O que você quer dizer com a reação da luz na fotossíntese, para que serve e como funciona passo a passo? Explicamos tudo isso neste post.
Reação à luz simplesmente explicada
A reação de luz ou reação primária é um subprocesso de fotossíntese junto com a reação de escuro ( ciclo de Calvin ) .
Ocorre em células vegetais nos cloroplastos – mais precisamente na membrana tilacóide . Abaixo você pode imaginar uma membrana interna invaginada disposta em pilhas (=grana). Além da energia luminosa, os pré-requisitos para a reação luminosa são o pigmento verde da folha, clorofila e água.
O objetivo da reação da luz é converter a energia radiante da luz solar em energia química em várias etapas da reação. A energia é armazenada na forma do transportador de energia universal ATP (trifosfato de adenosina) e da molécula transportadora de elétrons NADPH . Eles representam os pré-requisitos materiais para a subsequente reação escura, a fim de construir açúcares.
Você pode escrever a equação bruta da reação da luz da seguinte forma:
12 
+ 12 NADP + + 18 ADP + 18 Pi 6 
+ 
12 NADPH + 18 ATP
Com a ajuda da fotossíntese, as plantas e outras criaturas fotossinteticamente ativas, como as cianobactérias , podem produzir oxigênio ( ) e açúcar ( ) a partir da energia luminosa , água ( 
) e dióxido de carbono ( 
) . Como nós humanos somos dependentes dessas duas substâncias vitais, esse processo é muito importante para nós. 
Definição
A reação da luz (reação primária) da fotossíntese ocorre em plantas na membrana tilacóide interna nos cloroplastos. Plantas e outros organismos fotossinteticamente ativos convertem energia luminosa em energia química (ATP e NADPH) . Esses produtos formam a base para a subsequente reação escura (=Ciclo de Calvin) para a produção de açúcar.Além disso, as moléculas de água ( ) são divididas em oxigênio molecular ( ), elétrons (e – ) e íons de hidrogênio (H + ).
Cloroplastos – local da fotossíntese
Tanto a reação clara quanto a reação escura ocorrem nos cloroplastos das células vegetais. Você pode imaginar isso como organelas celulares, que, como as mitocôndrias , consistem em uma membrana dupla. No interior, os cloroplastos também têm invaginações de membrana (= membrana tilacóide), que vocês chamam de tilacóides . Vários tilacóides formam pilhas, os grana (sg.: granum). A reação da luz agora ocorre na membrana tilacóide.
A reação escura, por outro lado, ocorre no estroma dos cloroplastos. Essa substância fundamental líquida se assemelha ao citosol de toda a célula.
Requisitos e função de reação à luz
A reação à luz, como o próprio nome já diz, requer luz – mais especificamente, aquela parte da luz solar que é visível ao olho humano . Está em uma faixa de comprimento de onda de 400 – 700 nm. Este é um dos pré-requisitos mais importantes para que a fotossíntese ocorra.
Mas a luz sozinha não pode produzir energia quimicamente utilizável. Para isso, precisa de moléculas específicas que possam absorver (= absorver ) essa energia luminosa ( fótons ) e transmiti-la. Certas moléculas de pigmento , como o pigmento verde clorofila , são responsáveis por isso. Ele pode absorver a luz vermelha e azul e devolve a luz verde (=reflete), e é por isso que as plantas também parecem verdes aos nossos olhos.
A energia química é então armazenada na forma do transportador de energia universal ATP (trifosfato de adenosina), que você já deve conhecer da respiração celular , e uma molécula transportadora de elétrons chamada NADPH . Na reação da luz, os elétrons são transportados, o que libera muita energia que é utilizada por uma proteína de canal ( ATP sintase ). Esta proteína pode produzir ATP a partir de ADP (adenosonedifosfato) e um grupo fosfato.
