Fotossíntese Durante várias décadas, os produtores de grãos nos

Fotossíntese
Durante várias décadas, os produtores de grãos nos Estados Unidos competiram para saber
como obter maior produtividade. Após um rápido crescimento na primeira metade do século
XX, os rendimentos continuaram a aumentar, embora mais lentamente. A tendência de
crescimento continuou até a última década do século. De 1990 em diante, os rendimentos das
safras de milho, arroz e trigo estabilizaram-se. Cabe ressaltar que esses três cereais suprem
mais da metade das necessidades alimentares da humanidade.
Embora a produção mundial de alimentos continue a crescer pela ampliação da área cultivada
e a manipulação intensiva do ambiente com fertilizantes e pesticidas, o aumento da população
humana está anulando qualquer ganho per capita. A produção de alimento, por pessoa não
melhorou muito desde 1960-1980, o auge da chamada “Revolução Verde” na agricultura.
Aquele foi um período em que novas variedades genéticas e manejo mais intensivo do
ambiente possibilitaram mais do que duplicar os rendimentos das safras.
Para conseguir mais crescimento e produtividade das culturas vegetais no solo disponível, os
cientistas estão agora se concentrando na fotossíntese, o processo bioquímico pelo qual as
plantas convertem a luz solar em carboidratos, açúcares e amido. A fotossíntese é a verdadeira
base de vida sobre a Terra.
A transformação básica da fotossíntese – a conversão de energia solar em energia química – é
um exemplo bastante conhecido das leis da termodinâmica. De acordo com a primeira lei,
quando a energia muda da luz solar para a planta, nenhuma energia é perdida. Entretanto,
conforme a segunda lei, a conversão é relativamente ineficiente, com cerca de apenas 4% da
energia solar incidente terminando em ligações químicas. Além disso, o uso de energia solar,
inicialmente captada como ATP e transportadores de elétrons reduzidos, para reduzir dióxido
de carbono a açúcares também é ineficiente.
Como essas eficiências podem ser incrementadas? Um passo inicial importante é a
compreensão da fotossíntese. O processo da fotossíntese pode ser sucintamente decomposto
em duas etapas. A primeira etapa é a conversão de energia luminosa em ligações químicas de
transportadores de elétrons luminosa em ligação químicas de transportadores de elétrons
reduzidos e ATP. Na segunda etapa, essas duas fontes de energia química são usadas para
desencadear a síntese de carboidratos a partir do dióxido de carbono.
Ainda no começo do século XIX, os cientistas conheciam os aspectos gerais da fotossíntese.
Sabia-se que ela usava três ingredientes principais - água, dióxido de carbono (CO2) e luz para produzir não somente carboidratos, mas também gás oxigênio (O2). Os pesquisadores
descobriram que:

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A água para a fotossíntese em plantas terrestres provém primariamente do solo e
deve deslocar-se das raízes até as folhas.
Através de minúsculas aberturas nas folhas, denominadas estômatos, o dióxido de
carbono é absolvido e a água e o gás oxigênio liberados.
A água é absolutamente necessária para a produção de oxigênio e de carboidrato.
Ainda no século XIX, os cientistas resumiram a fotossíntese da seguinte maneira:
Dióxido de carbono + água + energia luminosa
açúcar + oxigênio
que, convertida em equação, representa o inverso da equação geral para a respiração celular,
que é:
6 C02 + 6 H2O
C6H1206 + 6 02
FOTOSSÍNTESE
C6H1206 + 6 02
6 C02 + 6 H2O + energia (calor e luz) RESPIRAÇÃO CELULAR
Embora corretos, esses balanços nada informam quanto a detalhes do processo.
Quase um século e meio se passou antes que fosse determinada a fonte de oxigênio liberado
durante a fotossíntese. Sua identificação foi um dos primeiros empregos de um isótopo
marcado em pesquisa biológica. Nesses experimentos, dois grupos de plantas verdes foram
preparados para realizar fotossíntese. As plantas do primeiro grupo foram supridas com água
contendo o isótopo pesado 18O e com CO2 contendo apenas o isótopo de oxigênio comum, 16
O; às plantas do segundo grupo foram fornecidos CO2 marcado com 18O e água contendo
somente 16 O.
Quando o oxigênio de cada grupo de plantas foi coletado e analisado, constatou-se que o
oxigênio contendo 18O era produzido em abundância pelas plantas que receberam água com
o 18O marcado, mas não pelas plantas submetidas ao CO2 marcado. Tais resultados
mostraram que todo o oxigênio produzido durante a fotossíntese provém da água. Hoje,
representada pela equação:
6 C02 + 12 H2O
C6H1206 + 6 02 + 6 H2O
A água aparece em ambos os lados da equação porque é usada como um reagente (as 12
moléculas à esquerda) e liberada como produto (as 6 moléculas à direita). Nessa equação,
existem moléculas de água suficientes para explicar todo o oxigênio produzido.
A produção fotossintética por plantas verdes é uma fonte importante de oxigênio atmosférico
necessário para a maioria dos organismos – incluindo as próprias plantas – a fim de completar
suas cadeias respiratórias e obter energia para a vida.
A evolução da fotofosforilação não-cíclica há pouco mais de 2 bilhões de anos mudou o rumo
da evolução e transformou a Terra. A mudança-chave foi a habilidade dos organismos vivos
em utilizar a água como fonte de hidrogênio:
2 H2O
4 H+ + 0 2 + 4 e -
Ao dividir quimicamente água, gerou-se 02 como subproduto e formaram-se
disponíveis para reduzir C02 e formar compostos orgânicos.
elétrons
A capacidade de dividir moléculas d’água surgiu primeiramente em algumas bactérias
sulfurosas que evoluíram para cianobactérias. Restos dessas bactérias encontram-se
abundantemente fossilizados em concentrações chamadas estromatólitos. As cianobactérias
ainda formam estromatólitos em alguns lugares da Terra que possuem alta salinidade.
Essa capacidade de partir a água foi, sem dúvida, a causa do extraordinário sucesso das
cianobactérias. O 02 liberado abriu caminho para a evolução das reações de oxidação aeróbicas
como fontes de energia para a formação de ATP. O metabolismo aeróbico é muito mais rápido
e eficiente do que o metabolismo anaeróbio e passou a dominar a vida desde então. O sucesso
das cianobactérias possibilitou a evolução de todas as reações da cadeia respiratória realizada
por todas as células aeróbias.
A evolução da vida modificou irrevogavelmente a natureza de nosso planeta. Quando surgiu
pela primeira vez, o oxigênio era tóxico para os organismos anaeróbios que habitavam nosso
planeta naquele período. Aqueles procariotos que desenvolveram tolerância ao O2 foram
capazes de colonizar com sucesso ambientes desprovidos de outros organismos e proliferar
em abundância. A vida criou o O2 de nossa atmosfera e removeu a maioria do dióxido de
carbono, incorporando-o aos compostos orgânicos e subsequentemente transferindo-os aos
sedimentos oceânicos.