Trabajo De Química

Resumen

La presente investigación tiene por objetivo estudiar dos pigmentos vegetales: la clorofila y las antocianinas. Ambos pigmentos son responsables de dar tonalidad a las hojas de las plantas y participan en procesos biológicos de suma importancia. Mientras la clorofila es vital para el proceso de fotosíntesis, mediante el cual las plantas transforman la energía luminosa proveniente del sol en energía química, las antocianinas protegen a la planta de la radiación ultravioleta y están relacionadas con la polinización, atrayendo insectos.

Corresponde al área de estudio de la química orgánica elucidar la estructura molecular y la síntesis de las moléculas en laboratorio. A la biología, el papel que juegan estos pigmentos dentro de las plantas como seres vivos. A ambas, establecer ecuaciones químicas capaces de reflejar los procesos biológicos y la física hace su aporte explicando los fenómenos de absorción de las longitudes de onda de los diferentes pigmentos. Como puede verse, es un esfuerzo combinado de varias disciplinas científicas.

Recientemente se ha descubierto los beneficios que producen estos pigmentos a la salud humana y las investigaciones continúan en el campo de la farmacia y la industria alimenticia.

La Clorofila

La clorofila es el pigmento verde de las plantas y desempeña un papel esencial en el proceso de la fotosíntesis.

En realidad, la clorofila es una mezcla de compuestos muy relacionados entre sí. El pigmento mas abundante se conoce como clorofila a. Su estructura molecular es como se indica en la figura 1.

Figura 1 estructura molecular de la clorofila

Dentro de las características de esta estructura tenemos:

• Se trata de un complejo de magnesio de una dihidroporfirina.

• Contiene una cadena de ácido propiónico modificada en forma de β-cetoéster cíclico.

• Contiene una cadena de ácido propiónico esterificada con un alcohol diterpénico llamado fitol. Esto confiere a la molécula la propiedad de liposolubilidad.

Un grupo de enzimas que contienen porfirinas, llamadas citocromos, participan del transporte electrónico o cadena respiratoria en todas las células capaces de metabolismo aerobio. Están incluidas las bacterias, que probablemente sean los organismos vivos más antiguos conocidos.

Síntesis de la clorofila

La síntesis total de la clorofila a fue llevada a cabo por R. B. Woodward en 1960, con ayuda de sus colaboradores en Hardware.

Relación de la clorofila con la fotosíntesis

Para que los organismos vivos puedan emplear la energía luminosa, deben ser capaces de absorberla. Para ello, se emplean los pigmentos donde definimos pigmento como cualquier sustancia capaz de absorber luz.

Algunos pigmentos absorben todas las longitudes de onda del espectro electromagnético de la luz, y por tanto nos parecen negros. Otros absorben solamente ciertas longitudes de onda y reflejan las longitudes que no absorben. Gracias a la clorofila es que las hojas de las plantas lucen verdes, esta absorbe luz en las longitudes de onda violeta, azul y rojo. La figura 2 nos muestra la porción del espectro electromagnético que conocemos como luz visible, cuyo rango de longitudes de onda va desde 400 nm hasta 700 nm.

Figura 2 luz visible dentro del espectro electromagnético

Diferentes pigmentos absorben energía luminosa a diferentes longitudes de onda. Llamamos espectro de absorción al patrón de absorción de un pigmento particular. Ver figura 3.

Dentro del reino vegetal encontramos diversas plantas y algas, con múltiples pigmentos involucrados en el proceso de fotosíntesis. La clorofila a que vimos anteriormente es la que está directamente involucrada con la transformación de energía lumínica en química.

Existen también, dentro de la mayoría de células fotosintéticas, un segundo tipo de clorofila llamado clorofila b y otro grupo de pigmentos conocidos como carotenoides.

Los carotenoides son pigmentos rojos, anaranjados o amarillos. En las hojas verdes su presencia no se manifiesta visiblemente debido a que las clorofilas son más abundantes y predomina su tonalidad verde.

Los carotenoides y las otras clorofilas absorben luz de longitudes de onda diferentes de las que absorbe la clorofila a. Dichos pigmentos participan del proceso actuando como pantallas, al transferir la energía de la clorofila a y así extienden la gama de luz disponible para la fotosíntesis.

Cuando un pigmento absorbe un fotón (o cuanto de luz) un electrón de la molécula del pigmento es lanzado a un nivel energético más alto y alcanza un estado de excitación, el cual se mantiene por periodos muy cortos, de 1x10-6 s (un microsegundo) o menos. La energía de excitación puede:

• Disiparse como calor.

• Re-emitirse de inmediato en forma de energía luminosa a una mayor longitud de onda. A este fenómeno se le llama fluorescencia.

• Provocar una reacción química, como sucede con la fotosíntesis.

Figura 3 Grafica de porcentaje de absorción contra longitud de onda en nanómetros para tres tipos de pigmentos: clorofila a (línea roja), clorofila b (línea negra) y carotenoides (línea blanca)

Localización de la clorofila en células

La fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos, en un sistema interno de sacos interconectados llamados tilacoides. Los tilacoides están limitados por una membrana que contiene los pigmentos fotosintéticos que capturan la luz.

La figura 4 muestra de forma muy general la célula vegetal y los cloroplastos dentro de ella. La figura 5 detalla al cloroplasto y los tilacoides en su interior.

Figura 4 Vista de una célula vegetal

Figura 5 Detalle de un cloroplasto, mostrando los tilacoides

El número de cloroplastos por célula es variable. En promedio, hay alrededor de 500.000 cloroplastos por milímetro cuadrado de superficie de hoja.

Estructura del cloroplasto

Los cloroplastos están rodeados por dos membranas separadas por un espacio. La membrana interna es lisa. La membrana externa es permeable a pequeñas moléculas, mientras que la interna forma una barrera de permeabilidad, ya que tiene proteínas transportadoras que regulan la entrada y salida de sustancias. Los tilacoides que residen en el interior del cloroplasto forman un tercer sistema de membranas

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