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Energía luminosa y pigmentos * # - Biología

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El sol emite una enorme cantidad de radiación electromagnética (energía solar) que se extiende por una amplia franja del espectro electromagnético, el rango de todas las posibles frecuencias de radiación. En Bis2a nos ocupamos en gran medida de este último y discutimos algunos conceptos muy básicos relacionados con la luz y su interacción con la biología a continuación.

Energia luminosa

Primero, sin embargo, necesitamos actualizar un par de propiedades clave de la luz.

  1. La luz en el vacío viaja a una velocidad constante de 299,792,458 m / s. A menudo abreviamos la velocidad de la luz con la variable "c".
  2. La luz tiene propiedades de ondas. Un "color" de luz específico tiene una longitud de onda característica.

Figura 1: La distancia entre los picos de una onda se denomina longitud de onda y se abrevia con la letra griega lambda (Ⲗ).
Atribución: Marc T. Facciotti (obra original)

Figura 2: La proporcionalidad inversa de frecuencia y longitud de onda. La onda 1 tiene una longitud de onda que es 2X la de la onda 2 (Ⲗ1> Ⲗ2). Si las dos ondas viajan a la misma velocidad (c), imagina que ambas líneas completas que se dibujan se arrastran más allá de la línea vertical fija a la misma velocidad, entonces el número de veces que un pico de onda pasa por un punto fijo es mayor para la onda 2 que la onda 1 (f2> f1).
Atribución: Marc T. Facciotti (obra original)

4. Finalmente, cada frecuencia (o longitud de onda) de la luz está asociada con una energía específica. Llamaremos energía "E". La relación entre frecuencia y energía es:

[E = h , f ]

donde (h ) es una constante llamada constante de Planck (~ 6.626x10-34 Joule • segundo cuando la frecuencia se expresa en ciclos por segundo). Dada la relación entre la frecuencia y la longitud de onda, también puede escribir E = h * c / Ⲗ. Por lo tanto, cuanto mayor es la frecuencia (o más corta la longitud de onda), más energía se asocia con un "color" específico. La onda 2 en la figura anterior tiene más energía que la onda 1.

Figura 3: El sol emite energía en forma de radiación electromagnética. Toda la radiación electromagnética, incluida la luz visible, se caracteriza por su longitud de onda. Cuanto más larga es la longitud de onda, menos energía transporta. Cuanto más corta es la longitud de onda, más energía se asocia con esa banda del espectro electromagnético.

La luz que vemos

La luz visible vista por los humanos como luz blanca está compuesta por un arco iris de colores, cada uno con una longitud de onda característica. Ciertos objetos, como un prisma o una gota de agua, dispersan la luz blanca para revelar los colores al ojo humano. En el espectro visible, la luz violeta y azul tienen longitudes de onda más cortas (de mayor energía) mientras que la luz naranja y roja tienen longitudes de onda más largas (de menor energía).

Figura 4: Los colores de la luz visible no tienen la misma cantidad de energía. El violeta tiene la longitud de onda más corta y, por lo tanto, transporta la mayor cantidad de energía, mientras que el rojo tiene la longitud de onda más larga y transporta la menor cantidad de energía. (crédito: modificación del trabajo de la NASA)

Absorción por pigmentos

La interacción entre la luz y los sistemas biológicos se produce mediante varios mecanismos diferentes, algunos de los cuales puede conocer en los cursos superiores de fisiología celular o química biofísica. En Bis2a lo que más nos preocupa es la interacción de la luz y los pigmentos biológicos. Estas interacciones pueden iniciar una variedad de procesos biológicos dependientes de la luz que pueden agruparse en dos categorías funcionales: señalización celular y recolección de energía. Las interacciones de señalización son en gran parte responsables de percibir cambios en el entorno (en este caso, cambios de luz). Un ejemplo de interacción de señalización podría ser la interacción entre la luz y los pigmentos expresados ​​en un ojo. Por el contrario, las interacciones luz / pigmento que están involucradas en la recolección de energía se utilizan, como era de esperar, para capturar la energía en la luz y transferirla a la celda para alimentar procesos biológicos. La fotosíntesis, de la que aprenderemos más pronto, es un ejemplo de una interacción de recolección de energía.

