If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Se você está atrás de um filtro da Web, certifique-se que os domínios *.kastatic.org e *.kasandbox.org estão desbloqueados.

Conteúdo principal

Luz e pigmentos fotossintéticos

Propriedades da luz. Como clorofilas e outros pigmentos absorvem a luz.

Introdução

Se você já ficou muito tempo no sol e teve queimaduras, então você provavelmente está ciente da imensa energia do sol. Infelizmente, o corpo humano não pode fazer muito uso da energia solar, considerando que é capaz de produzir apenas um pouco de vitamina D (uma vitamina sintetizada na pele na presença da luz solar).
As plantas, por outro lado, são especialistas em capturar energia luminosa e em utilizá-la para produzir açúcares através de um processo chamado fotossíntese. Este processo começa com a absorção da luz por moléculas orgânicas especializadas, chamadas pigmentos, que são encontradas nos cloroplastos de células vegetais. Aqui, consideraremos a luz como uma forma de energia, e veremos como os pigmentos – como as clorofilas que tornam as plantas verdes – absorvem essa energia.

O que é energia luminosa?

A luz é uma forma de radiação eletromagnética, um tipo de energia que viaja em ondas. Outros tipos de radiação eletromagnética que encontramos no nosso dia-a-dia incluem ondas de radio, micro-ondas e raios-X. Juntos, todos os tipos de radiação eletromagnética formam o espectro eletromagnético.
Cada onda eletromagnética tem um comprimento de onda específico, ou a distância de uma crista até a outra, e diferentes tipos de radiação têm diferentes faixas características de comprimentos de onda (como mostrado no diagrama abaixo). As radiações que têm comprimento de onda longo, como as ondas de rádio, carregam menos energia do que as radiações com um comprimento de onda curto, como os raio-X.
O espectro eletromagnético é todo o intervalo de comprimentos de onda da radiação eletromagnética. Um comprimento de onda mais longo está associado com baixa energia e um comprimento de onda mais curto está associado com alta energia. Os tipos de radiação no espectro, desde o comprimento de onda mais longo até o mais curto, são: rádio, micro-ondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios X e raios gama. A luz visível é composta de diferentes cores, cada uma tendo um comprimento de onda e nível de energia diferentes. As cores, do comprimento de onda mais longo para o mais curto, são: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta.
Imagem modificada de "Electromagnetic spectrum," por Inductiveload (CC BY-SA 3.0), e "EM spectrum," por Philip Ronan (CC BY-SA 3.0). A imagem modificada está sob a licença CC BY-SA 3.0
O espectro visível é a única parte do espectro eletromagnético que pode ser vista pelo olho humano. Isso inclui a radiação eletromagnética cujo comprimento de onda está entre 400 nm e 700 nm. A luz visível do sol aparenta ser branca, mas na verdade é composta por múltiplos comprimentos de onda (cores) de luz. Você pode ver essas diferentes cores quando uma luz branca atravessa um prisma: devido aos diferentes comprimentos de onda da luz se desviarem em ângulos distintos à medida que passam pelo prisma, eles se espalham e formam o que nós conhecemos como arco-íris. A luz vermelha tem o comprimento de onda mais longo e é o mais energético.
Apesar da luz e outras formas de radiação eletromagnética agirem como ondas sob muitas condições, elas podem agir como partícula sob outras. Cada partícula de radiação eletromagnética, chamada de fóton, tem uma certa quantidade de energia. Radiações com comprimentos de onda curtos tem fótons de alta energia, enquanto tipos de radiações com comprimentos de onda longos tem fótons de baixa energia.

