Novas descobertas sobre fotossíntese podem mudar o ensino do processo

O capítulo dedicado à fotossíntese nos livros de biologia pode estar prestes a ser reescrito devido às novas descobertas sobre o processo alcançadas em 2005. David Kramer, da Universidade Estadual de Washington, e seu grupo de pesquisadores do Instituto de Química Biológica desvendaram o mecanismo de ajuste das plantas para a absorção de luz de acordo com suas necessidades metabólicas. Já Michael Haumann e Holger Dau, da Universidade Livre de Berlim, confirmaram a existência de um quinto passo no processo, que consiste na conversão de água em oxigênio.

Os resultados das duas pesquisas fornecem novas pistas para desvendar a forma com a qual as plantas absorvem quase 100% da luz solar que as alcança, e de como essa luz é transformada em outras formas de energia. Esses estudos elucidam o que, segundo Rafael Oliveira, do Laboratório de Ecologia Isotópica, da USP, é o processo bioquímico mais importante para a manutenção da vida na terra. “É através da fotossíntese que há a conversão da radiação (uma forma não utilizável de energia por organismos incapazes de produzir o próprio alimento) para formas de energias que podem ser utilizadas pela maioria dos seres vivos”, explica.

O grupo de pesquisadores de Washington demonstrou que as plantas ajustam sua absorção de luz em função de suas necessidades metabólicas, pelo controle do nível de prótons em câmaras fechadas (tilacóides) nos cloroplastos, que são as organelas ricas em clorofila, presentes nas células de algas e plantas. Dessa forma, eles desvendaram como as plantas regulam suas taxas de fotossíntese. Em entrevista à revista suíça Checkbiotech, Kramer disse que a descoberta foi possível porque seu laboratório voltou a atenção para o que acontece com os prótons dentro dos cloroplastos em folhas vivas intactas, ao contrário do que tradicionalmente focavam os fisiologistas: o papel dos elétrons na fotossíntese.

O trabalho, publicado na edição de junho da revista americana Proceedings of the National Academy of Sciences, também fornece a primeira demonstração explícita de uma nova conexão entre o que os pesquisadores têm usualmente chamado fases clara e escura. Na fase clara, chamada assim porque só pode ocorrer na presença de luz, as plantas usam a energia da luz para dividir suas moléculas de água em prótons, elétrons e oxigênio. Diagramas do processo, estampados em livros, mostram os elétrons passando por uma série de clorofilas e outros pigmentos fotossintéticos, produzindo um componente para reserva de energia chamado NADPH (nicotinamida adenosina dinucleotídeo reduzida), substância que formará a molécula de ATP (Adenosina Trifosfato).

A fase escura pode ocorrer tanto na presença como na ausência de luz, e usa a energia estocada em NADPH e ATP para formar as moléculas de açúcar. Juntas, as fases clara e escura criam nutrição para as plantas e, através da cadeia alimentar, nutrem humanos e animais também. As plantas fazem o balanço das duas fases (clara e escura) para incorporar a energia em quantidade adequada à sua necessidade, uma vez que se uma planta incorpora muita energia clara, ela pode morrer; e se, por outro lado, ela incorpora menos do que o necessário, ela não se desenvolverá de forma adequada.

O time de pesquisadores da Washington University mostrou que as plantas alcançam esse balanço mudando o nível de prótons dos compartimentos fechados (tilacóides). Quando os compartimentos se enchem a um certo nível, os organismos responsáveis pela fotossíntese respondem menos à luz.

Para chegar a esse resultado, os pesquisadores emitiram um pulso de luz para uma folha e perceberam leves mudanças na cor da luz emitida pela folha em resposta. Isso possibilitou que eles observassem os prótons se movendo para dentro e fora dos compartimentos fechados. Eles descobriram que quando uma planta precisa diminuir sua taxa de fotossíntese, sua síntese de ATP deixa menos prótons abandonarem os compartimentos. Os prótons se aglomeram e a fotossíntese diminui ou pára.

Nova etapa
Já os pesquisadores alemães identificaram a etapa que faltava, dentre as cinco envolvidas no processo de fotossíntese, e conhecidas como “Ciclo Kok”. As quatro etapas que já se conhecia são: absorção de luz, transporte de elétrons e geração de Força Próton-Motriz, síntese de ATP, e fixação do carbono (ou conversão do CO2 em carboidratos). Segundo os pesquisadores, a quinta etapa é a que envolve a formação do oxigênio molecular. Eles sugerem, ainda, uma extensão do “Ciclo de Kok”, e propõem um novo mecanismo de reação para a emissão de oxigênio.

O grupo de Kramer explica que a clorofila das plantas absorve a luz do sol, que se transforma em energia, sendo utilizada pelo chamado "complexo de oxidação da água" para catalisar a quebra da molécula de água e gerar o oxigênio molecular. Esse complexo contém quatro átomos de manganês e um de cálcio, que estão no cerne da reação catalítica.

Segundo Rafael Oliveira, da USP, a nova etapa não deve alterar imediatamente a forma como a fotossíntese é apresentada em livros de escolas secundárias e cursos básicos de graduação, pois as descobertas se referem a etapas muito específicas do processo fotossintético, que geralmente não são ensinadas no 2º grau ou em disciplinas mais generalistas da graduação. No entanto, ele afirma que os livros mais avançados e detalhados de fisiologia vegetal irão incorporar essa nova descoberta.

Oliveira diz que desvendar o processo da fotossíntese é uma das esperanças para um melhor uso da energia solar na produção de energia. “A fotossíntese é um processo extremamente eficiente quanto ao uso da energia solar e pode servir como modelo para o desenvolvimento de formas mais eficientes de captação e conversão de energia solar em outras formas de energia utilizáveis pelos humanos”, avalia.