En el centro de las interacciones biológicas con la luz hay grupos de moléculas que llamamos pigmentos orgánicos. Ya sea en la retina humana, el tilacoide del cloroplasto o la membrana microbiana, los pigmentos orgánicos a menudo tienen rangos específicos de energía o longitudes de onda que pueden absorber. La sensibilidad de estas moléculas para diferentes longitudes de onda de luz se debe a su composición y estructura químicas únicas. Un rango del espectro electromagnético recibe un par de nombres especiales debido a la sensibilidad de algunos pigmentos biológicos clave: El pigmento de la retina en nuestros ojos, cuando se combina con una proteína sensor de opsina, "ve" (absorbe) la luz predominantemente entre las longitudes de onda entre de 700 nm y 400 nm. Debido a que este rango define los límites físicos del espectro electromagnético que realmente podemos ver con nuestros ojos, nos referimos a este rango de longitud de onda como el "rango visible". Por razones similares - las moléculas de pigmento de las plantas tienden a absorber longitudes de onda de luz principalmente entre 700 nm y 400 nm - los fisiólogos de plantas se refieren a este rango de longitudes de onda como "radiación fotosintéticamente activa".

Dos tipos clave de pigmentos que discutimos en Bis2a

Clorofilas (incluidas las bacterioclorofilas) forman parte de una gran familia de moléculas de pigmento. Hay cinco pigmentos de clorofila principales llamados: a, B, C, D, y F. Clorofila a está relacionado con una clase de moléculas más antiguas que se encuentran en las bacterias llamadas bacterioclorofilas. Las clorofilas se caracterizan estructuralmente por un grupo de porfirina en forma de anillo que coordina un ión metálico. Esta estructura de anillo está relacionada químicamente con la estructura de los compuestos de hemo que también coordinan un metal y están involucrados en la unión y / o transporte de oxígeno en muchos organismos. Las diferentes clorofilas se distinguen entre sí por diferentes "decoraciones" / grupos químicos en el anillo de porfirina.

Figura 5: La estructura de las moléculas de hemo y clorofila a. El anillo de porfirina común está coloreado en rojo. Atribución: Marc T. Facciotti (obra original)

Carotenoides son los pigmentos rojo / naranja / amarillo que se encuentran en la naturaleza. Se encuentran en frutas, como el rojo del tomate (licopeno), el amarillo de las semillas de maíz (zeaxantina) o la naranja de una cáscara de naranja (β-caroteno), que se utilizan como "anuncios" biológicos para atraer a los dispersores de semillas. (animales o insectos que pueden llevar semillas a otros lugares). En la fotosíntesis, los carotenoides funcionan como pigmentos fotosintéticos. Además, cuando una hoja se expone a pleno sol, esa superficie es necesaria para procesar una enorme cantidad de energía; si esa energía no se maneja adecuadamente, puede causar un daño significativo. Por lo tanto, muchos carotenoides ayudan a absorber el exceso de energía en la luz y disipan de manera segura esa energía en forma de calor.

Flavonoides INTRODUZCA LA DESCRIPCIÓN AQUÍ

Cada tipo de pigmento puede identificarse por el patrón específico de longitudes de onda que absorbe de la luz visible. Esta característica se conoce como pigmento espectro de absorción. El gráfico de la figura siguiente muestra los espectros de absorción de la clorofila. a, clorofila By un tipo de pigmento carotenoide llamado β-caroteno (que absorbe la luz azul y verde). Observe cómo cada pigmento tiene un conjunto distinto de picos y valles, lo que revela un patrón de absorción muy específico. Estas diferencias en absorbancia se deben a diferencias en la estructura química (algunas se destacan en la figura). Clorofila a absorbe longitudes de onda de cualquier extremo del espectro visible (azul y rojo), pero no verde. Debido a que el verde se refleja o se transmite, la clorofila aparece verde. Los carotenoides se absorben en la región azul de longitud de onda corta y reflejan las longitudes de onda más largas de color amarillo, rojo y naranja.

Figura 6: (a) La clorofila a, (b) la clorofila by (c) el β-caroteno son pigmentos orgánicos hidrófobos que se encuentran en la membrana tilacoide. La clorofila ayb, que son idénticas salvo la parte indicada en el recuadro rojo, son las responsables del color verde de las hojas. Observe cómo la pequeña diferencia en la composición química entre diferentes clorofilas conduce a diferentes espectros de absorción. El β-caroteno es responsable del color naranja de las zanahorias. Cada pigmento tiene (d) un espectro de absorbancia único.

Importancia de tener múltiples pigmentos diferentes

No todos los organismos fotosintéticos tienen acceso total a la luz solar. Algunos organismos crecen bajo el agua donde la intensidad de la luz y las longitudes de onda disponibles disminuyen y cambian, respectivamente, con la profundidad. Otros organismos crecen compitiendo por la luz. Las plantas en el suelo de la selva tropical, por ejemplo, deben poder absorber cualquier parte de la luz que entra, porque los árboles más altos absorben la mayor parte de la luz solar y dispersan la radiación solar restante. Para tener en cuenta estas condiciones de luz variables, muchos organismos fotosintéticos tienen una mezcla de pigmentos cuya expresión se puede ajustar para mejorar la capacidad del organismo para absorber energía de un rango más amplio de longitudes de onda de lo que sería posible con un solo pigmento.


