Divisão Celular, Fotossíntese e Cloroplastos: Guia Completo

Divisão Celular

Intérfase:

Momento em que não ocorre divisão na célula. Nesse momento, a célula realiza praticamente todos os processos de síntese necessários para o seu desenvolvimento. A intérfase divide-se em 3 fases:

• Fase G1: Intensa produção de RNA e de proteínas diversas;
• Fase S: Duplicação do DNA;
• Fase G2: A célula volta a produzir proteínas ativamente.

Mitose:

A mitose se inicia com uma célula diploide (2n), ou seja, com o número total de cromossomos da espécie (no caso dos humanos, 46). Em seguida, há um período de grande atividade metabólica, denominado intérfase, em que ocorre a duplicação do material genético. Só depois começa a divisão propriamente dita. A mitose também se divide em fases, são elas:

• Prófase: A cromatina (material genético) inicia sua espiralização, transformando-se em cromossomos (contendo duas cromátides-irmãs). Os centríolos (ausentes nas células vegetais) se posicionam em polos opostos e entre eles aparecem as fibras do fuso. Há o desaparecimento do nucléolo e, por fim, ocorre o rompimento da carioteca (membrana nuclear).
• Metáfase: Os cromossomos atingem a espiralização máxima e encontram-se no centro da célula (plano equatorial), presos às fibras do fuso.
• Anáfase: As cromátides-irmãs migram para os polos opostos das células devido ao encurtamento das fibras do fuso.
• Telófase: Termina a divisão do núcleo (cariocinese) e do citoplasma (citocinese). Os cromossomos voltam a se desespiralizar, a carioteca e os nucléolos reaparecem. Por fim, formam-se duas células-filhas idênticas à célula-mãe (que originou todo o processo).

Meiose:

É um processo de divisão reducional no qual uma célula diploide (2n) origina 4 células haploides (n). Ocorre com a finalidade específica de produzir células sexuais ou gametas (espermatozoide e óvulo). No caso dos seres humanos, a meiose garante que, durante a fecundação, se forme um novo ser com 46 cromossomos, 23 vindos do pai e 23 da mãe. Antes do início da meiose há, assim como na mitose, um período de duplicação do material genético chamado de intérfase. Também é dividida em etapas:

• Prófase I: A cromatina se espiraliza, transformando-se em cromossomos¹, início do pareamento entre cromossomos homólogos² (contendo duas cromátides-irmãs³). Os centríolos se posicionam em polos opostos e entre eles aparecem as fibras do fuso. Há o desaparecimento do nucléolo e o rompimento da carioteca⁵. Esta etapa pode ser dividida em 5 subfases: leptóteno¹, zigóteno², paquíteno³, diplóteno⁴ e diacinese⁵. Durante esta fase pode ocorrer o "crossing-over⁴" (mistura do material genético), com a quebra e troca de pontas entre os cromossomos. Este mecanismo favorece a variabilidade genética.
• Metáfase I: Os cromossomos homólogos atingem a espiralização máxima e migram presos às fibras do fuso, posicionando-se no plano metafásico da célula.
• Anáfase I: os cromossomos homólogos migram para os polos opostos das células devido ao encurtamento das fibras do fuso.
• Telófase I: término da cariocinese e da citocinese. Os cromossomos se desespiralizam, a carioteca e o nucléolo reaparecem.
• Prófase II: os cromossomos voltam a se espiralizar, os centríolos (quando presentes) se posicionam em polos opostos e surgem as fibras do fuso. Os nucléolos desaparecem e a carioteca se rompe.
• Metáfase II: Os cromossomos homólogos migram, presos às fibras do fuso, posicionando-se no plano metafásico da célula.
• Anáfase II: as cromátides-irmãs dos cromossomos homólogos migram para polos opostos das células devido ao encurtamento das fibras do fuso.
• Telófase II: término da cariocinese e da citocinese. Os cromossomos se desespiralizam, a carioteca e o nucléolo reaparecem. Formam-se 4 células haploides (n) originadas da célula-mãe diploide (2n).

Fotossíntese:

É o principal processo autotrófico e é realizada pelos seres clorofilados, representados por plantas, alguns protistas, bactérias fotossintetizantes e cianobactérias. Na fotossíntese realizada pelos seres fotossintetizantes, com exceção das bactérias, gás carbônico (CO₂) e água (H₂O) são usados para a síntese de carboidratos, geralmente a glicose. Nesse processo há a formação de oxigênio (O₂), que é liberado para o meio. A fotossíntese realizada pelas bactérias fotossintetizantes difere em muitos aspectos da realizada pelos demais organismos fotossintetizantes, como veremos a seguir. A fórmula geral da produção de glicose pela fotossíntese dos eucariotos e cianobactérias é:

6 CO₂ + 12 H₂O

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + H₂O

Essa equação mostra que, na presença de luz e clorofila, o gás carbônico e a água são convertidos em uma hexose – neste exemplo, a glicose - havendo liberação de oxigênio. Os seres fotossintetizantes são fundamentais para a manutenção da vida em nosso planeta, pois são a base da maior parte das cadeias alimentares e produzem oxigênio, gás mantido na atmosfera em concentrações adequadas graças principalmente à atividade fotossintética.