Os pigmentos absorvem a luz usada na fotossíntese

Na fotossíntese, a energia do sol é convertida em energia química por organismos fotossintéticos. Contudo, os vários comprimentos de onda da luz do sol não são usados igualmente na fotossíntese. Ao invés disto, os organismos fotossintéticos contêm moléculas que absorvem luz chamadas de pigmentos, que absorvem apenas comprimentos de onda específicos de luz visível, enquanto refletem os demais comprimentos de onda.
O conjunto de comprimentos de onda absorvido por um pigmento é seu espectro de absorção. No diagrama abaixo, você pode ver os espectros de absorção de três pigmentos chaves na fotossíntese: clorofila a, clorofila b, e β-caroteno. O conjunto de comprimentos de onda que um pigmento não absorve é refletido, e a luz refletida é o que nós vemos como cores. Por exemplo, as plantas parecem verdes para nós porque elas contêm muitas moléculas de clorofila a e b, que refletem a luz verde.
Cada pigmento fotossintético tem uma extensão de comprimento de onda que absorve, chamada de espectro de absorção. Os espectros de absorção podem ser representados pelos comprimento de onda (nm) no eixo x e o grau de absorção da luz no eixo y. O espectro de absorção das clorofilas inclui os comprimentos de onda das luzes azul e vermelho alaranjado, como indicado pelos seus picos por volta de 450-475 nm e por volta de 650-675 nm. Como observação, a clorofila a absorve luz de comprimentos de onda um pouco diferentes da clorofila b. As clorofilas não absorvem comprimentos de onda das cores verde e amarela, como é indicado pelo baixo grau de absorção de luz a partir de aproximadamente 500 até 600 nm. O espectro de absorção do β-caroteno (um pigmento carotenoide) inclui as luzes violeta e azul esverdeado, como indicado pelos seus picos em torno de 450 e 475 nm.
A absorção ótima da luz ocorre em diferentes comprimentos de onda para diferentes pigmentos. Imagem modificada de "The light-dependent reactions of photosynthesis: Figure 4," de OpenStax College, Biology (CC BY 3.0)
A maioria dos organismos fotossintéticos tem uma variedade de pigmentos diferentes, então eles podem absorver energia de uma faixa ampla de comprimentos de luz. Aqui, examinaremos dois grupos de pigmentos que são importantes nas plantas: clorofilas e carotenoides.

Clorofilas

Há cinco tipos principais de clorofilas: clorofilas a, b, c e d, mais uma molécula relacionada encontrada nos procariontes chamada de bacterioclorofila. Nas plantas, a clorofila a e a clorofila b são os principais pigmentos fotossintéticos. As moléculas de clorofila absorvem comprimentos de onda azul e vermelho, como mostrado pelos picos nos espectros de absorção acima.
Estruturalmente, as moléculas de clorofila incluem uma cauda hidrofóbica ("repele a água") que se insere na membrana do tilacoide e uma cabeça formada por um anel de porfirina (um grupo circular de átomos circundando um íon de magnésio) que absorve luzstart superscript, 1, end superscript.
Uma molécula de clorofila a tem uma cauda hidrofóbica que se insere na membrana do tilacoide e uma cabeça de porfirina que captura a energia da luz.
Imagem modificada de "Chlorophyll-a-2D-skeletal," by Ben Mills (public domain)
Embora tanto a clorofila a quanto a clorofila b absorvam luz, a clorofila a têm um papel único e crucial em converter a energia da luz em energia química (como você pode explorar no artigo das reações dependentes de luz). Todas as plantas, algas, e cianobactérias fotossintéticas contêm a clorofila a, enquanto apenas as plantas e algas verdes contêm a clorofila b, junto com uns poucos tipos de cianobactériasstart superscript, 2, comma, 3, end superscript.
Por causa do papel central da clorofila a na fotossíntese, todos os outros pigmentos, que não a clorofila a, são conhecidos como pigmentos acessórios—incluindo os outros tipos de clorofilas, bem como outras classes de pigmentos como os carotenoides. O uso dos pigmentos acessórios permite que uma faixa maior de comprimentos de onda seja absorvida, e assim, mais energia seja capturada da luz do sol.

Carotenoides

Os carotenoides são outro grupo chave de pigmentos que absorvem a luz violeta e azul-esverdeada (veja o gráfico de espectro acima). A viva coloração dos carotenoides encontrados em frutas - tais como o vermelho do tomate (licopeno), o amarelo das sementes de milho (zeaxantina), ou o laranja da casca da laranja (β-caroteno) - são frequentemente usados como recursos para atrair animais, que podem ajudar a dispersar as sementes da planta.
Na fotossíntese, os carotenoides ajudam a capturar luz, mas ele também têm um papel importante em se livrar do excesso de energia luminosa. Quando uma folha está exposta a pleno sol, ela recebe uma quantidade enorme de energia; se essa energia não é manipulada adequadamente, ela pode danificar a maquinaria fotossintética. Os carotenoides nos cloroplastos ajudam a absorver o excesso de energia e dissipá-la como calor.

O que significa um pigmento absorver luz?