¿Qué es la energía luminosa?

El sol emite una enorme cantidad de radiación electromagnética (energía solar). Los seres humanos pueden ver solo una fracción de esta energía, por lo que se hace referencia a esta parte como "luz visible". La forma en que viaja la energía solar se describe como ondas. Los científicos pueden determinar la cantidad de energía de una onda midiendo su longitud de onda, la distancia entre puntos consecutivos de una onda. Una sola ola se mide desde dos puntos consecutivos, como de cresta a cresta o de vaguada a vaguada (Figura).

La longitud de onda de una sola onda es la distancia entre dos puntos consecutivos de posición similar (dos crestas o dos valles) a lo largo de la onda.

La luz visible constituye solo uno de los muchos tipos de radiación electromagnética emitida por el sol y otras estrellas. Los científicos diferencian los diversos tipos de energía radiante del sol dentro del espectro electromagnético. El espectro electromagnético es el rango de todas las posibles frecuencias de radiación (Figura). La diferencia entre las longitudes de onda se relaciona con la cantidad de energía que transportan.

El sol emite energía en forma de radiación electromagnética. Esta radiación existe en diferentes longitudes de onda, cada una de las cuales tiene su propia energía característica. Toda la radiación electromagnética, incluida la luz visible, se caracteriza por su longitud de onda.

Cada tipo de radiación electromagnética viaja en una longitud de onda particular. Cuanto más larga sea la longitud de onda (o cuanto más estirada aparezca en el diagrama), menos energía se transporta. Las ondas cortas y estrechas son las que transportan la mayor cantidad de energía. Esto puede parecer ilógico, pero piénselo en términos de mover una cuerda pesada. Una persona necesita poco esfuerzo para mover una cuerda en ondas largas y anchas. Para hacer que una cuerda se mueva en ondas cortas y apretadas, una persona necesitaría aplicar mucha más energía.

El espectro electromagnético (Figura) muestra varios tipos de radiación electromagnética que se originan en el sol, incluidos los rayos X y los rayos ultravioleta (UV). Las ondas de mayor energía pueden penetrar los tejidos y dañar las células y el ADN, lo que explica por qué tanto los rayos X como los rayos UV pueden ser dañinos para los organismos vivos.


Introducción y objetivos

La mayor parte de la vida en la Tierra no podría existir sin fotosíntesis. Recuerde del tutorial sobre termodinámica que durante la fotosíntesis la energía de la luz se convierte en energía química. Específicamente, es el proceso por el cual las plantas, los protistas y algunas bacterias usan luz, agua y dióxido de carbono para producir azúcares. La fotosíntesis no es exactamente lo contrario de la respiración celular, sino más bien un proceso separado que por casualidad contiene muchas características similares (por ejemplo, la cadena de transporte de electrones).


La fotosíntesis se puede dividir en dos partes: las reacciones a la luz y las reacciones independientes de la luz (también denominadas reacciones "oscuras"). Este tutorial cubrirá las reacciones a la luz. Aquí es cuando la energía de la luz se transforma en energía que puede ser utilizada por las células. El siguiente tutorial cubrirá las reacciones independientes de la luz, que es cuando realmente se produce el azúcar.
Al final de este tutorial, debe comprender:

  • Requisitos de las plantas para la fotosíntesis y la respiración.
  • Las reacciones lumínicas de la fotosíntesis.
  • Características de la luz
  • Canalización de energía luminosa
  • Cadenas de transporte de electrones y el esquema Z
  • Generación de ATP.

La fotosíntesis ocurre en las membranas tilacoides

Los cloroplastos están unidos por dos membranas, que no contienen clorofila y no participan directamente en la fotosíntesis (figura 16-34). De estas dos membranas, la exterior, como la membrana mitocondrial exterior, es permeable a metabolitos de pequeño peso molecular, contiene proteínas que forman canales acuosos muy grandes. La membrana interna, por el contrario, es la barrera de permeabilidad del cloroplasto que contiene transportadores que regulan el movimiento de metabolitos dentro y fuera del orgánulo.

Figura 16-34.

La estructura de una hoja y cloroplasto. El cloroplasto está delimitado por una doble membrana: la membrana externa contiene proteínas que lo hacen permeable a moléculas pequeñas (MW & # x02005 & # x0003c & # x020056000) la membrana interna forma la barrera de permeabilidad (más.)

