Como funciona a fotossíntese?

O processo de fotossíntese, no qual as plantas e árvores transformam a luz do sol em nutrientes energia, pode a princípio parecer mágica, mas direta e indiretamente, este processo sustenta todo mundo. À medida que as plantas verdes buscam a luz, suas folhas capturam a energia do sol usando produtos químicos que absorvem a luz ou pigmentos especiais para fazer alimentos com dióxido de carbono e água retirados da atmosfera. Esse processo libera oxigênio como um subproduto de volta à atmosfera, um componente do ar necessário para todos os organismos que respiram.

TL; DR (muito longo; Não li)

Uma equação simples para a fotossíntese é dióxido de carbono + água + energia luminosa = glicose + oxigênio. Como entidades dentro do reino vegetal consomem dióxido de carbono durante a fotossíntese, elas liberam oxigênio de volta à atmosfera para as pessoas respirarem; árvores e plantas verdes (na terra e no mar) são as principais responsáveis ​​pelo oxigênio dentro do atmosfera, e sem eles, animais e humanos, bem como outras formas de vida, podem não existir como eles faça hoje.

Coisas verdes e crescentes são necessárias para toda a vida no planeta, não apenas como alimento para herbívoros e onívoros, mas para respirar oxigênio. O processo de fotossíntese é o principal meio pelo qual o oxigênio entra na atmosfera. É o único meio biológico do planeta que captura a energia da luz solar, transformando-a em açúcares e carboidratos que fornecem nutrientes às plantas enquanto liberam oxigênio.

Pense nisso: plantas e árvores podem essencialmente puxar a energia que começa nos confins do espaço, no forma de luz solar, transforme-a em alimento e, no processo, libere o ar necessário que os organismos requerem para florescer. Você poderia dizer que todas as plantas e árvores produtoras de oxigênio têm uma relação simbiótica com todos os organismos que respiram oxigênio. Humanos e animais fornecem dióxido de carbono às plantas e, em troca, fornecem oxigênio. Os biólogos chamam isso de relação simbiótica mutualística porque todas as partes no relacionamento se beneficiam.

No sistema de classificação de Linnaean, a categorização e classificação de todos os seres vivos, plantas, algas e um tipo de bactéria chamada cianobactéria são as únicas entidades vivas que produzem alimentos a partir de luz solar. O argumento para derrubar florestas e remover plantas em prol do desenvolvimento parece contraproducente se não há mais humanos para viver nesses empreendimentos porque não há mais plantas e árvores para produzir oxigênio.

As plantas e as árvores são autótrofos, organismos vivos que produzem seus próprios alimentos. Como eles fazem isso usando a energia da luz do sol, os biólogos os chamam de fotoautótrofos. A maioria das plantas e árvores do planeta são fotoautotróficas.

A conversão da luz solar em alimento ocorre em nível celular dentro das folhas das plantas em uma organela encontrada nas células vegetais, uma estrutura chamada cloroplasto. Enquanto as folhas consistem em várias camadas, a fotossíntese ocorre no mesofilo, a camada intermediária. Pequenas micro-aberturas na parte inferior das folhas, chamadas estômatos, controlam o fluxo de dióxido de carbono e oxigênio de e para a planta, controlando as trocas gasosas da planta e o balanço hídrico da planta.

Os estômatos existem na parte inferior das folhas, de costas para o sol, para minimizar a perda de água. Pequenas células de guarda ao redor dos estômatos controlam a abertura e o fechamento dessas aberturas semelhantes à boca, inchando ou encolhendo em resposta à quantidade de água na atmosfera. Quando os estômatos se fecham, a fotossíntese não pode ocorrer, pois a planta não pode absorver dióxido de carbono. Isso faz com que os níveis de dióxido de carbono na planta caiam. Quando as horas do dia ficam muito quentes e secas, o estroma se fecha para conservar a umidade.

Como uma organela ou estrutura em um nível celular nas folhas da planta, os cloroplastos têm uma membrana externa e interna que os envolve. Dentro dessas membranas existem estruturas em forma de prato chamadas tilacóides. A membrana tilacóide é onde a planta e as árvores armazenam clorofila, o pigmento verde responsável por absorver a energia da luz do sol. É aqui que ocorrem as reações iniciais dependentes de luz, nas quais numerosas proteínas constituem a cadeia de transporte para transportar a energia puxada do sol para onde ela precisa ir dentro da planta.

