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Biologia vegetal: Metabolismo das plantas

MUNDO VERDE A clorofla, que capta a luz solar na fotossíntese, absorve todas as cores do espectro solar, menos verde. Por isso a maioria das folhas tem essa cor

 

Luz e oxigênio para crescer

Como qualquer ser vivo, os vegetais precisam de energia e matéria orgânica para crescer e manter seu metabolismo. O alimento é produzido pela fotossíntese. E, de novo, como em todos os seres vivos, a energia vem da respiração.

Fotossíntese

A fotossíntese é um processo metabólico complexo, através do qual organismos autótrofos transformam gás carbônico (CO2) e água em açúcares e oxigênio. A energia necessária para que a fotossíntese ocorra vem do sol e é captada pelo pigmento clorofla. A fotossíntese pode ser resumida na seguinte equação química:

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O C6H12O6 é a glicose, um carboidrato (açúcar). Dessa forma, as plantas transformam substâncias inorgânicas – água e gás carbônico – em orgânicas energéticas, alimento e matéria-prima para a síntese de todas as demais moléculas orgânicas. Os primeiros organismos fotossintetizantes da Terra foram as cianobactérias (cianofíceas, ou algas azuis). Mas, antes delas, já existiam bactérias que obtinham energia pela fermentação (veja o capítulo 3). As cianobactérias usavam o CO2 liberado pelas bactérias fermentadoras para sintetizar o próprio alimento, na fotossíntese.

Com o tempo, a proliferação de bactérias fermentadoras esgotou o estoque de moléculas orgânicas nos oceanos primitivos. Os organismos fotossintetizantes multiplicaram-se, então, rapidamente. E, como a fotossíntese libera oxigênio O2), a atmosfera encheu-se desse gás, o que deu início aos processos oxidativos – entre eles, a respiração celular, que produz energia em grande quantidade.

Cloroplastos

As organelas das células eucariontes que fazem a fotossíntese são os cloroplastos. Assim como as mitocôndrias, os cloroplastos carregam o próprio material genético e têm reprodução independente, dentro de cada célula. Por isso, acredita-se, os primeiros eucariontes fotossintetizantes, as algas unicelulares, eram protozoários que acabaram fagocitando um procarionte produtor de clorofla. De alguma forma, o organismo fagocitado não foi digerido, mas preservado, dando origem ao cloroplasto. Essa teoria é conhecida como endossimbiose.

Os cloroplastos têm duas membranas. A interna forma vesículas chamadas tilacoides, nas quais a clorofla é armazenada. A cor verde da maioria das plantas indica que a clorofla não absorve bem essa cor da luz solar. As demais cores que compõem a luz branca são absorvidas (principalmente o azul e o vermelho). Mas a verde é refetida pelas folhas. A substância que preenche o cloroplasto se chama matriz, ou estroma, e contém as enzimas que participam do processo de formação da glicose.

A química da luz

A fotossíntese ocorre em duas etapas. A fase luminosa é de reações fotoquímicas que ocorrem durante o dia, quando há luz. A fase escura envolve reações que não dependem da luz, mas também só acontecem de dia (veja abaixo).

Na fase luminosa, os tilacoides absorvem a energia luminosa, são formadas moléculas de ATP e quebradas as de água, num processo chamado fotólise. Essa quebra transforma o composto NADP em NADPH2 e libera O2 para a atmosfera. O composto NADP é um transportador de hidrogênios e elétrons, ou seja, recebe os hidrogênios da molécula de água e os transfere para a etapa escura. A etapa escura, que ocorre no estroma, usa os hidrogênios extras do NADPH2 e a energia do ATP para formar a glicose numa reação com CO2. Para cada molécula de glicose formada são necessárias seis moléculas de CO2. A etapa escura não depende diretamente da luz, mas só acontece se o vegetal tiver disponíveis os compostos produzidos na fase luminosa.

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A fermentação é um processo menos rentável que a respiração aeróbica: rende apenas duas moléculas de ATP e apresenta como produto final um composto que ainda tem energia. Existem dois tipos de  fermentação: a lática é realizada por lactobacilos (bactérias do leite) e células musculares, e deixa como produto final o ácido lático, sem liberação de CO2. O ácido lático diminui o pH, ou seja, aumenta a acidez do leite, causando a coagulação das proteínas – o coalho, usado na fabricação de iogurtes e queijos. Já a fermentação alcoólica, ou etílica, é feita por algumas bactérias e fungos unicelulares chamados leveduras, resulta no álcool etílico e libera CO2. Esse processo é utilizado na fabricação de álcool combustível, bebidas alcoólicas e pão. As leveduras podem, também, realizar respiração aeróbica, na presença de oxigênio, pois têm mitocôndrias.

Respiração

Todos os processos celulares, de todos os seres vivos, requerem energia. E essa energia é armazenada nas ligações químicas de uma molécula chamada ATP (trifosfato de adenosina). Quando essas ligações se quebram, a energia é liberada. A energia para a formação do ATP, por sua vez, vem de substâncias orgânicas, como açúcares e
lipídeos. Nas plantas, é a fotossíntese que produz açúcares (glicose). A respiração celular é a quebra da glicose para a obtenção de energia. Existem dois processos básicos de extração da energia dos açúcares e lipídeos. Um envolve o oxigênio e se chama respiração aeróbica; outro, realizado sem oxigênio, é a respiração anaeróbica, ou fermentação (veja o box acima).

Nos vegetais, a respiração é a reação bioquímica inversa à fotossíntese. Em seu ambiente natural, a taxa de  fotossíntese (ou seja, a liberação de O2) é bem maior do que taxa de respiração (absorção do O2). A glicose também sobra, e o excedente é armazenado pelo vegetal na forma de amido.

A maioria dos seres vivos – e todos os animais e vegetais – faz a respiração aeróbica. A energia da glicose é liberada aos poucos para a síntese do ATP, e, no fnal, sobram apenas compostos inorgânicos simples – CO2 e água. A rentabilidade desse tipo de respiração é muito grande: ao fnal da quebra de uma molécula de glicose são liberadas 38 moléculas de ATP.

 

SAIBA MAIS

Quando a planta respira

Vegetais respiram de dia e de noite. O que muda é a fotossíntese: em ambientes escuros, a taxa de fotossíntese cai, ficando igual ou inferior à taxa de respiração. Isso significa que a quantidade de oxigênio liberado na fotossíntese fica próximo ou abaixo da quantidade de oxigênio absorvido na respiração. A intensidade luminosa na qual as taxas de fotossíntese e de respiração se igualam se chama ponto de compensação luminoso. Nesse ponto, a planta não morre, mas também não cresce. Intensidades  luminosas inferiores a esse ponto matam a planta, porque ela passa a gastar mais do que produz.

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