Quais são os tipos de comprimento de onda absorvidos pelas plantas

Como a luz pode ser usada para fazer comida? É fácil pensar na luz como algo que existe e permite que organismos vivos, como humanos, vejam, mas a luz é uma forma de energia. Como toda energia, a luz pode viajar, mudar de forma e ser aproveitada para trabalhar. No caso da fotossíntese, a energia luminosa é transformada em energia química, que os autotróficos usam para construir moléculas de carboidratos. No entanto, os autótrofos usam apenas um componente específico da luz solar (Figura\(\PageIndex{1}\)).

O que é energia luminosa?

O sol emite uma quantidade enorme de radiação eletromagnética (energia solar). Os humanos podem ver apenas uma fração dessa energia, que é chamada de “luz visível”. A maneira pela qual a energia solar viaja pode ser descrita e medida como ondas. Os cientistas podem determinar a quantidade de energia de uma onda medindo seu comprimento de onda, a distância entre dois pontos consecutivos semelhantes em uma série de ondas, como de crista a crista ou de vale a vale (Figura\(\PageIndex{2}\)).

A luz visível constitui apenas um dos muitos tipos de radiação eletromagnética emitida pelo sol. O espectro eletromagnético é a faixa de todos os comprimentos de onda de radiação possíveis (Figura\(\PageIndex{3}\)). Cada comprimento de onda corresponde a uma quantidade diferente de energia transportada.

Cada tipo de radiação eletromagnética tem uma faixa característica de comprimentos de onda. Quanto maior o comprimento de onda (ou quanto mais esticado ele aparece), menos energia é transportada. Ondas curtas e estreitas carregam mais energia. Isso pode parecer ilógico, mas pense nisso em termos de um pedaço de corda móvel. É preciso pouco esforço de uma pessoa para mover uma corda em ondas longas e largas. Para fazer uma corda se mover em ondas curtas e apertadas, uma pessoa precisaria aplicar muito mais energia.

O sol emite (Figura\(\PageIndex{3}\)) uma ampla faixa de radiação eletromagnética, incluindo raios X e raios ultravioleta (UV). As ondas de maior energia são perigosas para os seres vivos; por exemplo, os raios X e os raios UV podem ser prejudiciais aos humanos.

Absorção de luz

A energia da luz entra no processo de fotossíntese quando os pigmentos absorvem a luz. Nas plantas, as moléculas de pigmento absorvem apenas a luz visível para a fotossíntese. A luz visível vista pelos humanos como luz branca realmente existe em um arco-íris de cores. Certos objetos, como um prisma ou uma gota de água, dispersam a luz branca para revelar essas cores ao olho humano. A porção de luz visível do espectro eletromagnético é percebida pelo olho humano como um arco-íris de cores, com violeta e azul tendo comprimentos de onda mais curtos e, portanto, maior energia. Na outra extremidade do espectro em direção ao vermelho, os comprimentos de onda são maiores e têm menor energia.

Entendendo os pigmentos

Existem diferentes tipos de pigmentos, e cada um absorve apenas certos comprimentos de onda (cores) da luz visível. Os pigmentos refletem a cor dos comprimentos de onda que eles não conseguem absorver.

Todos os organismos fotossintéticos contêm um pigmento chamado clorofila a, que os humanos veem como a cor verde comum associada às plantas. A clorofila a absorve comprimentos de onda de qualquer extremidade do espectro visível (azul e vermelho), mas não do verde. Como o verde é refletido, a clorofila parece verde.

Outros tipos de pigmentos incluem a clorofila b (que absorve a luz azul e vermelho-laranja) e os carotenóides. Cada tipo de pigmento pode ser identificado pelo padrão específico de comprimentos de onda que ele absorve da luz visível, que é seu espectro de absorção.

Muitos organismos fotossintéticos têm uma mistura de pigmentos; entre eles, o organismo pode absorver energia de uma ampla faixa de comprimentos de onda de luz visível. Nem todos os organismos fotossintéticos têm acesso total à luz solar. Alguns organismos crescem debaixo d'água, onde a intensidade da luz diminui com a profundidade e certos comprimentos de onda são absorvidos pela água. Outros organismos crescem em competição pela luz. As plantas no chão da floresta tropical devem ser capazes de absorver qualquer luz que venha, porque as árvores mais altas bloqueiam a maior parte da luz solar (Figura\(\PageIndex{4}\)).

Como funcionam as reações dependentes da luz

O objetivo geral das reações dependentes da luz é converter a energia da luz em energia química. Essa energia química será usada pelo ciclo de Calvin para alimentar a montagem de moléculas de açúcar.

As reações dependentes da luz começam em um agrupamento de moléculas e proteínas pigmentares chamado fotossistema. Existem fotossistemas nas membranas dos tilacóides. Uma molécula de pigmento no fotossistema absorve um fóton, uma quantidade ou “pacote” de energia luminosa, por vez.