O NADPH tem a capacidade de pegar elétrons (= redução ) e liberá-los novamente (= oxidação ). A molécula é semelhante em estrutura e função ao NADH, mas contém um grupo fosfato (P) adicional. A energia química, ou seja, ATP e NADPH, é fornecida para a reação escura (ciclo de Calvin) para produzir açúcar lá.
Além disso, a reação da luz também requer água, que é dividida (= fotólise da água ). O oxigênio molecular é então produzido a partir disso, como uma espécie de produto residual. É claro que isso é prático para nós humanos, já que o oxigênio é essencial para vivermos.
Fotossistema
Mas agora vamos ver os componentes precisos da reação da luz: Os componentes mais importantes são os fotossistemas . Eles atravessam a membrana tilacóide. Você pode pensar neles como complexos multienzimáticos compostos de complexos de antena (complexo de captação de luz) e um centro de reação .
construção
Os numerosos complexos de antenas consistem em várias moléculas de pigmento (até 300 peças), como clorofila ou carotenóides , que estão ligados a proteínas. Os carotenóides são hidrocarbonetos de cadeia longa que absorvem a luz mesmo na região azul e protegem as moléculas de clorofila de muita luz. Aliás, os carotenóides também têm essa função protetora em nossos olhos.
Os pigmentos estão dispostos em torno do centro de reação e agem como antenas, fazendo com que a energia luminosa seja passada para o centro de reação . Você também pode derivar isso do nome complexo de captação de luz, porque eles coletam a luz e a encaminham para o centro de reação.
absorção de luz
A luz é excitada elevando brevemente os elétrons conjugados das moléculas de pigmento de um estado fundamental de baixa energia para um estado excitado . Ao retornar ao estado fundamental, a energia de excitação pode ser transferida para uma molécula de corante vizinha. Como as energias de excitação das moléculas de pigmento na armadilha coletora de luz diminuem de cima para baixo, a transferência de energia só é possível em uma direção para o centro de reação central.
O centro de reação é um complexo proteico formado por um par especial de moléculas de clorofila . Uma excitação desta molécula central de clorofila leva a uma liberação de elétrons (oxidação): A molécula de clorofila libera um elétron, que é transferido para um aceptor de elétrons e este é reduzido. A molécula de clorofila oxidada agora precisa de um elétron novamente para atingir a neutralidade de carga.
Fotossistema I e II
Você pode distinguir entre dois tipos de fotossistemas. O fotossistema I e o fotossistema II , em que a reação da luz sempre começa no fotossistema II. Não deixe que a numeração o confunda, pois isso foi depois de sua descoberta a tempo.
Os dois fotossistemas têm tarefas diferentes: O fotossistema II usa a energia da luz para dividir uma molécula de água , resultando na formação de elétrons, prótons e oxigênio. O fotossistema I requer energia luminosa para transferir dois elétrons para NADP+ e reduzi-los a NADPH.
Cadeias de transporte eletrônico
Além disso, a membrana contém outros sistemas redox que são capazes de transportar elétrons. Então eles pegam os elétrons e os liberam novamente. Essa estrutura parece familiar para você? Você está certo, porque se assemelha à cadeia respiratória na membrana mitocondrial. Lá, também, o transporte de elétrons garante a produção de energia (ATP).
Para isso, no final da reação leve, análoga à cadeia respiratória, existe uma proteína canal – a ATP sintase integrada na membrana do tilacóide para possibilitar a produção de ATP.
Processo de reação de luz
No curso normal, ou seja, a reação de luz não cíclica , a energia da luz é usada para dividir (oxidar) a água. Uma molécula de água produz oxigênio molecular, dois prótons de hidrogênio e dois elétrons. Isso está listado na seguinte equação (reação redox parcial).
1/2 + 2 e– + 2 H+
Requer dois sistemas fotográficos diferentes conectados em série. A cadeia de transporte de elétrons na membrana tilacóide transporta os elétrons e os transfere para a molécula transportadora de elétrons NADP+. É uma sequência de reações redox em que muita energia é liberada (= exergônica ). Parte dessa energia livre é usada pela ATP sintase no final da cadeia de transporte de elétrons para produzir ATP.
