FOTOSSISTEMAS: COMPONENTES, OPERAÇÃO E TIPOS - BIOLOGIA - 2025

Os fotossistemas são unidades funcionais do processo fotossintético. São definidos por suas formas de associação e organização particular de pigmentos fotossintéticos e complexos proteicos capazes de absorver e transformar a energia luminosa, em um processo que envolve a transferência de elétrons.

Dois tipos de fotossistemas são conhecidos, chamados de fotossistemas I e II, devido à ordem em que foram descobertos. O fotossistema I tem quantidades muito altas de clorofila a em comparação com a quantidade de clorofila b, enquanto o fotossistema II tem quantidades muito semelhantes de ambos os pigmentos fotossintéticos.

Diagrama do fotossistema I. Tirado e editado de: Pisum.

Os fotossistemas estão localizados nas membranas tilacóides de organismos fotossintéticos, como plantas e algas. Eles também podem ser encontrados em cianobactérias.

Cloroplastos

Os cloroplastos são organelas esféricas ou alongadas com cerca de 5 µm de diâmetro que contêm pigmentos fotossintéticos. Dentro dele, a fotossíntese ocorre nas células vegetais.

Eles são circundados por duas membranas externas e dentro deles contêm estruturas semelhantes a sacos, também circundados por duas membranas, chamadas tilacóides.

Os tilacóides são empilhados formando um grupo que recebe o nome de grana, enquanto o fluido que envolve os tilacóides é denominado estroma. Além disso, os tilacóides são circundados por uma membrana chamada lúmen que delimita o espaço intratilacóide.

A conversão da energia luminosa em energia química durante a fotossíntese ocorre dentro das membranas dos tilacóides. Por outro lado, a produção e armazenamento de carboidratos como resultado da fotossíntese ocorre nos estromas.

Pigmentos fotossintéticos

São proteínas capazes de absorver a energia luminosa para utilizá-la durante o processo fotossintético, estão total ou parcialmente ligadas à membrana tilacóide. O pigmento diretamente envolvido nas reações de luz da fotossíntese é a clorofila.

Existem dois tipos principais de clorofila nas plantas, chamados clorofilas a e b. No entanto, em algumas algas, outros tipos de clorofila, como c e d, podem estar presentes, a última presente apenas em algumas algas vermelhas.

Existem outros pigmentos fotossintéticos, como carotenos e xantofilas, que juntos formam os carotenóides. Esses pigmentos são isoprenóides geralmente compostos por quarenta átomos de carbono. Os carotenos são caroteinóides não oxigenados, enquanto as xantofilas são pigmentos oxigenados.

Nas plantas, apenas a clorofila a está diretamente envolvida nas reações à luz. Os pigmentos restantes não absorvem diretamente a energia da luz, mas atuam como pigmentos acessórios, transmitindo a energia capturada da luz para a clorofila a. Dessa forma, mais energia é capturada do que a clorofila sozinha.

Fotossíntese

A fotossíntese é um processo biológico que permite que plantas, algas e algumas bactérias aproveitem a energia que vem da luz solar. Por meio desse processo, as plantas usam a energia da luz para transformar o dióxido de carbono atmosférico e a água obtida do solo em glicose e oxigênio.

A luz causa uma série complexa de reações de oxidação e redução que permitem a transformação da energia da luz em energia química necessária para completar o processo de fotossíntese. Os fotossistemas são as unidades funcionais desse processo.

Componentes de fotossistemas

Complexo de antena

É composto por um grande número de pigmentos, incluindo centenas de moléculas de clorofila a e quantidades ainda maiores de pigmentos acessórios, além de ficobilinas. A antena complexa permite que uma grande quantidade de energia seja absorvida.

Funciona como um funil ou como uma antena (daí seu nome) que capta a energia do sol e a transforma em energia química, que é transferida para o centro de reação.

Graças à transferência de energia, a clorofila, uma molécula do centro de reação, recebe muito mais energia luminosa do que teria adquirido sozinha. Além disso, se a molécula de clorofila receber muita luz, ela pode fotooxidar e a planta morrer.

Centro de reação

É um complexo composto de moléculas de clorofila a, uma molécula conhecida como receptor de elétrons primário, e numerosas subunidades de proteínas que as cercam.

Funcionamento

Geralmente, a molécula de clorofila a presente no centro de reação, e que inicia as reações de luz da fotossíntese, não recebe fótons diretamente. Os pigmentos acessórios, assim como algumas moléculas de clorofila a presentes no complexo da antena, recebem a energia da luz, mas não a usam diretamente.

Essa energia absorvida pelo complexo da antena é transferida para a clorofila a do centro de reação. Cada vez que uma molécula de clorofila é ativada, ela libera um elétron energizado que é então absorvido pelo receptor de elétrons primário.

Como consequência, o aceptor primário é reduzido, enquanto a clorofila a recupera seu elétron graças à água, que atua como o liberador final de elétrons e o oxigênio é obtido como subproduto.

Tipos

Fotossistema I

É encontrada na superfície externa da membrana tilacóide e possui baixa quantidade de clorofila b, além da clorofila a e carotenóides.

A clorofila a no centro de reação absorve melhor os comprimentos de onda de 700 nanômetros (nm), por isso é chamada de P700 (pigmento 700).

No fotossistema I, um grupo de proteínas do grupo ferrodoxina - sulfeto de ferro - atua como aceitadores de elétrons finais.

Fotossistema II

Ele atua primeiro no processo de transformação da luz em fotossíntese, mas foi descoberto após o primeiro fotossistema. É encontrada na superfície interna da membrana tilacóide e possui uma quantidade maior de clorofila b do que o fotossistema I. Também contém clorofila a, ficobilinas e xantofilas.

Neste caso, a clorofila a no centro de reação absorve melhor o comprimento de onda de 680 nm (P680) e não o comprimento de onda de 700 nm como no caso anterior. O aceptor de elétrons final neste fotossistema é uma quinona.

Diagrama do fotossistema II. Tirado e editado de: Original work was by Kaidor..

Relação entre fotossistemas I e II

O processo fotossintético requer ambos os fotossistemas. O primeiro fotossistema a agir é o II, que absorve luz e assim os elétrons na clorofila do centro de reação são excitados e os aceptores primários de elétrons os capturam.

Elétrons excitados pela luz viajam para o fotossistema I através de uma cadeia de transporte de elétrons localizada na membrana tilacóide. Esse deslocamento provoca uma queda de energia que permite o transporte de íons hidrogênio (H +) através da membrana, em direção ao lúmen dos tilacóides.

O transporte de íons de hidrogênio fornece um diferencial de energia entre o espaço do lúmen dos tilacóides e o estroma do cloroplasto, que serve para gerar ATP.

A clorofila no centro de reação do fotossistema I recebe o elétron proveniente do fotossistema II. O elétron pode continuar em um transporte cíclico de elétrons em torno do fotossistema I ou ser usado para formar o NADPH, que é então transportado para o ciclo de Calvin.

Referências

1. MW Nabors (2004). Introdução à Botânica. Pearson Education, Inc.
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3. Photosystem I, na Wikipedia. Recuperado de en.wikipedia.org.
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5. B. Andersson e LG Franzen (1992). Os fotossistemas da fotossíntese oxigenada. In: L. Ernster (Ed.). Mecanismos moleculares em bioenergética. Elvieser Science Publishers.
6. EM Yahia, A. Carrillo-López, GM Barrera, H. Suzán-Azpiri & MQ Bolaños (2019). Capítulo 3 - Fotossíntese. Fisiologia e bioquímica pós-colheita de frutas e vegetais.