Questão 123 caderno azul ENEM 2023 PPL

O esquema representa a etapa fotoquímica da fotossíntese. As moléculas de clorofila e os pigmentos acessórios que compõem os fotossistemas I e II são excitados pela radiação luminosa. A energia dessa excitação retira elétrons das moléculas de clorofila a P₆₈₀, no Fotossistema II, e de clorofila a P₇₀₀, no Fotossistema I. Esses elétrons são responsáveis pelo mecanismo de fosforilação do ADP formando ATP e pela redução do NADP⁺ em NADPH.

Disponível em: http://cienciahoje.uol.com.br. Acesso em: 25 jun. 2015 (adaptado).

O agente redutor primário responsável pela reposição dos elétrons perdidos no Fotossistema II é o(a)

A) complexo Fotossistema I.

B) complexo de citocromo.

C) molécula de água.

D) molécula de ADP.

E) radiação solar.

Resolução Em Texto

Matérias Necessárias para a Solução da Questão

Bioenergética: Mecanismos de transdução de energia luminosa em energia química.
Bioquímica Estrutural: Complexos proteicos da membrana tilacoide (Fotossistemas e Cadeia de Transporte).
Físico-Química: Potencial de redução, reações redox e fotólise.

Tema/Objetivo Geral:
Analisar o diagrama do “Esquema Z” da fotossíntese para identificar a fonte material de elétrons que sustenta o fluxo energético acíclico, distinguindo entre agentes doadores de massa (matéria) e agentes fornecedores de energia (fótons).

Nível da Questão: Difícil.

A questão exige a leitura técnica de um diagrama metabólico complexo (“Esquema Z”) e o domínio de conceitos de oxirredução aplicados à biologia. O aluno precisa identificar não apenas o fluxo, mas a função química (“agente redutor”) de cada componente.

Gabarito: Alternativa C.

A molécula de água sofre fotólise no complexo produtor de oxigênio associado ao Fotossistema II. Essa quebra libera elétrons que neutralizam a clorofila P680 oxidada, permitindo que o processo continue.

PASSO 1 – O QUE A QUESTÃO QUER? (O MAPA DA MINA)

Decodificação do Objetivo:
O enunciado apresenta o esquema técnico da etapa fotoquímica da fotossíntese e solicita a identificação do “agente redutor primário” do Fotossistema II.
Em termos diretos, a questão pergunta: Quando a luz arranca um elétron da clorofila P680, deixando um “buraco eletrônico” na molécula, qual substância química doa seus próprios elétrons para preencher esse vazio e permitir que o sistema dispare novamente?

Simplificação Radical (A Analogia Central):
Visualize o Fotossistema II como um canhão antigo.

A Pólvora (Luz/Energia): A explosão empurra a bala para fora.
A Bala (Elétron): É o projétil que sai voando para atingir o alvo (fazer açúcar no final).
O Problema: Depois do tiro, o canhão está vazio. Você não pode atirar de novo usando apenas pólvora (luz); você precisa carregar uma nova bala.
O Estoque de Munição (Agente Redutor): Você precisa de uma caixa de onde você tira as balas novas.

A questão quer saber: Quem é a caixa de munição que fornece as balas (elétrons) para o canhão (Fotossistema II)?

Nosso Plano de Ataque:

Definição de Papéis: Diferenciar rigorosamente quem fornece energia (luz) de quem fornece matéria (agente redutor).
Rastreamento Reverso: Seguir as setas do diagrama no sentido contrário ao do disparo, partindo do Fotossistema II para baixo, até encontrar a fonte original.
Análise Química: Examinar a reação de quebra (lise) que ocorre na base do diagrama.

PASSO 2 – DESVENDANDO AS FERRAMENTAS (A CAIXA DE FERRAMENTAS)

Para resolver uma questão deste nível, não basta saber o básico. Precisamos realizar uma Dissecação Anatômica do Esquema Z. Vamos aprofundar nos conceitos físico-químicos por trás do desenho.

