Reação química envolvida na fotossíntese

A maioria dos estudantes conhece o processo de fotossíntese realizado pelas plantas, algas e certas espécies de bactérias como sendo o processo pelo qual eles produzem seus alimentos (seres autótrofos). Entretanto, tais alunos não entendem realmente como ocorre esse tipo de reação e como ela resulta na nutrição vegetal. É preciso entender esse fenômeno da fotossíntese quimicamente.

A planta retira água e algumas moléculas inorgânicas (compostos que não apresentam o carbono como elemento principal de sua estrutura, salvo algumas exceções) do solo por meio da raiz e, juntamente ao gás carbônico (dióxido de carbono – CO₂) absorvido pelas plantas e à presença de luz, são, então, produzidas moléculas orgânicas (estruturas que contêm o carbono como elemento principal). Um exemplo de molécula orgânica produzida é a glicose (C₆H₁₂O₆), que, através de outras transformações, irá formar amido, celulose, proteínas, aminoácidos e outros constituintes dos vegetais:

6CO_2(g) + 6H₂O_(l) + luz solar → C₆H₁₂O_6(aq) + 6O_2(g)

Conforme dito, para que a fotossíntese ocorra é necessário que a energia solar seja absorvida pela planta. Isso é feito pelos seus pigmentos, que são substâncias caracterizadas por emitir determinada cor quando expostas à luz. O principal pigmento das plantas é a clorofila, cuja estrutura é mostrada a seguir. Sua estrutura é complexa, com um íon Mg²⁺ coordenado na cavidade central, e é esse pigmento que é responsável pela cor verde das plantas, porque ele absorvebem os comprimentos de ondas das cores vermelha, laranja, azul e violeta, mas reflete grande parte da luz verde.

A clorofila e outros pigmentos fotossintéticos (como os carotenoides e as ficobilinas) absorvem fótons, o que faz com que os elétrons de suas moléculas se tornem excitados, ou seja, absorvam energia e saltem para uma órbita mais distante do núcleo atômico, com maior nível de energia. Esses elétrons são transmitidos para a cadeia transportadora de elétrons para serem utilizados na produção de ATP (adenosina trifosfato) e depois na síntese de açúcares.  

A molécula de água é então quebrada (oxidação) e o hidrogênio fornece os elétrons para os pigmentos, no caso para a clorofila, que perdeu seus elétrons excitados. Na quebra da água também haverá a liberação de O₂. Inclusive, é interessante notar que praticamente todo o oxigênio presente na atmosfera é proveniente da fotossíntese.

A energia obtida é então utilizada para transformar (reduzir) as moléculas de CO₂ em compostos complexos, como carboidratos e biomassa.

Reação genérica de fotossíntese:

nCO₂ + nH₂O+ luz solar → {CH₂O}_n + nO₂

Veja que essa reação é uma reação de oxirredução, pois o oxigênio sofreu uma oxidação, sendo que seu Nox (número de oxidação – carga elétrica das espécies químicas) aumentou, ou seja, ele perdeu elétrons. Já o hidrogênio reduziu, ou seja, ele ganhou elétrons.

Do ponto de vista da reação química, a fotossíntese é o oposto da respiração realizada pelos seres heterótrofos (seres, incluindo o homem, que não produzem seu próprio alimento, mas que precisam retirar energia de outras fontes, como por meio da alimentação de plantas e animais).

Na fotossíntese, a partir de luz, água e gás carbônico, as moléculas orgânicas são sintetizadas e é liberado oxigênio. No nosso caso, consumimos outros seres e oxigênio para obter energia para a respiração, na qual se forma água e gás carbônico.

Além disso, quando a planta se decompõe, ela se transforma em glicose e, com o tempo, a glicose irá formar novamente o CO_2­, numa reação que não é a reação inversa da fotossíntese e o gás carbônico voltará para a atmosfera.

Assim, temos o ciclo do carbono.

Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química