O que é fotossíntese?

A fotossíntese é um processo realizado por organismos autótrofos no qual energia luminosa é convertida em energia química, ou seja, a energia fornecida pela luz solar é utilizada para a síntese de compostos orgânicos energéticos (carboidratos). É um processo de grande importância ecológica, uma vez que, seres vivos fotossintetizantes se encontram na base da cadeia alimentar e são responsáveis pela manutenção do oxigênio da atmosfera.
A equação química a seguir descreve de forma resumida o processo de fotossíntese:

Como descrito na equação o processo envolve a utilização da energia luminosa para produção de alimento (C₆H₁₂O₆) e oxigênio (O₂), a partir de gás carbônico (CO₂) e água (H₂O), no entanto como dito anteriormente essa equação é uma representação resumida, sendo a fotossíntese um processo complexo constituído de diversas etapas e reações químicas distintas.

Quais seres realizam fotossíntese?
Embora esse processo seja comumente atribuído a seres do reino Plantae, ele também se encontra presente em seres procariontes (como as cianobactérias) e protistas clorofilados (como as algas unicelulares). Nos procariontes, a fotossíntese é realizada no hialoplasma, enquanto nos eucariontes em organelas especializadas conhecidas como cloroplastos.

Figura 1 - Ipê-amarelo

Fonte: SoFlor Sementes (https://www.soflor.com.br/produto/ipe-amarelo-sementes-handroanthus-serratifolius/)

Figura 2 - Cianobactéria

Fonte: Jardinagemem (https://www.jardineriaon.com/pt/cianobact%C3%A9ria.html)

Figura 3 - Algas unicelulares flageladas (Euglenas)

Fonte: Só Biologia (https://www.sobiologia.com.br/conteudos/Reinos/Protista2.php)

O cloroplasto e sua origem

Os cloroplastos são organelas complexas presentes nas células de organismos eucariontes fotossintetizantes (plantas e algas). Contém a clorofila, um pigmento verde que é responsável pela captação de energia luminosa por meio da luz solar, obtendo assim, energia para realização da fase clara da fotossíntese. Nas células vegetais os cloroplastos se encontram em maior quantidade nas folhas e caules jovens, que possuem a coloração verde devido às altas concentrações da clorofila.

Você Sabia?

Estrutura do cloroplasto
Os cloroplastos são compostos por membranas internas e externas, a camada interna encapsulando um líquido similar ao hialoplasma, o estroma, que contém enzimas essenciais para o processo de fotossíntese, submersas nesse líquido encontrasse estruturas com aparência similar à de moedas empilhadas conhecidas como grana (plural de granum), as "moedas" que compõe essa estrutura são lamelas chamadas de tilacoides. Os primeiros estágios da fotossíntese ocorrem nas tilacoides, pois são elas que contém a clorofila.
Figura 5 – Cloroplasto e suas organelas

Fonte: Dr Kenneth R. Miller / Science Photo Library

Etapas da fotossíntese

A fotossíntese é realizada em 2 grandes etapas, a fase clara (ou fotoquímica) e a fase escura (ou química).
A fase clara compreende a primeira etapa da fotossíntese, como o próprio nome aponta essa fase ocorre na presença de luz, os processos químicos relativos a essa etapa ocorrem nas tilacoides, onde os pigmentos presentes nos granas captam a energia da luz solar, ativando os fotossistemas presentes nas membranas das tilacoides, um fotossistema produz um agente oxidante forte que será utilizado na oxidação (fotólise) da água, dissociando o hidrogênio do oxigênio e formação do NADP+ (fotossistema II), enquanto o outro produz um forte agente redutor utilizado para redução do NADP+ em NADPH. Outro processo importante que ocorre nessa fase é fosforilação (cíclica e acíclica) no qual é realizado o transporte dos elétrons gerados na fotólise, esse processo é responsável pela formação da ATP, ambos a ATP e NADPH serão utilizados na fase escura.