A diferencia de las mitocondrias, los cloroplastos contienen una tercera membrana & # x02005 & # x02014 & # x02005 la membrana tilacoide & # x02005 & # x02014 & # x02005 que es el sitio de la fotosíntesis. En cada cloroplasto, se cree que la membrana de tilacoides constituye una única hoja interconectada que forma numerosas vesículas pequeñas y aplanadas, los tilacoides, que comúnmente se disponen en pilas denominadas grana (vea la Figura 16-34). Los espacios dentro de todos los tilacoides constituyen un solo compartimento continuo, el lumen tilacoide. La membrana tilacoide contiene una serie de proteínas de membrana integrales a las que se unen varios grupos protésicos importantes y pigmentos que absorben la luz, sobre todo la clorofila. La síntesis de carbohidratos ocurre en el estroma, la fase soluble entre la membrana tilacoide y la membrana interna. En las bacterias fotosintéticas, las invaginaciones extensas de la membrana plasmática forman un conjunto de membranas internas, también denominadas membranas tilacoides, o simplemente tilacoides, donde ocurre la fotosíntesis.


Entendiendo los pigmentos

Existen diferentes tipos de pigmentos y cada uno absorbe solo ciertas longitudes de onda (colores) de luz visible. Los pigmentos reflejan el color de las longitudes de onda que no pueden absorber.

Todos los organismos fotosintéticos contienen un pigmento llamado clorofila. a, que los humanos ven como el color verde común asociado con las plantas. Clorofila a absorbe longitudes de onda de cualquier extremo del espectro visible (azul y rojo), pero no del verde. Debido a que el verde se refleja, la clorofila parece verde.

Otros tipos de pigmentos incluyen la clorofila. B (que absorbe la luz azul y rojo-naranja) y los carotenoides. Cada tipo de pigmento puede identificarse por el patrón específico de longitudes de onda que absorbe de la luz visible, que es su espectro de absorción.

Muchos organismos fotosintéticos tienen una mezcla de pigmentos entre ellos, el organismo puede absorber energía de una gama más amplia de longitudes de onda de luz visible. No todos los organismos fotosintéticos tienen acceso total a la luz solar. Algunos organismos crecen bajo el agua, donde la intensidad de la luz disminuye con la profundidad y el agua absorbe ciertas longitudes de onda. Otros organismos crecen compitiendo por la luz. Las plantas en el suelo de la selva deben poder absorber cualquier parte de la luz que entra, porque los árboles más altos bloquean la mayor parte de la luz solar (Figura 5.11).

Figura 5.11 Las plantas que comúnmente crecen a la sombra se benefician de tener una variedad de pigmentos que absorben la luz. Cada pigmento puede absorber diferentes longitudes de onda de luz, lo que permite que la planta absorba cualquier luz que pase a través de los árboles más altos. (crédito: Jason Hollinger)


Biología 171

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Explica cómo las plantas absorben la energía de la luz solar.
  • Describir longitudes de onda de luz cortas y largas.
  • Describir cómo y dónde tiene lugar la fotosíntesis dentro de una planta.

¿Cómo se puede utilizar la energía de la luz para producir alimentos? Cuando una persona enciende una lámpara, la energía eléctrica se convierte en energía luminosa. Como todas las otras formas de energía cinética, la luz puede viajar, cambiar de forma y ser aprovechada para realizar un trabajo. En el caso de la fotosíntesis, la energía de la luz se convierte en energía química, que los fotoautótrofos utilizan para construir moléculas básicas de carbohidratos ((Figura)). Sin embargo, los autótrofos solo usan unas pocas longitudes de onda específicas de luz solar.


¿Qué es la energía luminosa?

El sol emite una enorme cantidad de radiación electromagnética (energía solar en un espectro que va desde rayos gamma muy cortos hasta ondas de radio muy largas). Los humanos pueden ver solo una pequeña fracción de esta energía, a la que nos referimos como "luz visible". La forma en que viaja la energía solar se describe como ondas. Los científicos pueden determinar la cantidad de energía de una onda midiendo su longitud de onda (las longitudes de onda más cortas son más poderosas que las longitudes de onda más largas): la distancia entre los puntos de cresta consecutivos de una onda. Por lo tanto, una sola onda se mide desde dos puntos consecutivos, como de cresta a cresta o de vaguada a vaguada ((Figura)).


La luz visible constituye solo uno de los muchos tipos de radiación electromagnética emitida por el sol y otras estrellas. Los científicos diferencian los diversos tipos de energía radiante del sol dentro del espectro electromagnético. El espectro electromagnético es el rango de todas las posibles frecuencias de radiación ((Figura)). La diferencia entre las longitudes de onda se relaciona con la cantidad de energía que transportan.


Cada tipo de radiación electromagnética viaja en una longitud de onda particular. Cuanto más larga es la longitud de onda, menos energía transporta. Las ondas cortas y estrechas son las que transportan la mayor cantidad de energía. Esto puede parecer ilógico, pero piénselo en términos de un trozo de cuerda pesada en movimiento. Una persona necesita poco esfuerzo para mover una cuerda en ondas largas y anchas. Para hacer que una cuerda se mueva en ondas cortas y apretadas, una persona necesitaría aplicar mucha más energía.

