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Olá, eu sou o Sr. Andersen e neste vídeo vou-vos falar sobre fotossíntese.
Eu adoro a fotossíntese, porque me dá duas coisas que eu necessito. Eu necessito de respirar,
e ela dá-me oxigénio e eu necessito de comer e ela dá-me comida.
Por isso eu adoro a fotossíntese. Vocês podem pensar que só se encontra nestas coisas, as plantas,
mas também se encontra em bactérias, em algas, e desta forma, em protistas.
É encontrada em todo o lado. A fotossíntese tem andado por aqui há muito tempo.
É muito importante que que compreendam como funciona e, por isso, vamos começar com o local, nas células eucarióticas onde ocorre fotossíntese
e esse local são os cloroplastos. Isto é um conjunto de células e podemos
ver quantos cloroplastos tem uma célula normal. Portanto, há um monte deles.
Existem alguns termos com os quais devem estar familiarizados e onde se onde se localizam.
O primeiro é a membrana do tilacóide. A membrana do tilacóide organiza-se desta forma e,
basicamente,é nesse local que as reações fotoquímicas terão lugar. Se tiverem uma pilha de tilacóides
como estes chamamos-lhe granum. Outro aspeto importante para compreender a fotossíntese
é que isto está cheio de um líquido e esse líquido chama-se estroma.
Este vai ser local do ciclo de Calvin. Se triturassem uma folha o que
descobririam é que não existe apenas um pigmento, a clorofila A, que faz fotossíntese
mas existe uma série de pigmentos que trabalham em conjunto. Portanto, se triturarem uma folha num papel de cromatografia
e se de seguida, o colocarem em solvente, o que vão obter é a cromatografia em coluna.
vai separar-se em todas as suas diferentes partes. Este aqui seria a clorofila A
e a clorofila B e este seriam os carotenos e xantofilas. E eles estão todos a trabalhar em conjunto.
Você vêem estes outros pigmentos no outono, quando a clorofila se move para o interior
da folha e é reabsorvida. Mas se olharmos para o tipo de luz que eles absorvem, aqui está a clorofila A e aqui a B.
Isso é o que chamamos de espectro de absorção, a cor da luz
elas são capazes de absorver e podem ver que elas absorvem muito do azul, muito do vermelho
mas não absorvem muito disto aqui no meio, este verde. Uma pergunta rápida poderia ser,
qual é a cor que as plantas menos gostam? e a resposta correta seria
verde, porque elas refletem a luz verde. Isto há muito que intriga os cientistas
mas, de facto, não temos uma resposta definitiva para o motivo pelo qual as plantas são verdes.
Sabemos que se elas fossem pretas provavelmente ficariam demasiado quentes.
Elas absorveriam demasiada luz. Vamos então começar com uma equação, uma vez que isto é apenas uma reação química
É uma reacção química com vários passos. Mas quais são os reagentes?
Água e dióxido de carbono. Como é que uma planta cresce? Basicamente é absorvendo a água,
através das raízes e absorvendo o dióxido de carbono, através de suas folhas, através dos estomas.
Outra coisa necessária é luz. Desta forma, ela pega nestes ingredientes simples
e "tece-os" transforma-os em glicose, esta molécula gigante aqui, e oxigénio
Portanto, esta é a comida que eu como, e este é o oxigénio que eu respiro.
Mas as plantas fazem-no porque são boazinhas?! Não! Elas estão a produzir este açúcar para elas próprias,
para que o possam quebrar na respiração celular. De fato, se eu colocar esta seta na direção oposta
isto transforma-se na respiração celular. Eles estão a produzir comida para elas próprias
e também vão construir algumas estruturas, como a celulose da parede celular da planta.
Ok, então sempre que eu penso nos diferentes passos da fotossíntese
Eu imagino sempre esta imagem aqui. Há foto e há síntese na palavra
Foto significa luz e síntese significa, fazer. Portanto, há dois passos na fotossíntese.
A reacção dependente da luz e que ocorre na membrana dos tilacóides,
e depois, o ciclo de Calvin. Nós costumávamos chamar esta etapa a fase escura,
o que é um termo parvo, porque não ocorre de noite, ocorre durante o dia, com luz
Basicamente a pessoa que estudou isto foi o Melvin Calvin e por isso o ciclo adquiriu o seu nome.
Onde é que o ciclo de Calvin ocorre? Adivinhou! Ele ocorre no estroma, nesta parte líquida.
Vamos então fazer uma versão animada da fotossíntese. Mais uma vez, quais são os reagente?
Água, Luz e dióxido de carbono. Quais vão ser os produtos resultantes?
Vai ser oxigénio e a glicose. Vamos então ver o que acontece.
Na reação dependente da luz, a água e a luz vão para a membrana do tilacóide e produzem duas coisas.
Produzem oxigênio. O oxigênio é um mero resíduo da reação.