I. O Conceito de Fotoexcitação e a “Crise” do P680
No centro do Fotossistema II existe um par de moléculas de clorofila a chamado P680.
Quando um fóton (partícula de luz) atinge este complexo, ocorre um fenômeno quântico: um elétron da camada de valência da clorofila ganha energia cinética suficiente para “saltar” para fora da molécula.

O Resultado: A clorofila se torna um cátion radical extremamente instável, representado como P680+.
A “Fome” de Elétrons: O P680+ é, biologicamente falando, o agente oxidante mais forte da natureza. Ele tem uma “fome” desesperada por elétrons para voltar ao seu estado neutro. Ele precisa roubar um elétron de alguém imediatamente, ou a estrutura da proteína colapsa.

II. O Agente Redutor (O Doador)
Na química, as definições são rígidas:

Oxidação: Perder elétrons. (O P680 oxidou ao perder o elétron para a cadeia).
Redução: Ganhar elétrons. (Para o P680 voltar ao normal, ele precisa ser reduzido).
Agente Redutor: É a substância que doa o elétron para reduzir o outro.

III. A Engenharia da Quebra da Água (Fotólise)
Como a planta resolve a “fome” do P680+? Ela usa uma enzima específica acoplada ao Fotossistema II, chamada Complexo de Evolução de Oxigênio.
Esta enzima realiza a seguinte reação “brutal”: rasgar a molécula de água.

Reação de Fotólise (Texto Puro):
2 H2O -> 4 H+ + 4 e- + O2

Vamos analisar o destino de cada pedaço dessa “carcaça” da água:

O2 (Oxigênio): É o lixo metabólico. A planta não quer isso agora, então ela o joga fora (e nós respiramos).
H+ (Prótons): Ficam acumulados dentro do tilacoide para criar pressão e girar a turbina de ATP (ATP-sintase).
e- (Elétrons): Estes são o ouro! Estes elétrons são entregues, um a um, para o P680+. Eles neutralizam a clorofila, “recarregando o canhão” para o próximo raio de luz.

Conclusão Técnica: Sem a água para atuar como o doador de elétrons (agente redutor), o Fotossistema II dispararia uma única vez e ficaria permanentemente inutilizado. A água é o combustível material do processo.

PASSO 3 – INTERPRETAÇÃO GUIADA (MÃO NA MASSA)

Vamos aplicar essa teoria complexa diretamente na leitura do gráfico fornecido pela questão. Acompanhe a lógica visual e química.

Análise Sequencial do Diagrama:

Localize o Ponto de Partida (O Disparo):
Olhe para o círculo marcado como “Fotossistema II (P680)”.
A seta vertical que aponta para cima mostra o elétron “subindo” no gráfico de energia. Isso representa o momento exato em que a clorofila perde o elétron.
- Estado Atual: O P680 agora está com carga positiva (oxidado). Ele é um “vampiro” químico procurando sangue (elétrons).
Rastreie a Fonte de “Cura”:
Olhe para a base da seta vertical do Fotossistema II. Existe uma caixa abaixo dele chamada “Complexo produtor de oxigênio”.
Observe atentamente as setas dentro e ao redor dessa caixa.
- Há uma seta curva entrando: H2O (Água).
- Há setas saindo para fora do ciclo: O2 e H+.
- Há uma seta saindo da caixa e indo diretamente para o P680.
O Veredito do Detetive:
Se a água entra, é destruída, libera oxigênio para fora, e uma seta sobe para o Fotossistema, essa seta ascendente representa os elétrons que foram extraídos da água.
A água está agindo como a bateria de sacrifício. Ela se autodestrói para manter o sistema vivo.

Análise Comparativa (Por que os outros falham?):

Olhe para o Fotossistema I (P700): Ele recebe elétrons que vieram do Fotossistema II (via cadeia de transporte). Ele é um receptor secundário, não a fonte primária.
Olhe para a Luz (hv): A luz é representada pela seta ondulada. Ela atinge o sistema, transfere energia, mas não é consumida como matéria. Você não pode construir açúcar feito de luz; você precisa de átomos e elétrons. A luz é o martelo; a água é o prego.