Um fóton de energia luminosa viaja até atingir uma molécula de clorofila. O fóton faz com que um elétron na clorofila fique “excitado”. A energia dada ao elétron permite que ele se liberte de um átomo da molécula de clorofila. Portanto, diz-se que a clorofila “doa” um elétron (Figura\(\PageIndex{5}\)).

Para substituir o elétron na clorofila, uma molécula de água é dividida. Essa divisão libera um elétron e resulta na formação de oxigênio (O 2) e íons hidrogênio (H +) no espaço tilacóide. Tecnicamente, cada quebra de uma molécula de água libera um par de elétrons e, portanto, pode substituir dois elétrons doados.

A substituição do elétron permite que a clorofila responda a outro fóton. As moléculas de oxigênio produzidas como subprodutos chegam ao ambiente circundante. Os íons de hidrogênio desempenham papéis críticos no restante das reações dependentes da luz.

Lembre-se de que o objetivo das reações dependentes da luz é converter a energia solar em transportadores químicos que serão usados no ciclo de Calvin. Em eucariotos e alguns procariontes, existem dois fotossistemas. O primeiro é chamado de fotossistema II, que foi nomeado pela ordem de sua descoberta e não pela ordem da função.

Depois que o fóton atinge, o fotossistema II transfere o elétron livre para o primeiro de uma série de proteínas dentro da membrana tilacóide chamada cadeia de transporte de elétrons. À medida que o elétron passa por essas proteínas, a energia do elétron alimenta bombas de membrana que movem ativamente os íons de hidrogênio contra seu gradiente de concentração do estroma para o espaço tilacóide. Isso é bastante análogo ao processo que ocorre na mitocôndria, no qual uma cadeia de transporte de elétrons bombeia íons de hidrogênio do estroma mitocondrial através da membrana interna e para o espaço intermembranar, criando um gradiente eletroquímico. Depois que a energia é usada, o elétron é aceito por uma molécula de pigmento no próximo fotossistema, que é chamado de fotossistema I (Figura\(\PageIndex{6}\)).

Gerando um transportador de energia: ATP

Nas reações dependentes da luz, a energia absorvida pela luz solar é armazenada por dois tipos de moléculas transportadoras de energia: ATP e NADPH. A energia que essas moléculas carregam é armazenada em uma ligação que mantém um único átomo à molécula. Para o ATP, é um átomo de fosfato e, para o NADPH, é um átomo de hidrogênio. Lembre-se de que o NADH era uma molécula similar que transportava energia na mitocôndria do ciclo do ácido cítrico para a cadeia de transporte de elétrons. Quando essas moléculas liberam energia no ciclo de Calvin, cada uma delas perde átomos para se tornar as moléculas de baixa energia ADP e NADP +.

O acúmulo de íons de hidrogênio no espaço tilacóide forma um gradiente eletroquímico devido à diferença na concentração de prótons (H +) e à diferença na carga através da membrana que eles criam. Essa energia potencial é coletada e armazenada como energia química no ATP por meio da quimiosmose, o movimento dos íons de hidrogênio em seu gradiente eletroquímico através da enzima transmembranar ATP sintase, assim como na mitocôndria.

Os íons de hidrogênio podem passar pela membrana tilacóide por meio de um complexo proteico incorporado chamado ATP sintase. Essa mesma proteína gerou ATP a partir do ADP na mitocôndria. A energia gerada pela corrente de íons hidrogênio permite que a ATP sintase conecte um terceiro fosfato ao ADP, que forma uma molécula de ATP em um processo chamado fotofosforilação. O fluxo de íons de hidrogênio através da ATP sintase é chamado de quimiosmose, porque os íons se movem de uma área de alta para baixa concentração por meio de uma estrutura semipermeável.

Gerando outro transportador de energia: NADPH

A função restante da reação dependente da luz é gerar a outra molécula transportadora de energia, o NADPH. Quando o elétron da cadeia de transporte de elétrons chega ao fotossistema I, ele é reenergizado com outro fóton capturado pela clorofila. A energia desse elétron impulsiona a formação de NADPH a partir do NADP + e de um íon hidrogênio (H +). Agora que a energia solar está armazenada em transportadores de energia, ela pode ser usada para fazer uma molécula de açúcar.

Resumo

Na primeira parte da fotossíntese, a reação dependente da luz, as moléculas de pigmento absorvem energia da luz solar. O pigmento mais comum e abundante é a clorofila a. Um fóton atinge o fotossistema II para iniciar a fotossíntese. A energia viaja pela cadeia de transporte de elétrons, que bombeia íons de hidrogênio para o espaço tilacóide. Isso forma um gradiente eletroquímico. Os íons fluem através da ATP sintase do espaço tilacóide para o estroma em um processo chamado quimiosmose para formar moléculas de ATP, que são usadas para a formação de moléculas de açúcar no segundo estágio da fotossíntese. O fotossistema I absorve um segundo fóton, o que resulta na formação de uma molécula de NADPH, outro transportador de energia para as reações do ciclo de Calvin.

Glossário