O processo de fotossíntese é um processo de duas etapas e várias etapas. A primeira fase da fotossíntese começa com o Reações leves, também conhecido como Processo Dependente de Luz e requer energia luminosa do sol. O segundo estágio, o Reação Negra estágio, também chamado de Ciclo de Calvin, é o processo pelo qual a planta produz açúcar com a ajuda de NADPH e ATP a partir da fase de reação à luz.

O Reação de luz fase da fotossíntese envolve as seguintes etapas:

• Coleta de dióxido de carbono e água da atmosfera através da planta ou das folhas da árvore.
• Pigmentos verdes que absorvem luz em plantas ou árvores convertem a luz do sol em energia química armazenada.
• Ativadas pela luz, as enzimas vegetais transportam a energia onde necessário antes de liberá-la para começar de novo.
  

Tudo isso ocorre em nível celular dentro dos tilacóides da planta, sacos achatados individuais, dispostos em grana ou pilhas dentro dos cloroplastos da planta ou das células da árvore.

O Ciclo de Calvin, nomeado em homenagem ao bioquímico de Berkeley Melvin Calvin (1911-1997), o ganhador do Prêmio Nobel de Química de 1961 por descobrir o estágio de Reação Escura, é o processo pelo qual a planta produz açúcar com a ajuda de NADPH e ATP a partir da reação de luz etapa. Durante o Ciclo de Calvin, as seguintes etapas ocorrem:

• Fixação de carbono na qual as plantas conectam o carbono aos produtos químicos da planta (RuBP) para fotossíntese.
• Fase de redução em que os produtos químicos vegetais e energéticos reagem para criar açúcares vegetais.
• A formação de carboidratos como nutriente para as plantas.
• Fase de regeneração onde o açúcar e a energia cooperam para formar uma molécula de RuBP, que permite que o ciclo reinicie.

Embutidos na membrana tilacóide estão dois sistemas de captura de luz: fotossistema I e fotossistema II composta por várias proteínas semelhantes a antenas, que é onde as folhas da planta transformam a energia da luz em produtos químicos energia. O fotossistema I fornece um suprimento de transportadores de elétrons de baixa energia, enquanto o outro fornece as moléculas energizadas onde elas precisam ir.

A clorofila é o pigmento que absorve a luz, dentro das folhas das plantas e árvores, que inicia o processo de fotossíntese. Como um pigmento orgânico dentro do tilacóide do cloroplasto, a clorofila só absorve energia dentro de uma faixa estreita do espectro eletromagnético produzido pelo sol dentro da faixa de comprimento de onda de 700 nanômetros (nm) a 400 nm. Chamada de banda de radiação fotossinteticamente ativa, o verde fica no meio do espectro de luz visível que separa o energia mais baixa, mas vermelhos de comprimento de onda mais longos, amarelos e laranjas de alta energia, comprimento de onda mais curto, azuis, índigo e violetas.

Como clorofilas absorvem um único fóton ou distinto pacote de energia luminosa, faz com que essas moléculas fiquem excitadas. Uma vez que a molécula da planta fica excitada, o resto das etapas do processo envolvem colocar essa molécula excitada no sistema de transporte de energia através da energia carreador denominado nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato ou NADPH, para entrega ao segundo estágio da fotossíntese, a fase de reação escura ou a fase de Calvin Ciclo.

Depois de entrar no cadeia de transporte de elétrons, o processo extrai íons de hidrogênio da água absorvida e os entrega para o interior do tilacóide, onde esses íons de hidrogênio se acumulam. Os íons passam através de uma membrana semiporosa do lado do estroma para o lúmen do tilacóide, perdendo algum da energia no processo, à medida que se movem através das proteínas existentes entre os dois fotossistemas. Os íons de hidrogênio se reúnem no lúmen do tilacóide onde aguardam a reenergização antes de participar do processo que torna o trifosfato de adenosina ou ATP, a moeda de energia da célula.