🚨 ARMADILHA CLÁSSICA! 🚨
Muitos estudantes pensam: “A luz dá energia, então ela repõe tudo”.
Erro Fatal. Energia e Matéria não são intercambiáveis nesse contexto biológico.
Pense em um carro. A gasolina (matéria/elétrons) queima para mover o pistão. A faísca da vela (luz/energia) inicia a explosão.
Se a gasolina acabar, a faísca pode brilhar o quanto quiser, o carro não anda.
Na fotossíntese:

A vela de ignição = Luz Solar.
A gasolina = Água.
A questão pergunta quem repõe os elétrons (gasolina), não quem dá a partida (faísca).

A Bússola (Síntese do Raciocínio):
Estamos buscando o doador químico de elétrons. O diagrama mostra inequivocamente que os elétrons fluem da água para o Fotossistema II. Portanto, a água é o agente redutor.

PASSO 4 – ALTERNATIVAS COMENTADAS (A AUTÓPSIA)

Análise Individual:

(A) complexo Fotossistema I.
Diagnóstico do Erro: Inversão Cronológica e Funcional.
No esquema Z, o fluxo de elétrons é unidirecional: Água -> PSII -> Cadeia -> PSI -> NADP+. O Fotossistema I está localizado “a jusante” (depois) do PSII. Ele depende dos elétrons que vêm do PSII; ele não tem como enviar elétrons “para trás” para o PSII.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

(B) complexo de citocromo.
Diagnóstico do Erro: Confusão de Papel (Ponte vs. Fonte).
O complexo de citocromo funciona como uma estação de bombeamento intermediária. Ele recebe o elétron do PSII e o repassa adiante, aproveitando a energia para bombear prótons. Ele não gera elétrons; se o fluxo da água parar, o citocromo fica “seco”. Ele é o cano, não a caixa d’água.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

(C) molécula de água.
Análise de Correspondência: Precisão Bioquímica Absoluta.
A equação da fotólise (2 H2O -> 4 H+ + 4 e- + O2) é a única fonte de elétrons novos no sistema. A função biológica da água na fotossíntese é exatamente essa: servir como doadora de elétrons para reduzir o centro de reação P680 oxidado. Sem água, o P680 não se regenera e a fotossíntese para.
Conclusão: ✔️ Alternativa correta.

(D) molécula de ADP.
Diagnóstico do Erro: Confusão de Sistemas Metabólicos.
O ADP (Adenosina Difosfato) participa do ciclo de fosforilação para formar ATP. Ele recebe um grupo fosfato (Pi). O ADP não participa das reações de oxirredução (troca de elétrons) da cadeia transportadora. Ele é parte da “maquinaria de energia”, não da “maquinaria de elétrons”.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

(E) radiação solar.
Diagnóstico do Erro: Confusão Física (Onda vs. Partícula com Massa).
A radiação solar fornece energia eletromagnética (fótons). Fótons não têm carga elétrica nem massa de repouso; logo, não podem atuar como elétrons para preencher a valência de um átomo. A luz causa a perda do elétron, ela é o gatilho, mas não pode ser o substituto material.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

PASSO 5 – O GRAND FINALE (APRENDIZAGEM EXPANDIDA)

Frase de Fechamento:
Na fotossíntese oxigênica, a molécula de água atua como o agente redutor final, sacrificando sua estrutura através da fotólise para fornecer os elétrons que fluirão pela membrana tilacoide, gerando energia química e liberando oxigênio como subproduto.

Resumo-flash:
“O Sol aperta o gatilho, mas é a Água que fornece a munição (elétrons).”

Para ir Além (Ponte Interdisciplinar):
Conexão com História Evolutiva e Geologia:
Há 2,5 bilhões de anos, as cianobactérias “descobriram” como usar a água (que existe em abundância) em vez do sulfeto de hidrogênio (H2S, que é raro) como doador de elétrons.

Consequência: Em vez de liberarem Enxofre (sólido), começaram a liberar Oxigênio (gás).
Impacto: Isso causou o Grande Evento de Oxidação, matando 90% da vida anaeróbia da Terra e permitindo o surgimento da respiração aeróbia e, eventualmente, de nós, humanos. Tudo porque a “caixa de munição” mudou para a água.