Metabolismo vegetal TEMA 7.- CAPTACION DE LA ENERGIA

Metabolismo vegetal
TEMA
7.CAPTACION
DE
LA
ENERGIA
LUMINOSA. Introducción. Absorción de la energía
luminosa:
espectro
de
acción.
Rendimiento
energético.
Transferencia
de
energía
entre
pigmentos. Efecto Emerson. Estructura de los dos
fotosistemas: centros de reacción y complejos LHC.
CONTENIDOS:
Fotosíntesis como proceso biológico de oxido-reducción. Coordinación de la fase luminosa y
fijación de carbono. Propiedades de la luz: onda, partícula. Absorción de la luz por los
pigmentos: paso de fotones a excitones. Generación de ATP y poder reductor.
OBSERVACIONES: No es un tema totalmente nuevo, se
ha visto en parte en Bioquímica.
CONTENIDOS
Introducción. Absorción de la energía luminosa,
espectro de acción. Rendimiento energético y
transmisión de energía entre pigmentos. Efecto
Emerson.
INTRODUCCIÓN
La fotosíntesis va a ser el proceso Redox en el que se
obtiene materia orgánica gracias a la existencia de
moléculas susceptibles de transformar excitones en
energía química; se trata de los pigmentos.
El Sol es un sistema termodinámicamente cerrado que
emite radiaciones gamma, UV, luz y calor. Solo un
pequeño porcentaje e captado por los pigmentos. Esta
captación depende del ecosistema donde esté situado
ese organismo y también de la estructura del mesófilo
foliar.
ABSORCIÓN DE LA
ESPECTRO DE ACCIÓN
ENERGÍA
LUMINOSA:
La luz es una onda electromagnética que se forma por
las altas temperaturas existentes en el Sol que facilitan
la fusión de átomos de Hidrógeno(H) originando
Helio(He). Se forma un dipolo que genera una onda
electromagnética que va a ir disminuyendo en magnitud
según se aleja de la fuente. Newton y Planck dedujeron
que la luz solar se transmite como una onda y que actúa
sobre la materia como corpúsculos(fotones).
La energía luminosa(fotones) será absorbida por los
pigmentos. Esta energía es igual a:
Ε=h.v
[h = constante de Planck]
[v = frecuencia]
v=c/λ
[c = velocidad de la onda Electromag.]
[λ = longitud de onda]
Cualquiera de éstas moléculas será susceptible de
liberar un electrón(e-) transmitiendo energía de
excitación y desencadenando dos tipos de procesos:
 Reacciones fotoquímicas (Fotosíntesis).
 Utilización de ésta por los fitocromos, que permiten
la orientación temporal de la planta.
La absorbancia de un cuanto de luz es un hecho
selectivo; porque cualquier pigmento sólo va a captar
aquel fotón cuya energía sea igual o superior a la
diferencia que existe entre el estado base o no excitado
y el estado excitado. Esta propiedad selectiva es la
llave de todos los procesos fotoquímicos.
La eficacia relativa de las radiaciones de distintas
longitudes de onda para producir fotosíntesis, lo que se
llama espectro de acción de la fotosíntesis, debe
guardar un estrecho paralelismo con la absorción
relativa de la luz de distintas longitudes de onda por las
estructuras fotosintéticas, que es lo que se conoce
como espectro de absorción (Fig. 7.1)
Los espectros de acción se refiere a la proporción de
cuantos de luz de cada longitud de onda indicada que
son utilizados en fotosíntesis, no a la energía incidente
aprovechada.
La asociación de proteínas con los pigmentos hace que
las moléculas proteicas desvíen
los máximos
absorbiendo a diferentes longitudes de onda. Los
fotones son captados por pigmentos antena. Éstos
están configurados por sucesión de las moléculas de
clorofila que hacen que la longitud de onda sea
sucesivamente mayor, es decir, que disminuye la
cantidad de energía necesaria para excitarse. Así al ser
menor la energía necesaria para excitar un e- es
aprovechada por el siguiente pigmento.
(Fig. 1: Comparación del espectro de absorción ( ------- ) con el
espectro de acción de su actividad fotosintética ( - - - - ))
RENDIMIENTO ENERGÉTICO Y TRANSFERENCIA
DE ENERGÍA ENTRE PIGMENTOS
En los pigmentos antena los fotones captados se
convierten en excitones para excitar el centro de
reacción. Una vez excitado se produce una separación
de cargas liberándose un e- y transfiriendo una energía
de excitación. Esta energía se transmite sin perder
carga, ya que el agua sufre fotólisis y se disocia
originando protones y electrones; estos últimos llenan
el hueco del e- que había sido desplazado en la clorofila.
Una vez que se entra en ese ciclo la energía solar se
transforma en energía química.
Este funcionamiento es exclusivo de las agrupadas en
centros de reacción; ya que las que no están integradas
no transfieren energía sino que la energía se emite
como fosforescencia o fluorescencia. Esta emisión no
tiene efecto fisiológico sobre la fotosíntesis pero se
puede utilizar para saber la ineficacia del proceso
estudiado, ya que cuanto mayor sea la fluorescencia
menos será la transferencia de energía que se ha
transferido a otras moléculas.
Si no hubiese una clorofila próxima para transferir la
energía, ésta se perdería en forma de calor.
EFECTO EMERSON
Emerson aisló cloroplastos de Chlorella en una
disolución permitiéndoles funcionar normalmente e hizo
incidir la luz sobre ellos. Aplicó luz de dos formas
diferentes
e
hizo
la
gráfica
correspondiente
relacionando
la
cantidad
de
fotosíntesis
realizada(ordenadas) frente a la longitud de onda
(abscisas):


En primer lugar hizo incidir luz monocromática de
λ>680 nm. Observó que la cantidad de fotosíntesis
realizada descendía bruscamente. A este efecto se le
denomino Efecto Emerson o “caída en rojo”.
Posteriormente cogió otra disolución de cloroplastos
e hizo incidir en primer lugar luz monocromática
λ>700 nm y después luz de λ= 680 nm. En este caso
observó que había un aumento en el nivel de
fotosíntesis.
Con este experimento llego a las siguientes
conclusiones:
- Existen al menos dos elementos que absorben y
utilizan la luz. Se denominaron fotosistemas.
- Estos elementos han de actuar conjuntamente.
- En primer lugar está el Fotosistema II (P680) y
después el Fotosistema I (P700).
- Los fotosistemas han de estar asociados.
- La transferencia de luz se hará entre el FII y el FI.
Sergio Vallina