Explique o que ocorre com o gás carbônico do ar na respiração e na fotossíntese

Os vegetais são capazes de fabricar substâncias complexas, a partir de substâncias simples, como o carbono, retirado do gás carbônico do ar atmosférico, e a água. Esse importante fenômeno é chamado fotossíntese.

A fotossíntese trata-se do processo mais importante que ocorre na Terra. E não é exagero! É durante a fotossíntese que ocorre uma série de reações químicas que transformam, através da energia solar, substâncias inorgânicas (água e gás carbônico), em orgânicas (glicose), produzindo o alimento necessário para a sobrevivência da planta, além de ser fonte de energia para os animais. Outro produto importante da fotossíntese é o oxigênio (substância inorgânica), o qual é indispensável para a vida dos seres aeróbicos.

O Processo da Fotossíntese

As folhas possuem forma achatada (laminar) para facilitar a sua exposição à luz solar e possuem cor verde devido à presença da clorofila. Além disso, possuem pequenos “poros” microscópicos, os estômatos. 

Apenas alguns tipos de organismos (plantas, algas e algumas bactérias) possuem clorofila, o pigmento essencial para promover a fotossíntese. O processo fotossintético tem início quando uma partícula de luz choca-se com uma molécula do pigmento verde (clorofila). 

A taxa fotossintética, ou seja, a intensidade de fotossíntese que a planta realiza, pode ser alterada pela quantidade de luz que ela recebe. Quanto maior essa radiação luminosa, maior a taxa fotossintética, caso não haja nenhum outro fator como temperatura ou disponibilidade de água limitando o processo. No entanto existe um limite. Cada planta possui uma quantidade de luz específica que, quando é atingida, não altera mais a taxa fotossintética. É o chamado ponto de saturação fótico.

Uma vez que a energia luminosa é transformada em energia química, produzindo a glicose (um tipo de açúcar), ela pode ser utilizada mais tarde como “combustível” para outros processos celulares da planta.

O açúcar é convertido em outras moléculas de substâncias ricas em energia, que ficarão armazenadas nas sementes e frutos. Os animais irão alimentar-se dessas sementes e frutos e, assim, irão obter o combustível necessário para viver, pois são seres heterótrofos.

O oxigênio, tão importante para os organismos aeróbicos, é liberado como um resíduo da fotossíntese, durante a quebra das moléculas de água. Parte do oxigênio é utilizada pela planta em outras reações, somente o que ela não utiliza é liberado para a atmosfera.

A capacidade fotossintética, ou seja, o quanto de fotossíntese que a planta realiza, é determinada para cada espécie. No entanto, esse número é alterado ao longo do desenvolvimento da planta. Quando a planta é novinha, sua capacidade fotossintética é baixa, pois as folhas ainda não estão completamente desenvolvidas e, por isso, recebem menos luz solar. Além disso, os seus cloroplastos ainda não estão totalmente prontos para realizar o seu trabalho. Conforme a planta envelhece, a capacidade fotossintética também diminui. Um pouco antes da folha senescer (envelhecer) por completo, a capacidade fotossintética torna-se nula, pois os cloroplastos, e conseqüentemente a clorofila, são destruídos durante o processo de envelhecimento.

Então, em síntese...

As plantas capturam a energia do sol e a usam para formar moléculas orgânicas essenciais à vida. Esse processo, a fotossíntese, requer o pigmento verde clorofila, que está presente nas folhas. As moléculas orgânicas formadas durante a fotossíntese fornecem não apenas a energia que ativa os sistemas vivos, mas também as grandes moléculas estruturais que compõem os organismos vivos.

Você sabia ainda que...

Os estômatos são aberturas na epiderme, limitados por duas células especializadas, as células-guarda, as quais controlam a abertura e o fechamento do poro (ostíolo). Eles ocorrem em todas as partes aéreas das plantas, mas são mais abundantes nas folhas. As raízes geralmente não os possuem. Eles são os responsáveis por permitir as trocas gasosas.

A planta troca gás carbônico e oxigênio com o ambiente através dos estômatos. Durante a fotossíntese, a planta permite a entrada de CO2 na folha e a liberação do O2 para o ambiente. Por outro lado, durante a respiração ela libera CO2 para o ambiente e permite a entrada do O2. Além dos gases, a planta perde água, também pelos estômatos, através da transpiração.

Representação gráfica do estômato na folha.

Os estômatos abrem e fecham em resposta a sinais ambientais e fisiológicos. Assim, controlam a perda de água através da transpiração e a entrada e saída de oxigênio e gás carbônico.