Fase escura (Ciclo de Calvin)

A fase escura, também conhecida como ciclo de Calvin, nome dado em homenagem ao bioquímico Melvin Calvin que realizou experimentos com carbono radioativo em plantas para estudo de seu comportamento na fotossíntese. Essa etapa ocorre no estroma, pois essa possui as enzimas necessárias para o processo, se utiliza dos do hidrogênio transportado pelo NADPH e a energia providenciada pela ATP (ambas geradas na fase clara), no intuito de sintetizar glicose, o ciclo de Calvin é dividido em 3 etapas, sendo elas: Fixação do carbono, onde o carbono é fixado através da enzima Rubisco (ribulose-1,5-bifosfato) gerando ao final da etapa 2 moléculas de 3 carbonos chamadas de PGA (3-fosfoglicerato); Redução, o PGA gerado na etapa anterior por meio dos íons de hidrogênio fornecidos pela NADPH, é nessa etapa que ocorre a síntese do açúcar; Regeneração da enzima Rubisco através da substância PGAL (produzida na etapa de redução) para preparação de um novo ciclo.
Figura 6 - Representação simplificada do ciclo de Calvin e suas etapas

Exercícios

1) (Enem 2009) A fotossíntese é importante para a vida na Terra. Nos cloroplastos dos organismos fotossintetizantes, a energia solar é convertida em energia química que, juntamente à água e ao gás carbônico (CO2), é utilizada para a síntese de compostos orgânicos (carboidratos). A fotossíntese é o único processo de importância biológica capaz de realizar essa conversão. Todos os organismos, incluindo os produtores, aproveitam a energia armazenada nos carboidratos para impulsionar os processos celulares, liberando CO2 para a atmosfera e água para a célula por meio da respiração celular. Além disso, grande fração dos recursos energéticos do planeta, produzidos tanto no presente (biomassa) como em tempos remotos (combustível fóssil), é resultante da atividade fotossintética. As informações sobre obtenção e transformação dos recursos naturais por meio dos processos vitais de fotossíntese e respiração, descritas no texto, permitem concluir que:

1. o CO2 e a água são moléculas de alto teor energético.
2. os carboidratos convertem energia solar em energia química.
3. a vida na Terra depende, em última análise, da energia proveniente do sol.
4. o processo respiratório é responsável pela retirada de carbono na atmosfera.
5. a produção de biomassa e de combustível fóssil, por si, é responsável pelo aumento de CO2 atmosférico.

2) (Enem 2021) As plantas, em sua fase de crescimento, necessitam de grande quantidade de carbono, sequestrado pela fotossíntese, para a produção de biomassa.
O sequestro de carbono pelas plantas é aumentado

1. reciclando papel.
2. mantendo intactas as florestas nativas.
3. fazendo o replantio das áreas degradadas.
4. evitando a queima de madeira e áreas de floresta.
5. substituindo a madeira de bens duráveis por materiais alternativos.

3) (Enem 2018) A fotossíntese é um processo físico-químico realizado por organismos clorofilados. Nos vegetais, é dividido em duas fases complementares: uma responsável pela síntese de ATP e pela redução do NADP+ e a outra pela fixação de carbono.
Para que a etapa produtora de ATP e NADPH ocorra, são essenciais

1. água e oxigênio.
2. glicose e oxigênio.
3. radiação luminosa e água.
4. glicose e radiação luminosa.
5. oxigênio e dióxido de carbono.

4) (Enem 2015) A indústria têxtil utiliza grande quantidade de corantes no processo de tingimento dos tecidos. O escurecimento das águas dos rios causado pelo despejo desses corantes pode desencadear uma série de problemas no ecossistema aquático.
Considerando esse escurecimento das águas, o impacto negativo inicial que ocorre é o(a)

1. eutrofização.
2. proliferação de algas.
3. inibição da fotossíntese.
4. fotodegradação da matéria orgânica.
5. aumento da quantidade de gases dissolvidos.

5) (Enem 2015)

No esquema representado, o processo identificado pelo número 2 é realizado por:

1. seres herbívoros.
2. fungos fermentadores.
3. bactérias heterótrofas.
4. organismos produtores.
5. microrganismos decompositores.

6) (Enem 2021)
Em uma aula sobre metabolismo energético, foi apresentado um experimento clássico realizado por Engelmann. Um recipiente contendo bactérias aeróbias e uma alga verde filamentosa foi submetido à iluminação de uma fonte de luz, representada pelo microespectro. Após a explicação, um aluno esquematizou na lousa o resultado do referido experimento.