Você também pode se referir a esse transporte linear de elétrons como um esquema Z. Se você traçar a energia dos portadores de elétrons, que são responsáveis pela transmissão dos elétrons, no eixo y em um diagrama de energia, o diagrama lembra um Z horizontal.
Você pode formular a equação bruta da reação da luz da seguinte forma:
12 + 12 NADP + + 18 ADP + 18 Pi 6 + 12 NADPH + 18 ATP
Etapa 1: Fotossistema II
Vamos começar com o fotossistema II: você também pode se referir a isso como P 680 , já que a energia de excitação no centro de reação corresponde a um comprimento de onda de 680 nm (= luz vermelha). Como você já aprendeu, os pigmentos corantes da armadilha de captação de luz continuam a transportar a energia luminosa até chegarem ao centro de reação.
Nesse centro de reação , o par central de clorofila acaba absorvendo tanta energia que na verdade doa o elétron excitado para um aceptor de elétrons. Esta é uma reação de oxidação química, que você pode expressar com a seguinte equação:
Chl* (molécula de clorofila excitada) Chl + (molécula de clorofila oxidada)+ e –
A molécula de clorofila com carga positiva é agora um aceptor de elétrons muito forte (oxidante) porque quer retornar à neutralidade de carga. Portanto, ele remove o elétron ausente de uma molécula de água. Por esta razão, a água é dividida em oxigênio, dois elétrons e dois prótons de hidrogênio (H + ) por um complexo proteico de divisão de água .
O elétron liberado é agora passado para o fotossistema I através de uma cadeia de sistemas redox (aceptor primário de elétrons => plastoquinona => citocromo b 6 – complexo f => plastocianina). Todo sistema redox consiste em um aceptor de elétrons que aceita um elétron e assim se torna um doador de elétrons. O doador de elétrons então doa esse elétron para outro sistema redox de baixa energia. Durante esse transporte de elétrons, a energia é liberada, por meio do qual os sistemas redox “bombeiam” prótons para o interior dos tilacóides. Mas vamos chegar a isso com mais detalhes mais tarde.
Etapa 2: Fotossistema I
Continua com o fotossistema I : O elétron, que foi passado do fotossistema II através da cadeia de transporte de elétrons, agora atinge o fotossistema I. Semelhante ao fotossistema II, a luz visível é excitada aqui e a energia é passada para o centro de reação.
Lá, a molécula especial de clorofila a tem uma absorção máxima de 700 nm, razão pela qual você também pode chamar esse fotossistema de P 700 . A molécula especial de clorofila agora libera seu elétron através da excitação da luz, assim como no PSII, e o transfere para outro sistema redox. Isso cria outra lacuna eletrônica na molécula de clorofila, que pode ser fechada pelo elétron mediado na cadeia de transporte.
O último “elo” na cadeia de transporte de elétrons é uma enzima – a NADP + – redutase . O NADP + agora pode reduzir isso a NADPH aceitando 2 elétrons e um próton de hidrogênio (H + ).
NADP+ + H+ + 2 e– NADPH
ATP-sintase
Como você já aprendeu, a cadeia de transporte de elétrons causa a formação do transportador de energia ATP. Um complexo proteico é responsável por isso – a ATP sintase . Este está localizado no final da cadeia de transporte de elétrons atrás do fotossistema I na membrana tilacóide. Talvez esse complexo já lhe pareça familiar da cadeia respiratória na membrana mitocondrial? De fato, alguns componentes dessas duas ATP sintases correspondem até 60%.