El espectro electromagnético ((Figura)) muestra varios tipos de radiación electromagnética que se originan en el sol, incluidos los rayos X y los rayos ultravioleta (UV). Las ondas de mayor energía pueden penetrar los tejidos y dañar las células y el ADN, lo que explica por qué tanto los rayos X como los rayos UV pueden ser dañinos para los organismos vivos.

Absorción de luz

La energía luminosa inicia el proceso de fotosíntesis cuando los pigmentos absorben longitudes de onda específicas de luz visible. Los pigmentos orgánicos, ya sea en la retina humana o en el tilacoide del cloroplasto, tienen un rango estrecho de niveles de energía que pueden absorber. Los niveles de energía más bajos que los representados por la luz roja son insuficientes para elevar un electrón orbital a un estado excitado (cuántico). Los niveles de energía más altos que los de la luz azul romperán físicamente las moléculas, en un proceso llamado blanqueamiento. Nuestros pigmentos retinianos solo pueden "ver" (absorber) longitudes de onda entre 700 nm y 400 nm de luz, un espectro que por lo tanto se llama luz visible. Por las mismas razones, las plantas, las moléculas de pigmento absorben solo luz en el rango de longitud de onda de 700 nm a 400 nm, los fisiólogos de plantas se refieren a este rango para las plantas como radiación fotosintéticamente activa.

La luz visible que ven los humanos como luz blanca existe en realidad en un arco iris de colores. Ciertos objetos, como un prisma o una gota de agua, dispersan la luz blanca para revelar los colores al ojo humano. La porción de luz visible del espectro electromagnético muestra el arco iris de colores, donde el violeta y el azul tienen longitudes de onda más cortas y, por lo tanto, mayor energía. En el otro extremo del espectro hacia el rojo, las longitudes de onda son más largas y tienen menor energía ((Figura)).


Entendiendo los pigmentos

Existen diferentes tipos de pigmentos y cada uno absorbe solo longitudes de onda específicas (colores) de luz visible. Los pigmentos reflejan o transmiten las longitudes de onda que no pueden absorber, haciendo que parezcan una mezcla de los colores de la luz reflejada o transmitida.

Las clorofilas y los carotenoides son las dos clases principales de pigmentos fotosintéticos que se encuentran en las plantas y las algas, cada clase tiene múltiples tipos de moléculas de pigmento. Hay cinco clorofilas principales: a, B, C y D y una molécula relacionada que se encuentra en procariotas llamada bacterioclorofila. Clorofila a y clorofila B se encuentran en los cloroplastos de plantas superiores y serán el foco de la siguiente discusión.

Con docenas de formas diferentes, los carotenoides son un grupo de pigmentos mucho más grande. Los carotenoides que se encuentran en la fruta, como el rojo del tomate (licopeno), el amarillo de las semillas de maíz (zeaxantina) o la naranja de una cáscara de naranja (β-caroteno), se utilizan como anuncios para atraer a los dispersores de semillas. En la fotosíntesis, los carotenoides funcionan como pigmentos fotosintéticos que son moléculas muy eficientes para la eliminación del exceso de energía. Cuando una hoja se expone a pleno sol, se requieren reacciones dependientes de la luz para procesar una enorme cantidad de energía; si esa energía no se maneja adecuadamente, puede causar un daño significativo. Por lo tanto, muchos carotenoides residen en la membrana tilacoide, absorben el exceso de energía y disipan de manera segura esa energía en forma de calor.

Cada tipo de pigmento puede identificarse por el patrón específico de longitudes de onda que absorbe de la luz visible: esto se denomina espectro de absorción. El gráfico de la (Figura) muestra los espectros de absorción de la clorofila. a, clorofila By un tipo de pigmento carotenoide llamado β-caroteno (que absorbe la luz azul y verde). Observe cómo cada pigmento tiene un conjunto distinto de picos y valles, lo que revela un patrón de absorción muy específico. Clorofila a absorbe longitudes de onda de cualquier extremo del espectro visible (azul y rojo), pero no verde. Debido a que el verde se refleja o se transmite, la clorofila aparece verde. Los carotenoides se absorben en la región azul de longitud de onda corta y reflejan las longitudes de onda más largas de color amarillo, rojo y naranja.


Muchos organismos fotosintéticos tienen una mezcla de pigmentos y, al usar estos pigmentos, el organismo puede absorber energía de una gama más amplia de longitudes de onda. No todos los organismos fotosintéticos tienen acceso total a la luz solar. Algunos organismos crecen bajo el agua donde la intensidad y la calidad de la luz disminuyen y cambian con la profundidad. Otros organismos crecen compitiendo por la luz. Las plantas en el suelo de la selva deben poder absorber cualquier parte de la luz que entra, porque los árboles más altos absorben la mayor parte de la luz solar y dispersan la radiación solar restante ((Figura)).


