₂ são quebradas e as de O₂ liberadas para a atmosfera.

02. fotoquímico que converte energia luminosa em energia química, contida nos carboidratos.

03. respiratório, realizado nas mitocôndrias que atuam como sorvedouros de carbono.

04. anaeróbico, dependente de enzimas que catalisam a fermentação de açúcares.

05. quimiossintético, transformador de glicose em oxigênio e moléculas de ATP.

Gab: 02

Os textos e exemplos acima foram preparados pela professora Juliana Santos para o Blog do Enem. Juliana é formada em Ciências Biológicas pela Universidade Federal de Santa Catarina. Dá aulas de Ciências e Biologia em escolas da Grande Florianópolis desde 2007. Facebook: https://www.facebook.com/juliana.evelyndossantos.