Origem do Oxigênio e Fotossíntese Bacteriana:

O oxigênio liberado pela fotossíntese realizada pelos eucariontes e pelas cianobactérias provém da água e não do gás carbônico, como se pensava antigamente. O primeiro pesquisador a propor isso foi Cornelius Van Niel, na década de 1930, quando estudava bactérias fotossintetizantes. Ele verificou que as bactérias vermelhas sulfurosas (ou tiobactérias púrpuras) realizavam uma forma particular de fotossíntese em que não havia necessidade de água nem formação de oxigênio. Essas bactérias usam gás carbônico e sulfeto de hidrogênio (H₂S) e produzem carboidrato e enxofre. Van Niel escreveu, então, a fórmula geral da fotossíntese realizada por essas bactérias:

Fotossíntese bacteriana: 6 CO₂ + 12 H₂S

CH₂O + H₂O + 2 S

Foi a compreensão desse processo de fotossíntese que levou o pesquisador a propor a equação geral da fotossíntese:

6 CO₂ + 2 H₂A

CH₂O + H₂O + 2 A

Essa equação mostra que H₂A pode ser a água (H₂O) ou o sulfeto de hidrogênio (H₂S) e evidencia que, se for água, ela é a fonte de oxigênio na fotossíntese. Essa interpretação foi confirmada posteriormente, na década de 1940, por experimentos em que pesquisadores forneciam às plantas água cujo oxigênio era de massa 18 (O¹⁸, isótopo pesado do oxigênio) em vez de 16 (O¹⁶), como o oxigênio da água comum. Eles verificaram que o oxigênio liberado pela fotossíntese era o O¹⁸, corroborando a interpretação de Van Niel. Ficou comprovado, então, que o oxigênio liberado durante a fotossíntese dos eucariontes e das cianobactérias provém da água e não do gás carbônico.

Onde Ocorre a Fotossíntese?

Nos organismos mais simples, como as cianobactérias, a fotossíntese ocorre no hialoplasma, que é onde se encontram diversas moléculas de clorofila, associadas a uma rede interna de membranas, que são extensões da membrana plasmática. Recorde que as cianobactérias são procariontes e não possuem organelas dotadas de membranas. Por outro lado, nos organismos eucariontes, a fotossíntese ocorre totalmente no interior do cloroplasto.

Os Cloroplastos

O plasto ou plastídeo é um grupo de organelas específicas de células vegetais, que possuem características semelhantes às mitocôndrias como: membrana dupla, DNA próprio e origem endosimbionte. Os plastos desenvolvem-se a partir de proplastídeos, que são organelas pequenas presentes nas células imaturas dos meristemas vegetais e desenvolvem-se de acordo com as necessidades da célula, surgindo diferentes tipos de plastos como: os cromoplastos (que contêm pigmentos), os leucoplastos (sem pigmento), etioplastos (que se desenvolvem na ausência de luz), amiloplastos (que acumulam amido como substância de reserva), proteoplastos (que armazenam proteína) e os oleoplastos (acumulam lipídeos).

Os cloroplastos são um tipo de cromoplasto que contém pigmento chamado clorofila, que são capazes de absorver a energia eletromagnética da luz solar e a convertem em energia química por um processo chamado fotossíntese. As células vegetais e as algas verdes possuem um grande número de cloroplastos, de forma esférica ou ovoide, variando de tamanho de acordo com o tipo celular, e são bem maiores que as mitocôndrias.

O Papel da Luz na Fotossíntese

A estrutura atômica de determinadas substâncias é tal que as tornam capazes de absorver a luz. Quando a luz incide em um átomo capaz de absorvê-la, alguns elétrons são ativados e elevados a um nível energético superior. O átomo entra em um "estado ativado", rico em energia e muito instável. Quando os elétrons excitados voltam aos seus orbitais normais, o átomo volta ao seu estado-base. Esse retorno é acompanhado pela liberação de energia, como calor ou como luz. A luz emitida dessa forma é chamada fluorescência.

Nos cloroplastos, as moléculas de clorofila possuem essa característica. Entretanto, o seu elétron excitado não devolve a energia captada através da fluorescência, mas a transfere para outras substâncias. Há, portanto, transformação da energia luminosa captada em energia química.

As Etapas da Fotossíntese

A fotossíntese ocorre em duas grandes etapas, que envolvem várias reações químicas: a primeira é a fase clara (também chamada de fotoquímica) e a segunda é a fase escura (também conhecida como fase química).

Em linhas gerais, os eventos principais da fotossíntese são a absorção da energia da luz pela clorofila; a redução de um aceptor de elétrons chamado NADP, que passa a NADPH₂; a formação de ATP e a síntese de glicose. A fase escura da fotossíntese não precisa ocorrer no escuro. O que o nome quer indicar é que ela ocorre mesmo na ausência de luz – ela só precisa de ATP e NADH2 para ocorrer.