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A fixação de carbono é uma etapa importante do Ciclo de Calvin-Benson

A fonte fundamental de carbono para os seres vivos é o dióxido de carbono (CO2), uma molécula inorgânica presente na atmosfera e dissolvida na água. Mas para que ele seja aproveitado pelos organismos, é necessário que ocorra um processo de absorção e conversão desse composto em moléculas orgânicas, chamado de fixação de carbono.

O processo de fixação de carbono ocorre em uma etapa da fotossíntese chamada de Ciclo de Calvin-Benson. Ele é formado por um conjunto de reações que produzem carboidratos, mais especificamente glicídios, a partir de moléculas de dióxido de carbono, hidrogênios provenientes da água e energia fornecida por moléculas de ATP elaboradas em outras etapas da fotossíntese.

O processo de fixação de carbono dá início à parte biótica do ciclo biogeoquímico do carbono. Os glicídios produzidos por plantas, algas e bactérias por meio da fotossíntese são utilizados na produção de energia para o próprio organismo ou vão integrar sua biomassa. Ao serem consumidos, o carbono fixado nas moléculas orgânicas desses seres vivos passa de um nível trófico para o outro, podendo percorrer toda a cadeia alimentar.

Carbono e seres vivos

O carbono apresenta extrema importância para a vida na Terra. Os organismos são formados por moléculas orgânicas como carboidratos, proteínas e lipídios, sendo todas elas compostas por esse elemento. Além disso, a quebra das ligações entre os carbonos dessas moléculas libera energia química, utilizada pelos seres vivos na manutenção e realização de suas atividades vitais.

Fotossíntese e sua importância

A fotossíntese pode ser definida como um processo de conversão de energia luminosa em energia química. Ela é realizada por plantas, algas e cianobactérias, que são classificadas como organismos autótrofos e fotossintetizantes por serem capazes de produzir o próprio alimento a partir da luz.

O oxigênio produzido pelos organismos fotossintetizantes é fundamental para a manutenção da vida no planeta na forma como a conhecemos. Além disso, os produtos gerados a partir da fotossíntese moldaram a história-material da humanidade, pois deram origem a recursos como petróleo, gás natural, celulose, carvão e lenha. Esses recursos existem em decorrência da transformação da luz solar em reservas de energia (fotossíntese), seguida por outros processos geológicos e tecnológicos.

Plantas C3 e C4

Para grande parte das plantas, a fixação de carbono é feita na fotossíntese a partir da conversão de dióxido de carbono em uma molécula orgânica conhecida como 3-fosfoglicerato. Essa molécula possui três carbonos e, por isso, essas plantas recebem o nome de C3. Aproximadamente 85% das espécies de plantas podem ser classificadas como C3, incluindo arroz, trigo, soja e todas as árvores.

Vale ressaltar que a enzima responsável pelo processo de fixação de carbono é a rubisco, que tem baixa afinidade pelo dióxido de carbono.

Além disso, a concentração de dióxido de carbono na atmosfera é muito baixa, cerca de 0,04%. Dessa maneira, as plantas C3 precisam acumular grande quantidade da enzima rubisco para alcançar altas taxas de fixação de carbono. Outro mecanismo adotado diz respeito à manutenção dos estômatos abertos por mais tempo para absorver mais gás, o que por outro lado, provoca um problema de perda de água.

Plantas de climas mais quentes e secos alteraram a fotossíntese para intensificar a fixação de carbono sem perder muita água. Nelas, o processo ocorre de forma parecida, mas produz um composto de quatro carbonos chamado de oxaloacetato, sendo classificadas como C4.

A reação também é catalisada por uma enzima diferente, a PEP carboxilase, que apresenta alta afinidade pelo dióxido de carbono. A fotossíntese C4 ocorre em cerca de 3% das plantas vasculares, incluindo milho e cana-de-açúcar.

Expandindo os limites da fixação de dióxido de carbono

Pesquisadores desenvolveram um bypass fotorrespiratório sintético para plantas que abre novas oportunidades de fixação de dióxido de carbono e produção de valor agregado. A fotorrespiração é um processo que consome muita energia e leva à liberação do gás previamente fixado, reduzindo o equilíbrio fotossintético.

O benefício desse dispositivo é que ele fixa dióxido de carbono em vez de liberá-lo, como acontece na fotorrespiração natural. Assim, as plantas deixam de ser limitadas pela quantidade de composto disponível para realizar suas atividades vitais.

“O bypass não é apenas uma alternativa promissora para a fotorrespiração. Nós também mostramos que ele pode interagir com outros ciclos de fixação de dióxido de carbono sintético. Agora seremos capazes de ligar de forma eficiente a fixação do gás sintético diretamente ao metabolismo central”, disse o líder do grupo Tobias Erb.