Al estudiar un organismo fotosintético, los científicos pueden determinar los tipos de pigmentos presentes generando espectros de absorción. Un instrumento llamado espectrofotómetro puede diferenciar qué longitudes de onda de luz puede absorber una sustancia. Los espectrofotómetros miden la luz transmitida y calculan a partir de ella la absorción. Al extraer pigmentos de las hojas y colocar estas muestras en un espectrofotómetro, los científicos pueden identificar qué longitudes de onda de luz puede absorber un organismo. Los métodos adicionales para la identificación de pigmentos vegetales incluyen varios tipos de cromatografía que separan los pigmentos por sus afinidades relativas a las fases sólidas y móviles.

Cómo funcionan las reacciones dependientes de la luz

La función general de las reacciones dependientes de la luz es convertir la energía solar en energía química en forma de NADPH y ATP. Esta energía química apoya las reacciones independientes de la luz y alimenta el ensamblaje de moléculas de azúcar. Las reacciones dependientes de la luz se muestran en la (Figura). Los complejos de proteínas y las moléculas de pigmento trabajan juntos para producir NADPH y ATP. La numeración de los fotosistemas se deriva del orden en que fueron descubiertos, no del orden de transferencia de electrones.


El paso real que convierte la energía luminosa en energía química tiene lugar en un complejo multiproteico llamado fotosistema, dos tipos de los cuales se encuentran incrustados en la membrana tilacoide: el fotosistema II (PSII) y el fotosistema I (PSI) ((Figura)). Los dos complejos se diferencian en función de lo que oxidan (es decir, la fuente del suministro de electrones de baja energía) y de lo que reducen (el lugar al que entregan sus electrones energizados).

Ambos fotosistemas tienen la misma estructura básica, una serie de proteínas de antena a las que se unen las moléculas de clorofila rodean el centro de reacción donde tiene lugar la fotoquímica. Cada fotosistema es atendido por el complejo de captación de luz, que pasa la energía de la luz solar al centro de reacción; consta de múltiples proteínas de antena que contienen una mezcla de 300 a 400 clorofila. a y B moléculas así como otros pigmentos como los carotenoides. La absorción de un solo fotón o una cantidad distinta o "paquete" de luz por cualquiera de las clorofilas empuja esa molécula a un estado excitado. En resumen, la energía de la luz ahora ha sido capturada por moléculas biológicas, pero aún no se almacena de ninguna forma útil. La energía se transfiere de la clorofila a la clorofila hasta que finalmente (después de una millonésima de segundo) se envía al centro de reacción. Hasta este punto, solo se ha transferido energía entre moléculas, no electrones.


¿Cuál es la fuente inicial de electrones para la cadena de transporte de electrones del cloroplasto?

El centro de reacción contiene un par de clorofila. a moléculas con una propiedad especial. Esas dos clorofilas pueden sufrir oxidación tras la excitación; de hecho, pueden ceder un electrón en un proceso llamado fotoacto. Es en este paso del centro de reacción durante la fotosíntesis que la energía luminosa se convierte en un electrón excitado. Todos los pasos posteriores implican llevar ese electrón al portador de energía NADPH para entregarlo al ciclo de Calvin, donde el electrón se deposita en el carbono para su almacenamiento a largo plazo en forma de carbohidrato. PSII y PSI son dos componentes principales de la cadena de transporte de electrones fotosintéticos, que también incluye la complejo de citocromo. El complejo de citocromo, una enzima compuesta por dos complejos de proteínas, transfiere los electrones de la molécula portadora plastoquinona (Pq) a la proteína plastocianina (Pc), lo que permite tanto la transferencia de protones a través de la membrana tilacoide como la transferencia de electrones de PSII a PSI.

El centro de reacción de PSII (llamado P680) entrega sus electrones de alta energía, uno a la vez, al aceptor de electrones primario, y a través de la cadena de transporte de electrones (Pq al complejo de citocromo a plastocianina) a PSI. El electrón faltante de P680 se reemplaza extrayendo un electrón de baja energía del agua, por lo que el agua se "divide" durante esta etapa de la fotosíntesis y el PSII se vuelve a reducir después de cada fotoacto. Dividiendo una H2La molécula de O libera dos electrones, dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. Sin embargo, se requiere dividir dos moléculas para formar una molécula de O diatómico.2 gas. Aproximadamente el 10 por ciento del oxígeno es utilizado por las mitocondrias en la hoja para apoyar la fosforilación oxidativa. El resto escapa a la atmósfera donde es utilizado por organismos aeróbicos para apoyar la respiración.