E produzem esses produtos químicos. NADPH e ATP. Portanto, agora têm energia. Vamos ver o que lhes acontece.
Bom, a energia vai ser transferida para o ciclo de Calvin, onde o dióxido de carbono entra
e é produzida a glucose. Portanto, esta é a imagem global da fotossíntese.
Mas agora, vamos aprofundar um pouco mais e falar sobre a reação fotoquímica. Ok, então onde estamos?
Estamos na membrana do tilacóide. Por isso estamos nesta membrana aqui.
Se ampliarmos a membrana aqui, é isto que o diagrama representa.
Ok, quais são as duas coisas que entram? Bom, a primeira vai ser a luz.
Portanto, a luz entra aqui e a luz entra aqui. Que substância entra a seguir?
Essa substância será a água. Ok, então vamos ver outras características importantes
desta membrana do tilacóide. Este é o lado de fora, o estroma.
e este vai ser o interior, o lúmen. Há aqui algumas coisas importantes.
O que fica aqui? Bom...isto, basicamente, são proteínas com clorofila no interior.
Chamamos, a este conjunto, um fotossistema. Portanto, este primeiro é chamado
fotossistema II, e de seguida temos o fotossistema I. O motivo pelo qual estão ao contrário
deve-se ao facto de o fotossistema I ter sido descoberto primeiro. Então, o que entra?....Luz
Para que serve esta luz? Bom, a luz vai servir para excitar um eletrão
através de uma cadeia transportadora de eletrões. Deste modo, o eletrão passa através de proteínas, proteínas transportadoras,
e, eventualmente, o eletrão irá para aqui, para o NADPH.
Porque, não se esqueçam, esse é um dos produtos de reação da fase fotoquímica.
Ok, o que é que acontece à água? A água vai ser desdobrada imediatamente.
Se desborar a água (fotólise da água) o que é que surge? Bem, surge o oxigénio.
Este é o oxigénio que se vai libertar para fora da célula. Na verdade é o oxigénio que você está a respirar neste momento.
E depois vamos ter estes protões, que são simplesmente iões de hidrogénio. Eles são átomos de hidrogénio que perderam o seu eletrão.
Ok, então isso está a ficar um pouco confuso. Vamos ver o que acontece a seguir.
À medida que o eletrão se move ao longo da cadeia transportadora de eletrões,
alimentado pela luz que entrou aqui e aqui,
esse eletrão vai-se movendo ao longo deste caminho até aqui e cada vez que passa por uma destas proteínas,
são bombeados protões para o interior. Está então a bombear protões para o interior.
Ora, os protões têm uma carga positiva. Então, basicamente o que está acontecer é que se está a aumentar
a carga positiva no interior. Portanto, há uma carga positiva aqui. Se souber como funciona a respiração celular
irá perceber que isto é o oposto desse processo. Portanto, agora temos todas estas cargas positivas no interior
Para onde é que elas vão? Bom, só há um orifício pelo qual podem passar,
e esse é através desta proteína aqui. Consoante os protões vão saindo
eles vão-se movendo através de uma proteína chamada ATP sintase (ATPase). E funciona quase como se fosse um rotor.
E cada vez que um protão atravessa, forma-se um ATP. Bom, estão o que é que se formou na fase dependente da luz?
Formou-se NADPH e formou-se ATP. E o que há de bom nisso é que eles
vão-se acumulando aqui no estroma e podem ir para o ciclo de calvin
que vai ser o próximo passo deste processo. Recapitulando, quem é que está a fornecer a energia?
A luz. Quem é que está a fornecer os eletrões? A água. Um produto resultante disto é simplesmente o oxigénio.
Ok. Vamos então para para o ciclo de Calvin. O que é que está a acontecer no ciclo de Calvin?
Podem ver aqui os reagentes. Então, temos o nosso ATP aqui, e ATP aqui e NADPH.
O que eles estão a oferecer? Apenas energia. Nós também temos esta molécula aqui chamada Ribulose difosfato.
Basicamente é uma molécula com cinco carbonos. E depois temos o dióxido de carbono a entrar.
Ele move-se através dos estomas da folha e vai-se difundindo.
O dióxido de carbono é uma molécula com um único carbono. Então, basicamente, há aqui uma enzima chamada Rubisco
que vai anexar esta molécula de carbono a uma molécula com cinco carbonos.
Essa molécula quebra-se, imediatamente, em três moléculas de carbono. E, de seguida, ele recebe energia oriunda do ATP e do NADPH.
E tudo termina com a formação deste produto químico aqui em baixo, chamado G3P (gliceraldeído-3-fosfato). Em que é que o G3P se transforma?
Bom, ele pode ser transformado, rapidamente, em glicose ou sacarose ou maltose ou o que quer que seja necessário,
vai ser produzido aqui pelo G3P. Então é aí que estamos a sintetizar.
Por outras palavras, estamos a pegar no carbono e estamos a fixá-lo. Estamos a torna-lo útil.
