20.6: Fotossistemas

Os fotossistemas são complexos multiproteicos que formam as unidades funcionais da fotossíntese em plantas, algas e cianobactérias. Eles são encontrados embutidos na membrana de pequenas estruturas semelhantes a sacos, chamadas tilacóides, colocadas dentro do cloroplasto.

Funcionamento dos fotossistemas

Os fotossistemas contém muitas moléculas de pigmentos, como clorofilas e carotenoides, dispostas em uma organização particular em dois domínios: o complexo antena e o centro de reação. O principal objetivo das moléculas de pigmento distribuídas no complexo antena é absorver a luz na forma de fótons e canalizá-la para o par especial de clorofila do centro de reação.

Existem dois tipos de fotossistemas, fotossistema II (PSII) e fotossistema I (PSI), que são estruturalmente semelhantes, mas diferem com base na fonte do fornecedor de elétrons de baixa energia e no receptor ao qual entregam seus elétrons energizados. Ambos os fotossistemas funcionam em conjunto.

O centro de reação PSII, também conhecido como P680, absorve um fóton que excita um elétron na clorofila. O elétron de alta energia se liberta e é passado para o receptor primário de elétrons e, finalmente, para o PSI através da cadeia de transporte de elétrons. O elétron perdido do P680 é substituído pela extração de um elétron de baixa energia da água; assim, a água é "dividida" durante essa fase da fotossíntese e o PSII é reduzido novamente após cada fotoação. A divisão de uma molécula de H₂O libera dois elétrons, dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio. As moléculas de oxigênio são liberadas no meio ambiente, enquanto os íons de hidrogênio desempenham um papel crítico no estabelecimento de um gradiente de prótons através da membrana tilacóide que é essencial para a síntese de ATP no cloroplasto.

À medida que os elétrons se movem através das proteínas que residem entre PSII e PSI, eles perdem energia e devem ser reenergizados pelo PSI; portanto, outro fóton é absorvido pela antena PSI. Essa energia é retransmitida para o centro de reação PSI denominado P700. O P700 é oxidado e envia um elétron de alta energia para NADP⁺ para formar NADPH. Assim, o PSII captura a energia para criar gradientes de prótons para produzir ATP, e o PSI captura a energia para reduzir o NADP⁺ em NADPH.

Depois que a energia do sol é convertida em energia química na forma de moléculas de ATP e NADPH, a célula tem o combustível necessário para construir moléculas de carboidratos para armazenamento de energia no longo prazo. Isso é conseguido na segunda fase da fotossíntese, também conhecida como fase independente de luz, ou escura, da fotossíntese, que ocorre no estroma do cloroplasto.

Este texto foi adaptado de Openstax, Biology 2e, Chapter 8, Section 8.2:The Light-dependent Reactions of Photosynthesis.

Os organismos fotossintéticos capturam a luz solar por meio dos complexos pigmento-proteína chamados fotossistemas, embutidos na membrana tilacóide do cloroplasto.

Esses complexos são categorizados em fotossistema I ou PSI e fotossistema II ou PSII.

Dentro do cloroplasto, os complexos PSI estão predominantemente localizados nas regiões não empilhadas, chamadas lamelas estromais, enquanto os complexos PSII estão presentes nas lamelas granais empilhadas.

Cada fotossistema é uma coleção de cerca de 200 moléculas de clorofila e 50 moléculas de pigmento carotenóide, distribuídas em dois domínios diferentes do fotossistema - o domínio central chamado centro de reação e um domínio periférico chamado complexo de antena.

Embora todas as moléculas de pigmento absorvam fótons, apenas algumas moléculas de clorofila associadas ao centro de reação podem converter a energia luminosa absorvida em energia química.

Os pigmentos no complexo da antena apenas canalizam a energia absorvida para o centro de reação.

Os fotossistemas também possuem cofatores associados essenciais para seu funcionamento.

Por exemplo, o PSI tem um cofator de ferredoxina, uma junção chave na cadeia de transporte de elétrons, enquanto o PSII contém um complexo de evolução de oxigênio que catalisa a oxidação da água, uma etapa crucial para a fotossíntese.