As proteínas da antena no fotossistema 1 absorvem outro fóton, retransmitindo-o para o centro de reação PS1 chamado P700. Um centro oxidado, o P700 envia um elétron de alta energia para o fosfato de dinucleotídeo de nicotina-amida adenina ou NADP + e o reduz para formar NADPH e ATP. É aqui que a célula vegetal converte a energia luminosa em energia química.

O cloroplasto coordena os dois estágios da fotossíntese para usar a energia da luz para fazer açúcar. Os tilacóides dentro do cloroplasto representam os locais das reações de luz, enquanto o Ciclo de Calvin ocorre no estroma.

A respiração celular, ligada ao processo de fotossíntese, ocorre dentro da célula vegetal, uma vez que absorve a energia da luz, a transforma em energia química e libera oxigênio de volta à atmosfera. A respiração ocorre dentro da célula vegetal quando os açúcares produzidos durante o processo fotossintético combina-se com o oxigênio para produzir energia para a célula, formando dióxido de carbono e água como subprodutos de respiração. Uma equação simples para respiração é oposta à da fotossíntese: glicose + oxigênio = energia + dióxido de carbono + energia luminosa.

A respiração celular ocorre em todas as células vivas da planta, não apenas nas folhas, mas também nas raízes da planta ou árvore. Como a respiração celular não precisa de energia luminosa para ocorrer, ela pode ocorrer durante o dia ou à noite. Mas a irrigação excessiva de plantas em solos com drenagem deficiente causa um problema para a respiração celular, visto que inundações as plantas não conseguem absorver oxigênio suficiente por meio de suas raízes e transformar a glicose para manter o metabolismo celular processos. Se a planta receber muita água por muito tempo, suas raízes podem ser privadas de oxigênio, o que pode basicamente interromper a respiração celular e matar a planta.

O professor Elliott Campbell e sua equipe de pesquisadores da Universidade da Califórnia Merced observaram em um artigo de abril de 2017 em "Nature", um jornal internacional de ciência, que o processo de fotossíntese aumentou dramaticamente durante o século 20 século. A equipe de pesquisa descobriu um registro global do processo fotossintético abrangendo duzentos anos.

Isso os levou a concluir que o total de toda a fotossíntese das plantas no planeta cresceu 30% durante os anos que pesquisaram. Embora a pesquisa não tenha identificado especificamente a causa de um aumento no processo de fotossíntese globalmente, a equipe modelos de computador sugerem vários processos, quando combinados, que podem resultar em um aumento tão grande na planta global crescimento.

Os modelos mostraram que as principais causas do aumento da fotossíntese incluem o aumento das emissões de dióxido de carbono na atmosfera (principalmente devido a humanos atividades), estações de cultivo mais longas por causa do aquecimento global devido a essas emissões e aumento da poluição de nitrogênio causada pela agricultura em massa e combustível fóssil combustão. As atividades humanas que levaram a esses resultados têm efeitos positivos e negativos no planeta.

O professor Campbell observou que, embora o aumento das emissões de dióxido de carbono estimule a produção agrícola, também estimula o crescimento de ervas daninhas indesejadas e espécies invasoras. Ele observou que o aumento das emissões de dióxido de carbono causa diretamente as mudanças climáticas, levando a mais inundações ao longo da costa áreas, condições climáticas extremas e um aumento na acidificação dos oceanos, todos os quais têm efeitos combinados globalmente.

Embora a fotossíntese tenha aumentado durante o século 20, também fez com que as plantas armazenassem mais carbono nos ecossistemas ao redor do mundo, fazendo com que se tornassem fontes de carbono em vez de sumidouros de carbono. Mesmo com o aumento da fotossíntese, o aumento não pode compensar a combustão de combustíveis fósseis, pois mais emissões de dióxido de carbono da combustão de combustível fóssil tendem a sobrecarregar a capacidade de absorção de uma planta CO2.

Os pesquisadores analisaram dados de neve da Antártica coletados pela Administração Oceânica e Atmosférica Nacional para desenvolver suas descobertas. Ao estudar o gás armazenado nas amostras de gelo, os pesquisadores revisaram as atmosferas globais do passado.