Revista Fotosintesis

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La luz visible representa una pequeña parte del amplio rango de radiación continua llamado espectro electromagnético. En este espectro toda la radiación viaja como ondas. La longitud de onda es la distancia entre el pico de una onda y el de la próxima. En un extremo del espectro electromagnético están los rayos gamma, con longitudes de onda muy cortas, que se miden en fracciones de nanómetros. El espectro visible incluye todos los colores del iris el violeta tiene la longitud de onda más corta, y el rojo la más larga.

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Animada El espectro electromagnético. Todas las ondas del espectro electromagnético tienen propiedades similares pero difieren en sus longitudes de onda. Las ondas de radio son las de mayor longitud de onda (y las menos energéticas), con valores cercanos a los 20 km. Las ondas de los rayos gamma son las de menor longitud de onda (y las más energéticas). La luz visible representa una  pequeña fracción del espectro electromagnético y consiste en una mezcla de ondas cuya longitud de onda está en el rango entre 380 y 760 nm. La fotosíntesis utiliza energía de las ondas de la luz visible.

La luz está compuesta de pequeñas partículas, o paquetes de energía, llamados fotones. La energía de un fotón es inversamente proporcional a su longitud de onda. Cuando una molécula absorbe un fotón de energía luminosa, uno de sus electrones queda energizado, lo que significa que el electrón se transfiere de un orbital atómico de baja energía a otro orbital de alta energía más alejado del núcleo atómico. Entonces pueden presentarse dos situaciones para este electrón, dependiendo del átomo y sus alrededores.  El átomo puede retornar a su estado fundamental, condición en la que todos sus electrones se encuentran en sus niveles normales de más baja energía. Cuando un electrón regresa a su estado fundamental, su energía se disipa como calor o como emisión de luz con longitud de onda más grande que en la luz absorbida; esta emisión de luz se llama fluorescencia. Alternativamente, el electrón energizado puede abandonar el núcleo y ser capturado por una molécula aceptora de electrones, la cual queda reducida en el proceso; esto es lo que sucede en la fotosíntesis. Ahora que ya se entienden algunas de las propiedades de la luz, se considerarán los orgánulos que utilizan luz para realizar la fotosíntesis.

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Si se examina una sección del tejido de una hoja al microscopio, puede verse que el pigmento verde, la clorofila, no está uniformemente distribuida en la célula sino que está confinado a orgánulos llamados cloroplastos.

En las plantas, los cloroplastos están principalmente dentro de la hoja en las células del mesófilo, una capa con múltiples espacios de aire y una muy alta concentración de vapor de agua. El interior de la hoja intercambia gases con el exterior mediante poros microscópicos, llamados estomas. Cada célula mesófila tiene de 20 a 100 cloroplastos. El cloroplasto, como la mitocondria, está rodeado por las membranas externa e interna. La membrana interna encierra una región llena de fluido llamada estroma, que contiene la mayor parte de las enzimas requeridas para producir moléculas de carbohidrato. En el estroma está suspendido un tercer sistema de membranas que forma un conjunto interconectado de sacos planos discoidales llamados tilacoides.

La membrana del tilacoide forma un espacio interior lleno de fluido, la luz del tilacoide. En algunas regiones del cloroplasto, los sacos tilacoides están acomodados en pilas o montones de nombre grana o granos. Cada grana se parece a una pila de monedas y cada “moneda” es un tilacoide. Algunas membranas tilacoides se extienden de una grana a otra. Las membranas tilacoides, como las membranas mitocondriales internas (vea el capítulo 8), están implicadas en la síntesis de ATP. (Las procariotas fotosintéticas no tienen cloroplastos, pero con frecuencia las membranas tilacoides se acomodan alrededor de la periferia celular como repliegues de la membrana plasmática).

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Estructura de un cloroplasto. En el cloroplasto, los pigmentos necesarios para las reacciones de captura de luz forman parte de las membranas tilacoides, mientras que las enzimas para la síntesis de moléculas de carbohidrato están en el estroma.

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Las membranas tilacoides contienen varios tipos de pigmentos, que son sustancias que absorben luz visible. Distintos pigmentos absorben luz de diferentes longitudes de onda. La clorofila, el pigmento fundamental de la fotosíntesis, absorbe luz sobre todo en las regiones azul y rojo del espectro visible. La luz verde no es apreciablemente absorbida por la clorofila. Las plantas por lo común son verdes porque parte de la luz verde les incide, se dispersa o se refleja. Una molécula de clorofila tiene dos partes importantes, una estructura de anillo y una larga cadena lateral La estructura anular, llamada anillo de porfirina, se compone de pequeños anillos de átomos de carbono y nitrógeno; el anillo de porfirina absorbe energía luminosa. El anillo de porfirina de clorofila es muy similar a la parte o grupo hemo del pigmento rojo de hemoglobina en los glóbulos rojos de la sangre. Sin embargo, a diferencia del grupo hemo, que contiene un átomo de hierro en el centro del anillo, la clorofila tiene un átomo de magnesio en esa posición. La molécula de clorofila también contiene una larga cadena lateral hidrocarbonada que hace a la molécula extremadamente no polar que la fija a la membrana. Todas las moléculas de clorofila que se encuentran en la membrana del tilacoide están asociadas a ella, mediante proteínas de unión clorofila; los biólogos han identificado alrededor de 15 diferentes tipos.

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