Você conhece o sol, certo? É aquela bola gigante de gás em chamas que emite tanta energia que dá energia a todos os organismos da Terra, começando pelos nossos amigos verdes, as plantas. O sol emite todos os tipos de radiação eletromagnética, e as plantas usam a energia que aparece na forma de luz visível para realizar o processo de fotossíntese selvagem e aparentemente mágico .
A fotossíntese não é mágica, no entanto - é apenas o trabalho químico legal dessas pequenas estruturas celulares chamadas cloroplastos, um tipo de organela encontrada apenas em plantas e algas eucarióticas (eucarióticas possuem um núcleo claramente definido) que captura a luz solar e converte essa energia em alimento para a planta.
Cloroplastos evoluíram de bactérias antigas
Os cloroplastos funcionam muito como as mitocôndrias, outro tipo de organela encontrada nas células eucarióticas responsáveis pela produção de energia, o que não é surpreendente, já que ambas evoluíram quando uma bactéria de muito tempo foi envolvida - mas não digerida por ela! - uma bactéria maior. Resultou em uma espécie de cooperação forçada entre dois organismos que agora explicamos por meio de algo chamado " hipótese do endossimbionte ". Tanto os cloroplastos quanto as mitocôndrias se reproduzem independentemente do resto da célula e têm seu próprio DNA.
Os cloroplastos podem ser encontrados em qualquer parte verde da planta e são basicamente uma bolsa dentro de uma bolsa (o que significa que há uma membrana dupla), que contém uma grande quantidade de pequenas bolsas (estruturas chamadas tilacóides ) contendo um pigmento absorvente de luz chamado clorofila , suspenso em algum fluido (denominado estroma ).
A chave para a magia fotossintética de um cloroplasto está em suas membranas. Como um cloroplasto começou há muito tempo como uma bactéria independente com sua própria membrana celular, essas organelas têm duas membranas celulares: a membrana externa é remanescente da célula que envolveu a bactéria, e a membrana interna é a membrana original da bactéria. Pense na membrana externa como o papel de embrulho de um presente e na membrana interna como a caixa em que o brinquedo veio originalmente. O espaço mais importante para a fotossíntese é aquele entre o interior da caixa e o brinquedo - os tilacóides.
Os cloroplastos funcionam em gradientes, como baterias
A membrana dupla de um cloroplasto cria duas divisórias com quatro espaços distintos - o espaço fora da célula; o citoplasma dentro da célula; o estroma dentro do cloroplasto, mas fora do tilacóide (também conhecido como o espaço entre as membranas interna e externa, o papel de embrulho e a caixa); e o espaço tilacóide - basicamente dentro da bactéria original. Os próprios tilacóides são apenas pequenas pilhas de bolsas cobertas por membranas - definidas por suas membranas, na verdade. Essas membranas são divisórias que não permitem que as coisas simplesmente cruzem os espaços, quer queira ou não, permitindo que o cloroplasto armazene partículas eletricamente carregadas em certas áreas e as mova de um espaço para outro através de canais específicos.
"É assim que as baterias funcionam", diz Brandon Jackson, professor associado do Departamento de Ciências Biológicas e Ambientais da Longwood University em Farmville, Virginia. "É preciso energia para colocar muitos elétrons negativos em uma extremidade da bateria e muitas cargas positivas na outra. Se você conectar as duas extremidades com um fio, os elétrons REALMENTE vão querer fluir para achatar os elétrons gradiente químico entre eles. Eles querem tanto fluir que, se você colocar algo ao longo desse fio, como uma lâmpada, um motor ou um chip de computador, eles abrirão caminho e se tornarão úteis enquanto se movem. t fazer algo útil, o movimento ainda vai liberar energia, mas apenas como calor. "
Segundo Jackson, para fazer uma bateria em uma célula vegetal, é preciso haver uma fonte de energia e alguns divisores para criar e manter gradientes. Se o gradiente for nivelado, parte da energia usada para criá-lo escapa. Portanto, no caso da bateria de cloroplasto, um gradiente eletroquímico é criado quando a planta recebe a energia do sol e as membranas que cobrem os tilacóides agem como divisores entre diferentes concentrações de íons de hidrogênio (prótons) que foram arrancados algumas moléculas de água.
Siga a energia
Há muita química acontecendo dentro de um cloroplasto, mas o resultado da química é a conversão da luz solar em energia armazenada - basicamente a criação de uma bateria.
