Questão 5 Unicamp 2022 - 2ª fase - dia 2 - Elite Colégio e Pré-Vestibular

Questão 5

Fotossíntese Fatores que afetam a fotossíntese Transpiração foliar

Como parte do complexo ecossistema terrestre, as espécies vegetais devem responder ao aumento da concentração de dióxido de carbono $(C O_{2})$ atmosférico. Todavia, respostas diferenciais ao aumento da concentração de $C O_{2}$ são esperadas em função do metabolismo fotossintético. Nas figuras abaixo, as variações relativas da fotossíntese (painel A) e da abertura dos estômatos (painel B) em função do aumento da concentração de $C O_{2}$ atmosférico (parte por milhão, ppm) são apresentadas para duas espécies. Observe que a fotossíntese máxima da espécie 2 é a metade do valor máximo da espécie 1 e que a abertura estomática máxima é igual nas duas espécies.

a) Considerando que a fotossíntese pode ser expressa como uma reação enzimática de carboxilação, qual espécie possui a enzima fotossintética com maior afinidade pelo substrato $C O_{2}$ ? Justifique sua resposta.

b) Qual é a principal função dos estômatos? A eficiência do uso da água pelas plantas – calculada pela relação entre a fotossíntese e a abertura estomática – é um critério para selecionar plantas tolerantes à falta de água. Em uma atmosfera com 800 ppm de $C O_{2}$ , qual espécie teria maior eficiência do uso da água? Justifique sua resposta.

Resolução

a) A fotossíntese é o processo metabólico responsável por converter compostos inorgânicos e de baixa energia ( $C O_{2}$ e $H_{2} O$ ) em compostos orgânicos de alta energia (carboidratos), utilizando a luz solar. A fotossíntese é dividida em duas etapas: I- fase clara ou fotoquímica, que acontece nos tilacoides do cloroplasto e que é responsável pela síntese de ATP e NADPH a partir da fotólise da água e da fotofosforilação; e II- fase escura, fase química ou ciclo de Calvin-Benson, que acontece no estroma do cloroplasto e que é responsável pela síntese de gliceraldeído-3-fosfato, ou G3P (monossacarídeo de 3 carbonos), a partir do $C O_{2}$ do ar e do ATP e do NADPH produzidos durante a fase clara.

Portanto, a fotossíntese pode ser expressa como uma reação enzimática de carboxilação, uma vez que, durante a etapa inicial do ciclo de Calvin, a enzima RuBisCO fixa o $C O_{2}$ sob a forma de um composto orgânico conhecido como 3-fosfoglicerato (3-PGA). Assim sendo, pela análise do gráfico A, deduz-se que a espécie 1 possui o metabolismo fotossintético com maior afinidade pelo $C O_{2}$ , já que, para uma mesma concentração de gás carbônico, a taxa fotossintética (ou fotossíntese relativa) da espécie 1 é maior do que a taxa fotossintética da espécie 2.

b) Os estômatos são poros especializados presentes nas folhas e, algumas vezes, no caule, das plantas terrestres. A principal função dos estômatos é regular a entrada de $C O_{2}$ para o interior da folha e a saída de $O_{2}$ para o ar, bem como a taxa de transpiração das plantas (ou seja, a perda de água sob a forma de vapor). Os estômatos são formados por um par de células, chamadas de células-guarda, e por uma abertura chamada de ostíolo, cujo tamanho é regulado pelo grau de turgescência das células-guarda: quando elas estão túrgidas, o estômato permanece aberto; quando elas estão flácidas, o estômato permanece fechado (Figura 1).

Figura 1: Estômatos na superfície foliar e seu papel nas trocas gasosas.

A abertura e o fechamento dos estômatos são regulados por três fatores principais: disponibilidade de água no solo; luz; e concentração de $C O_{2}$ no interior da folha. Assim, quanto mais água estiver disponível no solo, quanto mais iluminado estiver o ambiente, ou quanto menor for a concentração de gás carbônico no mesófilo foliar, mais abertos estarão os estômatos. Porém, a concentração de $C O_{2}$ no ar atmosférico pode ser inversamente proporcional à abertura relativa dos estômatos, uma vez que a taxa de difusão do $C O_{2}$ para o interior da folha aumenta conforme aumenta a saturação de $C O_{2}$ na atmosfera.

Como a eficiência do uso da água pelas plantas é calculada pela relação entre a fotossíntese relativa e a abertura estomática relativa, pode-se deduzir que, em uma atmosfera com 800 ppm de $C O_{2}$ , a espécie que possuiria a maior eficiência do uso da água é a espécie 2. Assim, temos:

Eficiência do uso da água pela espécie 1 = 100% (fotossíntese relativa) / 40% (abertura estomática relativa) = 2
Eficiência do uso da água pela espécie 2 = 50% (fotossíntese relativa) / 10% (abertura estomática relativa) = 5

Portanto, a espécie 2 é mais tolerante ao estresse hídrico do que a espécie 1, podendo ocupar regiões mais áridas ou com menor disponibilidade de água no solo.