Fotossíntese, um processo complexo - Introdução e Fenômeno Ondulatório da Luz - Parte 1

Quando estudamos a química envolvida na química das plantas, parece tudo muito simples como aprendemos no colégio. O sol é a fonte de energia e dentro dos cloroplastos ocorre a conversão em alimento para a planta, ou seja, a quebra do açúcar e liberação de gás carbônico.

Porém quando estudamos mais profundamente, descobrimos que os cloroplastos possuem uma organização interna bastante complexa, formada por tilacoides, granum, estroma, membrana interna e externa, lamela ... Logo percebe-se que não podemos tomar como verdades as coisas que somente vemos a critério macroscópico, pois a nível microscópico diversos fenômenos e estruturas são responsáveis pela visualização macroscópica do fenômeno.

Antes de entrar propriamente na estrutura de captação da luz, vamos relembrar algumas coisas importantes e fundamentais sobre a fotossíntese. Tentarei explicar o fenômeno e mecanismos de uma maneira bastante simples, usando alguns tópicos.

Os seres vivos são sistemas  organizados, em permanente estado de não-equilíbrio termodinâmico. Com isso há necessidade de entrada de energia livre de alguma forma.

A segunda lei da termodinâmica diz que os processos espontâneos tendem a ir de uma condição mais alta de energia para uma condição mais baixa, dissipando a energia térmica durante o processo, até que a condição de equilíbrio seja alcançada, com isso se tem um aumento na entropia  do sistema, pois tudo tende a ficar mais caótico. 

Isso significa que  a degradação e a desorganização são processos espontâneos nas células  e que  a organização dos sistemas biológicos se encontra  permanentemente ameaçada.

Os seres vivos que armazenam energia, os autotrófos (plantas e cianobactérias), repassam a energia proveniente da luz solar  para toda cadeia alimentar.

Cianobactérias

Os seres heterotróficos degradam moléculas orgânicas (proveniente dos seres autotróficos), ricas na energia sintetizada proveniente da luz solar. 

Esses processos de produção e consumo de energia são denominados  Fotossíntese e Respiração.

Agora que relembramos algumas coisas fundamentais, vamos adentrar um pouco mais fundo na teoria da fotossíntese. Sabendo que a Fotossíntese é um processo de produção de energia, baseada na absorção de luz solar, surgem as perguntas:

Onde ocorre a Fotossíntese?

e

Como ocorre a Fotossíntese? 

 

A atividade fotossintética das plantas e de cianobactérias promove a conversão e armazenamento de energia solar em moléculas orgânicas ricas em energia, a partir de moléculas inorgânicas simples, como o CO₂ e o H₂O.Somente esses seres são capazes de fazer isso, aumentando assim a energia livre disponível para os seres vivos como um todo.

A reação global da Fotossíntese:

Porém antes de continuar a falar sobre a reação química, vamos fazer um parênteses e relembrar como a luz se comporta.

Fenômeno ondulatório 

Quando a luz se propaga no vácuo ela possui propriedades ondulatórias, apresentando mudanças repetidas  regulares em suas propriedades eletromagnéticas. Cada tipo de radiação pode ser caracterizada  pelo comprimento de onda (distância sucessiva entre  dois picos de uma mesma onda) ou pela frequência (número de vezes que a mesma fase do ciclo passa por um ponto no espaço por segundo), como pode ser visto na figura a baixo.

 

A equação v = c/λ relaciona a velocidade da luz (c, usa-se "c" pois ela é constante), com a frequência de onda (λ), resultando na velocidade específica da onda (v).

A Luz como Corrente de Partículas

Ao interagir com a matéria (por emissão ou absorção), a luz se comporta como se a sua energia, apresentando propriedades que só puderam ser explicadas a partir da Teoria Quântica . As unidades ou pacotes de energia da luz são denominados fótons.  A energia carregada por um fóton é denominada quantum (plural = quanta). Max Plank  demonstrou que a energia contida num fóton, ou seja, a energia quântica (Eq), está relacionada com o comprimento de onda e frequência  de acordo com a seguinte equação:  hc/λ = hv

Onde h é a constante de proporcionalidade de  Plank  (6,62 x 10^-34J s). Ou seja, Tal relação implica que a energia quântica de uma dada radiação é inversamente  proporcional ao seu comprimento  de onda e diretamente  proporcional à sua frequência.  

 

Depois de relembrar, de forma muito sucinta, como se comporta a luz, podemos fechar o parênteses e retornar propriamente dita à fotossíntese. Porém veremos isso no post seguinte desse blog.