Então, vamos seguir a energia:
O sol brilha sobre uma folha. Essa energia solar excita os elétrons dentro das moléculas de água na folha e, como os elétrons excitados saltam muito, os átomos de hidrogênio e oxigênio nas moléculas de água se separam, lançando esses elétrons excitados para o primeiro estágio da fotossíntese - um conglomerado de enzimas, proteínas e pigmentos chamados de fotossistema II , que decompõe a água, produzindo íons de hidrogênio (prótons que serão usados na bateria e gás oxigênio que vai flutuar no ar como lixo vegetal).
Esses elétrons energizados são passados para algumas outras proteínas ligadas à membrana que usam essa energia para alimentar bombas de íons que escoltam os íons de hidrogênio do espaço entre as membranas para o espaço do tilacóide, que é onde ocorrem todas as reações dependentes de luz da fotossíntese. Fotossistemas e bombas de elétrons cobrem as superfícies das membranas tilacóides, bombeando os íons de hidrogênio do estroma (o espaço fluido entre o tilacóide e a membrana interna) para as pilhas e pilhas de bolsas tilacóides - e esses íons realmente querem sair delas tilacóides, que é o que cria o gradiente eletroquímico. Dessa forma, a energia da luz - aquela coisa que brilha em seu rosto quando você sai de casa - é convertida em uma espécie de bateria, como as que acionam seus fones de ouvido sem fio.
Neste ponto, assume o fotossistema I , que providencia o armazenamento temporário da energia gerada pela bateria. Agora que o elétron foi autorizado a se mover ao longo do gradiente, ele está muito mais relaxado, então ele absorve um pouco de luz para reenergizá-lo e passa essa energia para uma enzima especial que a usa, o próprio elétron e um próton sobressalente para fazer o NADPH, que é uma molécula carregadora de energia que fornece armazenamento de curto prazo para energia química que mais tarde será usada para produzir glicose.
Neste ponto, a energia da luz está agora em dois lugares: ela é armazenada no NADPH e como o gradiente eletroquímico da diferença na concentração de íons de hidrogênio dentro do tilacóide em comparação com apenas fora dele no estroma.
"Mas o alto gradiente de íons de hidrogênio dentro do tilacóide quer se degradar - ele precisa se degradar", diz Jackson. "Gradientes representam 'organização' - essencialmente o oposto da entropia . E a termodinâmica nos diz que a entropia sempre tentará aumentar, o que significa que um gradiente deve ser quebrado. Assim, os íons de hidrogênio dentro de cada tilacóide realmente querem escapar para equilibrar as concentrações em ambos os lados da membrana interna. Mas as partículas carregadas não podem passar por uma bicamada de fosfolipídios em qualquer lugar - elas precisam de algum tipo de canal para passar, assim como os elétrons precisam de um fio para sair de um lado da bateria para o outro."
Então, assim como você pode colocar um motor elétrico naquele fio e fazer os elétrons dirigirem um carro, o canal pelo qual os íons de hidrogênio passam é um motor. Esses prótons fluem através do canal fornecido para eles, como a água fluindo através de uma barragem hidrelétrica descendo um gradiente de elevação, e esse movimento produz energia suficiente para criar uma reação que cria ATP, que é outra forma de armazenamento de energia de curto prazo.
Agora, a energia da luz original foi convertida em energia química de armazenamento de curto prazo na forma de NADPH e ATP, que será útil mais tarde nas reações de escuridão (também conhecido como Ciclo de Calvin ou ciclo de fixação de carbono) dentro do cloroplasto , todos os quais descem no estroma porque este fluido contém uma enzima que pode converter NADPH, ATP e dióxido de carbono em açúcares que alimentam a planta, auxiliam na respiração ou são usados para produzir celulose.
“Moléculas orgânicas complexas como a celulose, que é feita de glicose, consomem muita energia para fazer, e isso tudo veio do sol”, diz Jackson. "Seguindo a energia, ela começa como a energia da onda de luz, depois a energia do elétron excitado, a energia do gradiente eletroquímico e a energia química na forma de NADPH e ATP. O gás oxigênio é expirado, e o NADPH e o ATP não são usados para fazer outras coisas dentro da célula - em vez disso, ambos são passados para o ciclo de fixação de carbono, onde outras enzimas os decompõem, extraem essa energia e a usam para construir glicose e outras moléculas orgânicas. "
E tudo isso graças a uma pequena organela chamada cloroplasto.
Agora isso é interessante
Como a clorofila é ótima para absorver a luz vermelha e azul , mas não absorve a luz verde, as folhas parecem verdes aos nossos olhos porque essa é a cor da luz que reflete nela.