Agora, algum do G3P é libertado mas muito dele é reciclado para fazer mais Ribulose difosfato.
E é por isso que é um ciclo contínuo. Qual é o grande cenário?
Se não houver ATP, se não vai haver NADPH, este processo vai parar.
Que outra coisa o poderia encerrar? O facto de não haver dióxido de carbono.
Ok, isto é basicamente a fotossíntese e funciona há bilhões de anos. Mas há um ligeiro problema.
E esse problema chama-se fotorrespiração. O que é a fotorrespiração?
Bom, a fotorrespiração ocorre apenas quando não há dióxido de carbono suficiente.
Portanto, se não há dióxido de carbono suficiente, deixem-me riscar isto, não se vai, certamente, forma G3P.
Mas algo pior acontece. Oxigénio pode efetivamente entrar para o ciclo de Calvin
e usando a rubisco pode-se formar um outro produto químico. Esse produto químico não serve para nada ou, por outras palavras,
não tem um propósito e a célula tem que o degradar. E assim, como resultado disto as plantas
e nós chamamos a quase todas as plantas C3. E a razão pela qual as chamamos plantas C3 é este porque
G3P é uma molécula com 3 carbonos. Então, para essas plantas C3, a fotorrespiração é péssima.
Por outras palavras, elas não ganham nada com isso e, desta forma, elas vão perder devido à entrada
do oxigénio no ciclo de Calvin. Isto pode levar-vos a pensar, em termos evolutivos
porque razão isto evoluiu? Bom, há que recordar que a fotossíntese surgiu primeiro e o oxigénio
acumulou-se na atmosfera muito mais tarde. Logo, não foi um problema no inicio, mas tornou-se um problema.
Outra pergunta que você pode pensar é, o que acontece quando não há carbono suficiente?
Quando não há dióxido de carbono? Bom, como é que elas obtêm dióxido de carbono?
As plantas têm os estomas e estes estão rodeados pelas células-guarda. Deste modo, basicamente, quando uma planta
abre os seus estomas, o dióxido de carbono pode-se difundir para o interior. Desta maneira, a única altura em que a planta não teria
dióxido de carbono, porque temos toneladas de dióxido de carbono na atmosfera, é quando
os estomas estão fechados e quando é que eles estariam fechados numa planta? A única altura em que os estomas estão fechados
é quando está muito, muito quente e a planta não quer perder água. Porque através da transpiração
ele perde contstantemente água. Se for uma planta, e se está um dia quente
você tem uma escolha difícil para fazer. Se abrir os estomas, vai perder água
e acaba por murchar. Se os mantiver fechados, não pode obter o dióxido de carbono e, de seguida,
vai começar a fazer fotorrespiração. Por isso, a natureza arranjou algumas soluções ao longo do tempo.
Mas só vamos encontar isto em plantas que vivem em locais realmente quentes
Então aqui está a primeira solução e isto faz imenso sentido. Isto acontece em plantas designadas CAM.
As plantas CAM são, por exemplo, a planta de jade ou o ananás. Basicamente o que elas fazem é
que só abrem os estomas à noite. Desta forma, à noite elas abrem os seus estomas e
de seguida, o dióxido de carbono entra e elas vão criar ácido málico,
aramazenando-o nos vacúolos no interior da célula. Ok, agora quando for dia o que elas podem fazer
é fechar os estomas, porque eles não querem perder água.
e agora elas podem retirar o dióxido de carbono do ácido málico e usá-lo no ciclo de Calvin
para produzir açúcares. Assim, a grande coisa sobre plantas CAM é que elas apenas absorvem
dióxido de carbono à noite, quando está fresco e durante o dia elas podem fechar seus estomas
não perdendo água. Outro exemplo disto seria nas plantas C4.
Elas ao invés de o fazerem de dia/noite, o que elas fazem é pegar nesse dióxido de carbono
e, utilizando enzimas, produzem uma molécula com 4 carbonos.
Essa molécula de 4 carbonos vai-se mover para algumas células no interior da folha, chamadas de células da bainha do feixe
e,de seguida, elas simplesmente introduzem o dióxido de carbono no ciclo de Calvin aqui.
Resumindo, ambas as soluções assentam, basicamente, em transportar o dióxido de carbono quando é possível obtê-lo
criando uma determinada substância química a partir dele e de seguida elas introduzem essa substância química
no ciclo de Calvin ciclo sem terem de estar à espera que o dióxido de carbono se difunda para o interior.
Agora, obviamente que isto vai obrigar a uns passos extra o que vai requerer mais energia
por isso só vemos estes mecanismos em regiões muito quentes. Mas um exemplo de uma planta C4
que todos nós comemos e utilizamos imenso. na verdade, a maioria de nós quase que somos feitos deste material
é o milho. E basicamente é nisto que consiste a fotossíntese. Um pequeno problema é a fotorrespiração, mas espero ter
ajudado