A medida que los electrones se mueven a través de las proteínas que residen entre PSII y PSI, pierden energía. Esta energía se utiliza para mover átomos de hidrógeno desde el lado estromal de la membrana hasta la luz del tilacoide. Esos átomos de hidrógeno, más los que se producen al dividir el agua, se acumulan en la luz del tilacoide y se utilizarán para sintetizar ATP en un paso posterior. Debido a que los electrones han perdido energía antes de su llegada a PSI, deben ser reactivados por PSI, por lo tanto, la antena de PSI absorbe otro fotón. Esa energía se transmite al centro de reacción de PSI (llamado P700). P700 se oxida y envía un electrón de alta energía a NADP + para formar NADPH. Por lo tanto, PSII captura la energía para crear gradientes de protones para producir ATP, y PSI captura la energía para reducir NADP + en NADPH. Los dos fotosistemas funcionan en conjunto, en parte, para garantizar que la producción de NADPH será aproximadamente igual a la producción de ATP. Existen otros mecanismos para ajustar esa proporción para que coincida exactamente con las necesidades energéticas en constante cambio del cloroplasto.

Generación de un portador de energía: ATP

Al igual que en el espacio intermembrana de las mitocondrias durante la respiración celular, la acumulación de iones de hidrógeno dentro de la luz del tilacoide crea un gradiente de concentración. La difusión pasiva de iones de hidrógeno de alta concentración (en la luz del tilacoide) a baja concentración (en el estroma) se aprovecha para crear ATP, al igual que en la cadena de transporte de electrones de la respiración celular. Los iones acumulan energía debido a la difusión y porque todos tienen la misma carga eléctrica, repeliéndose entre sí.

Para liberar esta energía, los iones de hidrógeno se precipitarán a través de cualquier abertura, similar al chorro de agua a través de un agujero en una presa. En el tilacoide, esa abertura es un paso a través de un canal de proteínas especializado llamado ATP sintasa. La energía liberada por la corriente de iones de hidrógeno permite que la ATP sintasa se una a un tercer grupo fosfato al ADP, que forma una molécula de ATP ((Figura)). El flujo de iones de hidrógeno a través de la ATP sintasa se llama quimiosmosis porque los iones se mueven de un área de alta a un área de baja concentración a través de una estructura semipermeable del tilacoide.

Vea Fotosíntesis: reacciones de luz (animación Flash) para obtener más información sobre el proceso de fotosíntesis dentro de una hoja.

Resumen de la sección

Los pigmentos de la primera parte de la fotosíntesis, las reacciones dependientes de la luz, absorben energía de la luz solar. Un fotón golpea los pigmentos de la antena del fotosistema II para iniciar la fotosíntesis. La energía viaja al centro de reacción que contiene clorofila. a y luego a la cadena de transporte de electrones, que bombea iones de hidrógeno al interior del tilacoide. Esta acción genera una alta concentración de iones de hidrógeno. Los iones de hidrógeno fluyen a través de la ATP sintasa durante la quimiosmosis para formar moléculas de ATP, que se utilizan para la formación de moléculas de azúcar en la segunda etapa de la fotosíntesis. El fotosistema I absorbe un segundo fotón, lo que da como resultado la formación de una molécula de NADPH, otra energía y un portador reductor para las reacciones independientes de la luz.

Conexiones de arte

(Figura) ¿Cuál es la fuente de electrones para la cadena de transporte de electrones del cloroplasto?


Pigmentos en plantas

“Sustancias que tienen capacidad para absorber luz de cierta longitud de onda y producir color”.

Importancia:

La luz es absorbida por los pigmentos contenidos en los cloroplastos de las células vegetales que energiza los electrones, elevándolos a un nivel de energía más alto. Es la energía que se utiliza para producir ATP y reducir NADP para NADPH. La liberación de energía del ATP y la oxidación del NADPH se utilizan para incorporar CO2 en moléculas orgánicas.

Tipos:

Existen los siguientes pigmentos que ayudan en el proceso de fotosíntesis y producción de color:

  • Clorofila
  • Carotenoides
  • Ficobilinas
Clorofila:

Clorofila es cualquiera de varios verdes relacionados pigmentos que se encuentra en las cianobacterias y los cloroplastos de algas y plantas. Su nombre se deriva de las palabras griegas chloros (& # 8220green & # 8221) y phyllon (& # 8220leaf & # 8221) ”.