A abertura dos estômatos ocorre devido à diferença de turgescência (rigidez) das células-guarda do aparelho estomático, em relação às demais células da folha. As células-guarda enchem-se de água, tornando-se duras (túrgidas) e, dessa forma, causam a abertura do poro estomático (ostíolo). Quando essas células perdem água, elas murcham e tornam-se frouxas, fechando o poro estomático. A entrada e saída de água das células-guarda são reguladas por hormônios vegetais e íons. O grau de abertura dos estômatos varia ao longo do dia.

A Reação Química

CO2 = dióxido de carbono; H2O = água; C6H12O6 = glicose (açúcar); O2 = oxigênio. A seta azul representa que o oxigênio foi liberado

A equação em que todos os reagentes e produtos são escritos como se fossem moléculas é chamada equação molecular. Qualitativamente, uma reação química descreve quais são os reagentes e os produtos da reação, nesse caso os reagentes são o dióxido de carbono e a água e os produtos são a glicose e o oxigênio. Quantitativamente uma reação química balanceada indica relações numéricas entre unidades (átomos e moléculas). Os coeficientes, número que aparece embaixo do elemento químico, descrevem as razões fixas entre estas unidades.

Numa reação química ocorre quebra das ligações químicas das moléculas dos reagentes formando-se novas ligações, as quais originarão a formação de novos produtos, os quais possuem propriedades químicas diferentes dos compostos originais. No acaso da fotossíntese o gás carbônico e a água, através da energia solar, quebram suas moléculas e rearranjam-se novamente formando como produto a glicose e o oxigênio.

As reações químicas da fotossíntese são complexas e existem pelo menos 50 reações intermediárias a essa equação geral. Mas, é importante salientar que a energia solar é necessária para estimular a reação; sem ela a reação não ocorreria.

Como a planta utiliza o açúcar produzido durante a fotossíntese?

Uma parte do açúcar se junta com a água e origina a seiva orgânica, a qual é distribuída para todas as partes da planta, através de um sistema de vasos de condução chamado floema. Outra parte do açúcar é consumida durante o processo de respiração para fornecer energia para o vegetal para que ele consiga crescer e desenvolver-se. Finalmente, o que não é aproveitado imediatamente, a planta acumula nos órgãos de reserva, os quais podem ser raiz (ex. batata doce e cenoura), caule (ex. batata inglesa e cana-de-açúcar) e sementes, sob a forma de amido.

Então, em síntese...

A glicose produzida durante a fotossíntese pode ser transformada em amido ou, através de outras reações químicas, a planta pode produzir também proteínas, óleos, vitaminas, etc. Essas substâncias são muito importantes para o crescimento e sobrevivência da planta e podem, ainda, ser aproveitadas pelo homem e outros animais que se alimentam delas.   

O gás carbônico (CO2) é um elemento que está disponível no ar atmosférico e também dissolvido nas águas de mares, rios e lagos. Através da fotossíntese, os vegetais conseguem retirar o gás carbônico presente no ar ou na água, sendo que ele é devolvido para esses ambientes principalmente pela respiração.

Durante a realização da fotossíntese pelos vegetais, os átomos de carbono presentes no gás carbônico são utilizados para a formação de moléculas orgânicas. Uma parte dessas moléculas orgânicas é degradada pela própria planta durante a respiração celular, sendo que durante esse processo o carbono é devolvido à atmosfera na forma de CO2. A outra parte das moléculas orgânicas fica armazenada nos tecidos vegetais, e disponível para os animais consumidores.

Ao consumir os vegetais, os animais herbívoros estarão consumindo as moléculas orgânicas, e a maior parte dessas moléculas serão degradadas na respiração celular, sendo que nessa degradação o carbono é eliminado na forma de CO2. A outra parte das moléculas orgânicas obtidas através da ingestão dos vegetais é utilizada na síntese de substâncias orgânicas do herbívoro, passando a fazer parte de sua biomassa. O carbono contido na biomassa do animal herbívoro pode ser transferido a um consumidor carnívoro, caso o herbívoro seja consumido, ou então ser decomposta pelos seres decompositores.

Dessa forma, o carbono incorporado na fotossíntese passa de um nível trófico para outro, e vai retornando para a atmosfera através da respiração dos organismos vivos e também pela ação dos decompositores, que estão presentes em todos os níveis tróficos, completando o ciclo do carbono.

O gás carbônico produzido na respiração e na decomposição dos seres vivos deveria ser compensado pelo consumo desse gás na fotossíntese, mas com a liberação de CO2 na atmosferaatravés da queima de madeira e de combustíveis fósseis, como o petróleo, o gás natural e o carvão mineral, a liberação do gás está a uma velocidade muito maior do que a velocidade de assimilação do gás pela fotossíntese. A consequência disso é o aumento na concentração de gás carbônico na atmosfera e a elevação da temperatura do nosso planeta.

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