A energia é liberada durante o transporte de elétrons, que os sistemas redox envolvidos usam para transportar íons de hidrogênio (H + ) do estroma para o interior dos tilacóides. Como resultado, por um lado, a concentração de íons de hidrogênio no estroma diminui e o valor do pH aumenta como resultado . Por outro lado, há um alto acúmulo de íons hidrogênio no interior , o que também faz com que o valor do pH caia . Isso cria uma diferença de concentração ( potencial químico ) – neste caso um gradiente de prótons, já que estamos lidando com prótons aqui. Além disso, há uma diferença de tensão ( potencial elétrico), já que o lado do estroma agora está carregado negativamente e o interior está carregado positivamente.
No entanto, biomembranas como a membrana tilacóide consistem em uma dupla camada de fosfolipídios e, assim, formam uma barreira para os prótons de hidrogênio carregados . Então eles estão “presos” no interior dos tilacóides. Eles só podem se difundir de volta para o estroma através de uma proteína de canal – ATP sintase – para equalizar a diferença de concentração e carga. A síntese de ATP – a “moeda energética” universal de nossas células – está ligada a isso. Você também pode chamar esse processo de quimiosmose .
O refluxo de prótons gera energia. Você pode imaginá-lo como uma usina hidrelétrica, onde a água é represada atrás de uma parede de represa. Esta contrapressão é usada para girar as turbinas para gerar eletricidade. No nosso caso, essa turbina é a ATP sintase. Como o próprio nome sugere, acopla a difusão de prótons com a síntese de ATP a partir de ADP e um grupo fosfato. Como no nosso caso a energia da luz leva a essa fosforilação, você também pode se referir ao processo como fotofosforilação .
Transporte cíclico de elétrons
Além do transporte linear de elétrons que acabamos de discutir, o transporte cíclico de elétrons também ocorre sob certas condições . Como o nome sugere, isso tem um caminho de reação circular. É importante lembrar que esse transporte de elétrons é usado exclusivamente para a formação de ATP . Nem oxigênio nem NADPH são produzidos. Portanto, serve apenas para gerar energia .
Uma das razões para esta via de transporte, que à primeira vista parece bastante ineficiente, é que muitas vezes é necessário mais ATP do que pode ser fornecido pela via não cíclica. O transporte cíclico de elétrons começa e termina no fotossistema I. O elétron liberado pela excitação luminosa é transferido entre PSII e PSI via sistemas redox na cadeia de transporte de elétrons e retornado ao centro de reação do fotossistema I. A molécula de clorofila que ele contém pode assim absorver o elétron (=redução) e retornar à sua forma original sem carga.
Uma pequena molécula orgânica também está envolvida – a plastoquinona . Induz o transporte de dois prótons de hidrogênio para o lúmen dos tilacóides. O gradiente de prótons resultante pode então ser usado para a síntese de ATP, como você aprendeu na seção anterior.
Fotossíntese de reação de luz
Fotossíntese significa “ síntese a partir da luz ”. Você também pode levar isso literalmente, porque é um processo metabólico que usa a energia radiante da luz solar para gerar açúcar (glicose: ) e oxigênio ( ) a partir de dióxido de carbono ( ) e água ( ) . Como é prático que nós (e, claro, muitas outras criaturas também) precisemos de açúcar e oxigênio para viver e que esses produtos importantes emerjam dos resíduos da respiração celular (dióxido de carbono e água).
A fórmula geral da fotossíntese é: equação da fotossíntese
6 + 12 + 6 + 6
É uma reação autotrófica que pode ser praticada por plantas e alguns microrganismos como as cianobactérias. Autotrófico (grego antigo: ” autos ” = self; ” trophe ” = “nutrição”) significa que as substâncias ricas em energia do próprio corpo (aqui: açúcar) podem ser produzidas.
A energia necessária para isso é extraída de fontes externas de energia (aqui: luz solar). Por meio desse processo metabólico, os seres vivos podem se alimentar e nós seres vivos heterotróficos (“alimentação estrangeira”) também nos beneficiamos disso, pois o alimento e o oxigênio nos são disponibilizados como base da vida.