Considerando a figura, a faixa do microespectro em que a alga possui maior taxa de realização fotossintética é a do:

1. Anil.
2. Verde.
3. Violeta.
4. Amarelo.
5. Vermelho.

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

1. apenas por organismos consumidores no processo de respiração celular, sendo o carbono devolvido ao ambiente na forma de CO2.
2. apenas por organismos clorofilados no processo de respiração celular, a partir do qual o carbono não é devolvido ao ambiente.
3. apenas por organismos anaeróbicos no processo de fermentação, sendo o carbono devolvido ao ambiente na forma de CO2.
4. por organismos clorofilados e por animais no processo de respiração celular, a partir do qual o carbono não é devolvido ao ambiente.
5. por organismos clorofilados, por animais e por decompositores, sendo o carbono devolvido ao ambiente na forma de CO2.

8) (PUC RJ/2013)   A fotossíntese é um processo complexo que ocorre em duas fases: fase luminosa e Ciclo de Calvin.
Sobre as duas etapas da fotossíntese, foram feitas as seguintes afirmativas:
I. Na fase luminosa, ocorre a conversão da energia solar em energia química.
II. Na fase luminosa, ocorre liberação de oxigênio, produção de NADPH e consumo de ATP.
III.   No Ciclo de Calvin, o CO2 atmosférico é incorporado em moléculas orgânicas do cloroplasto.
IV. O Ciclo de Calvin necessita indiretamente da luz, pois a produção de açúcar depende do ATP e NADPH produzidos na fase luminosa.
Estão corretas:

1. Somente I, II e III.
2. Somente II, III e IV.
3. Somente I, III e IV.
4. Somente I, II e IV.
5. Todas as afirmativas.

Resposta

Alternativa: Explicação: Alternativa C:
I – Verdadeira;
II – Falsa: Na fase clara é realizada a produção de ATP, o consumo da ATP ocorre na fase escura; III – Verdadeira;
IV – Verdadeira.


 

9) (UFRGS 2015) Sobre a fotossíntese, é correto afirmar que:

1. as reações dependentes de luz convertem energia luminosa em energia química.
2. o hidrogênio resultante da quebra da água é eliminado da célula durante a fotólise.
3. as reações dependentes de luz ocorrem no estroma do cloroplasto.
4. o oxigênio produzido na fotossíntese é resultante das reações independentes da luz.
5. os seres autótrofos utilizam o CO2 durante as reações dependentes de luz.

10) (Enem 2018) No século XVII, um cientista alemão chamado Jan Baptista van Helmont fez a seguinte experiência para tentar entender como as plantas se nutriam: plantou uma muda de salgueiro, que pesava 2,5 kg, em um vaso contendo 100 kg de terra seca. Tampou o vaso com uma placa de ferro perfurada para deixar passar água. Molhou diariamente a planta com água da chuva. Após 5 anos, pesou novamente a terra seca e encontrou os mesmos 100 kg, enquanto que a planta de salgueiro pesava 80 kg.
BAKER, J. J. W; ALLEN, G. E. Estudo da biologia. São Paulo: EdgarBIucher, 1975 (adaptado).

Os resultados desse experimento permitem confrontar a interpretação equivocada do senso comum de que as plantas

1. absorvem gás carbônico do ar.
2. usam a luz como fonte de energia.
3. absorvem matéria orgânica do solo.
4. usam a água para constituir seu corpo.
5. produzem oxigênio na presença de luz.

Referências

A ETAPA fotoquímica da fotossíntese. Só Biologia, Porto Alegre, [2008-2021]. Disponível em: https://www.sobiologia.com.br/conteudos/bioquimica/bioquimica15.php. Acesso 10 maio 2021.

RAMOS, Marthar. Fotossíntese: conversão de energia luminosa. Blog do Enem, 3 de fevereiro de 2016. Disponível em: https://blogdoenem.com.br/biologia-enem-introducao-fotossintese/. Acesso em 10 maio 2021.

TAIZ, Lincoln; ZEIGER, Eduardo; MØLLER, Ian Max; MURPHY, Angus. Fisiologia e desenvolvimento vegetal. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017.