Pergunta do dia: como bactérias fazem fotossíntese sem ter cloroplastos?

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Cultura contendo cianobactérias. Elas são bactérias que
obtêm sua energia pela fotossíntese

       A pergunta acima foi feita pela Paloma, no Yahoo! Respostas. É uma pergunta muito boa, pois a fotossíntese é quase sempre associada a plantas. No entanto, há muitos outros seres que realizam a fotossíntese. No reino Protista, as algas são fotossintéticas. Já no Reino Monera, há bactérias – as cianobactérias – que conseguem utilizar a energia solar na produção de matéria orgânica e oxigênio. Na verdade, há muita confusão sobre qual reino pertencem as cianobactérias, pois elas costumavam ser consideradas algas. Elas têm características dos dois reinos: são procariontes, como todas as bactérias, mas são autótrofas fotossintetizantes, como todas as algas.

Imagem mostrando os cloroplastos em células de um vegetal

          Enfim, sabemos que os seres procariontes não possuem organelas especializadas – como cloroplastos e mitocôndrias. E também é sabido que, nos vegetais e nas algas, os pigmentos que conseguem capturar a luz para a fotossíntese estão nos cloroplastos. Assim como a energia necessária para o processo de fotossíntese é produzida nas mitocôndrias. Então, pode parecer um contra senso que seres procariontes possam ser também autótrofos fotossintetizantes.

            Bom, não é. As cianobactérias têm uma maneira menos tradicional de produzir seu próprio alimento. A membrana plasmática delas forma invaginações onde se localizam os pigmentos que absorvem a luz e as enzimas necessárias para a fotossíntese. Essas membranas parecem muito com a dos tilacóides, aquelas estruturas que ficam no interior do cloroplasto e onde ocorre a captação da energia luminosa.

Aqui está representada, esquematicamente, a célula de uma cianobactéria. Observe que o autor considerada as invaginações da membrana plasmática como "tilacóides" (thylakoids) - ali estão os pigmentos que capturam a luz. Observe também "RuBisCO" e "carboxissoma" (carboxysome). O carboxissoma guarda enzimas especiais que, junto com a RuBisCO (também presente em plantas e algas), realizam a fixação do dióxido de carbono atmosférico.

            Evolucionistas sugerem que os tilacóides foram sendo desenvolvidos a partir dessas invaginações. As cianobactérias foram, muito provavelmente, os primeiros seres a oxigenar a atmosfera primitiva da terra. A fim de simplificar as coisas, podemos dizer que as cianobactérias possui invaginações de membrana plasmática que funcionam como tilacóides primitivos – com todo o maquinário (enzimas e pigmentos fotossintetizantes) necessários para a etapa de claro da fotossíntese. A fase escura, que compreende a fixação e redução do carbono, na síntese de matéria orgânica, ocorre no citoplasma. Há o auxílio de várias enzimas para catalisar o processo.

Como as bactérias produzem energia?

            As bactérias conseguem produzir ATP de forma anaeróbica (sem oxigênio) ou aeróbica (com oxigênio). No primeiro caso, elas usam enzimas para quebrar os nutrientes em metabólitos simples. A energia liberada nessa quebra é usada para transformar ADP em ATP – que é a forma de energia utilizada pelas células. Já em processos aeróbicos, elas conseguem aproveitar aqueles "metabólitos simples" que falei acima, quebrando-os ainda mais – agora, através da oxidação (uso de oxigênio). É um processo, novamente, muito parecido com o que ocorre na mitocôndria.

Há evidências fortes que sugerem que as mitocôndrias e os cloroplastos eram bactérias que passaram a viver em simbiose dentro de outras células. Com a evolução, se tornaram inseparáveis

            Todo o maquinário enzimático necessário para catalisar as reações está ligado à membrana plasmática das bactérias. A energia liberada no processo de oxidação é usada para bombear íons H+ do citosol até à membrana plasmática. Lá, de modo semelhante ao que ocorre no processo de fosforilação oxidativa nas mitocôndrias, esses íons H+ retornam ao citosol atravessando proteínas que funcionam como bombas. Nessa passagem, o ATP é gerado num sítio ativo dessas proteínas bombeadoras.

            É dessa forma que as bactérias fotossintetizantes podem sempre injetar a energia necessária ao processo fotossintético. E, como num ciclo, ao fim do processo fotossintético, a matéria orgânica produzida é oxidada para gerar mais ATP.

            Essas semelhanças com a forma como nossas organelas especializadas, as mitocôndrias, obtêm energia não é pura coincidência. Os processos bioquímicos e as enzimas utilizadas são tão parecidos que levaram à criação da importante Teoria Endossimbiôntica (clique aqui para ler mais).

            Quanto à quimiossíntese, o processo não depende de cloroplastos. A quimiossíntese não utiliza a energia solar e, portanto, pigmentos fotossintetizantes não estão envolvidos no processo. Em vez disso, as bactérias quimiossintéticas oxidam certos compostos contendo ferro ou enxofre ou nitrogênio.