Quando um pigmento absorve um fóton de luz, ele se torna excitado, ou seja, ele possui energia extra e não está mais no seu estado normal, ou padrão. Em um nível subatômico, a excitação é quando um elétron é levado a um orbital de maior energia que se encontra mais distante do núcleo.
Apenas um fóton com a quantidade exata de energia para levar um elétron para outro orbital pode excitar um pigmento. Na verdade, é por esse motivo que diferentes pigmentos absorvem diferentes comprimentos de onda da luz: as "lacunas de energia" entre os orbitais são diferentes para cada pigmento, o que significa que fótons de diferentes comprimentos de onda são necessários em cada caso para fornecer a energia que corresponda à lacuna de energiastart superscript, 4, end superscript.
Quando uma molécula de pigmento absorve luz, ela é levada do estado padrão para um estado excitado. Isto significa que um elétron pula para um orbital de maior energia (um orbital que está mais longe do núcleo).
Um pigmento excitado é instável, e ele tem várias "opções" disponíveis para se tornar mais estável. Por exemplo, ele pode transferir sua energia extra ou seu elétron excitado para uma molécula vizinha. Veremos como esses dois processos funcionam na próxima seção: reações dependentes de luz.

Quer participar da conversa?

  • Avatar blobby green style do usuário Luca Borba Esposito
    como posso calcular o gasto energético diário de uma planta?
    (4 votos)
    Avatar Default Khan Academy avatar do usuário
    • Avatar blobby green style do usuário Shinigami4
      um jeito é experimentalmente, mas se você diz na teoria vai ser complicado demais porque envolve, qual planta, em que tempo/clima, estação, qual a aproximação você quer fazer sabendo o grupo analisado(pode ser individual), o tempo que você quer estimar, etc
      (1 voto)
  • Avatar blobby green style do usuário ana.souza.rrt
    Ali estava dizendo que a luz vermelha tem um comprimento de onde mais longa e é mais energética, porém eu achava que quanto maior a onde menos energia ela contém, estou errada então? Quero entender
    (3 votos)
    Avatar Default Khan Academy avatar do usuário
    • Avatar blobby green style do usuário Shinigami4
      não sei onde você viu isso, mas provavelmente deve estar se referindo a luz em si não aos fótons, ou há erro no texto, pois apesar de cada fóton ter menos energia do vermelho em relação ao azul por exemplo, há uma emissão muito maior nessa faixa de espectro do que no azul normalmente no ambiente, procure sobre corpos negros que é uma boa ilustração do problema.
      (1 voto)
  • Avatar blobby green style do usuário Cristiane Hastenreiter
    como ocorre a absorção e a dissipação da energia luminosa?
    (1 voto)
    Avatar Default Khan Academy avatar do usuário
    • Avatar blobby green style do usuário Shinigami4
      como assim, você diz genericamente, das plantas?
      pq se for das plantas não sei se sei explicar no nível que você busca, mas posso tentar explicar porém vai ficar meio longo então gostaria de sua reposta antes, se for genérico é o seguinte: no átomo temos elétrons, prótons e nêutrons (nem sempre), o elétron por ficar mais afastado e ter potencial eletromagnético relevante, colide com o fóton e absorve energia nele saltando de camada, porém muitas vezes isso não é estável, o que leva o elétron a emitir o fóton novamente depois de um tempo, a absorção tb pode ser feita pelo núcleo atômico, nesse caso vai depender da energia de cada parte assim como no elétron para saber se será estável, instável ou meio-estável. A dissipação que pode ocorrer de diversas formas além de ser devolvida como luz pode jogar o elétron fora, instabilizar o núcleo, virar calor e emitir outras frequências de luz, mas no final vai depender do estado do átomo e suas partes, da frequência de luz, e de onde ele vai atingir se atingir.
      (1 voto)
  • Avatar blobby green style do usuário Beatriz Pereira
    Eu fiquei com uma dúvida... Todas as radiações da luz branca são absorvidas no processo fotossintetico ou apenas algumas?
    (1 voto)
    Avatar Default Khan Academy avatar do usuário
  • Avatar blobby green style do usuário Hellen Paiva
    É possível para as plantas utilizar luz verde no processo fotossintético?
    (1 voto)
    Avatar Default Khan Academy avatar do usuário
  • Avatar blobby green style do usuário ke.oliveiracoelho
    Os vegetais além do comprimento de onda vermelho também absorvem o azul. Qual a função do azul e onde este comprimento de onda é absorvido?
    (1 voto)
    Avatar Default Khan Academy avatar do usuário
  • Avatar piceratops tree style do usuário erickyuji
    porque o texto está em Inglês?
    sabendo q eu moro no Brasil, não entendo!
    (0 votos)
    Avatar Default Khan Academy avatar do usuário
Você entende inglês? Clique aqui para ver mais debates na versão em inglês do site da Khan Academy.