Propiedades físicas:
  • Es el pigmento principal en la planta. Es un cloro que absorbe longitudes de onda de luz amarilla y azul mientras refleja el verde.
  • La clorofila se encuentra en los sacos tilacoides del cloroplasto. los cloroplasto es una parte especializada de la célula que funciona como un orgánulo.
  • Una vez que la clorofila absorbe las longitudes de onda adecuadas de luz en los sacos tilacoides, el importante proceso de fotosíntesis es capaz de comenzar.
  • Son solubles en grasa.
  • Clasificación y distribución de clorofila:
  • Se encuentra en todas las plantas verdes, incluidas las algas.
  • Chl b se encuentra en plantas superiores y en algunas algas, por ejemplo, clorofíceas, euglenoofíceas y carofíceas.
  • Chl c se encuentra en plantas vasculares inferiores, por ejemplo, briofitas y en bacillariophyta, phaephyta.
  • Chl d encontrado en algas rojas.
  • Chl e es raro que se encuentre en algunas algas doradas.

Figura: clorofila

Naturaleza molecular:

Hay varios tipos de clorofila, pero todas comparten el ligando de clorina y magnesio que forma el lado derecho del diagrama. La molécula está formada por un anillo de 4_porfirina como cabeza y fitola como cola.

Esta es una molécula estable en forma de anillo alrededor de la cual los electrones pueden migrar libremente. Debido a que los electrones se mueven libremente, el anillo tiene el potencial de ganar o perder electrones fácilmente y, por lo tanto, el potencial de proporcionar electrones energizados a otras moléculas. Este es el proceso fundamental por el cual la clorofila & # 8220captura & # 8221 la energía de la luz solar.

Naturaleza química:

Químicamente, la clorofila consta de C, H, O con Mg como átomo central.

Clorofila a: C55H72O5norte4Mg (CH3), El grupo especial es metilo

Clorofila b: C55H70O6norte4Mg (CHO), el grupo especial es aldehído

Biosíntesis de clorofiall:

La succinil-coA y la glicina reaccionan para formar un producto intermedio Ácido δ-aminolevulínico 2 moléculas de ácido δ-aminolevulínico reaccionan entre sí para dar porfobilinógeno 4 moléculas de porfobilinógeno se fusionan para dar protoclorofila.Luego, la protoclorofila reacciona con 2H para sintetizar clorofila en presencia de luz del sol.

2 moléculas de ácido δ-aminolivolínico –– & # 8212 & # 8212 & # 8212 & # 8212 & # 8212 -– & gt Porfobilinógeno

4 moléculas de porfobilinógeno –– & # 8212 & # 8212 & # 8212 & # 8212 & # 8212 -– & gtprotoclorofila

Protoclorofila + 2 H & # 8212 & # 8212 & # 8212 –– (Luz solar) –– & # 8212- & gt Clorofila

Carotenoides:

"Carotenoides son pigmentos solubles en grasa y moléculas conjugadas de cadena abierta que se encuentran en toda la naturaleza "

Ocurrencia:

Se encuentran principalmente en plantas, algas y bacterias fotosintéticas, donde desempeñan un papel fundamental en el proceso fotosintético. También se presentan en algunas bacterias no fotosintéticas, levaduras y mohos, donde pueden desempeñar una función protectora frente al daño de la luz y el oxígeno.

Los carotenoides son responsables de muchos de los tonos rojos, naranjas y amarillos de las hojas, frutas y flores de las plantas, así como de los colores de algunas aves, insectos, peces y crustáceos.

Clasificación:

Los carotenoides se clasifican según la estructura de la siguiente manera:

1.Los carotenoides de hidrocarburos se conocen como carotenos ejemplo alfa-caroteno, beta-caroteno, etc.

  • Fórmula general: C40H56
  • Mostrar fotosistema 1
  • Color: naranja

Figura: Betacaroteno

2. Los carotenoides oxigenados que son derivados de estos hidrocarburos conocidos como xantofilas ejemplos de estos compuestos son zeaxantina y luteinetc.

  • Mostrar fotosistema 2
  • fórmula: C40H56O2
  • Color amarillo

Figura: zeaxantina

Función:

Los carotenoides son esenciales para la vida vegetal, proporcionando importantes funciones fotoprotectoras durante la fotosíntesis, captura de luz y prevención del daño fotooxidativo, y sirven como precursores para la biosíntesis del ácido fitohormonabscísico (ABA). Tienen un papel en la atracción de polinizadores.

FICOBILINAS:

“Un grupo de pigmentos fotosintéticos solubles en agua rojos o azules” Son tetrapirroles de cadena abierta. Las ficobilinas son especialmente eficientes para absorber la luz roja, naranja, amarilla y verde, longitudes de onda que no son bien absorbidas por la clorofila. a.

Los organismos que crecen en aguas poco profundas tienden a contener ficobilinas que pueden capturar la luz amarilla / roja, mientras que aquellos a mayor profundidad a menudo contienen más ficobilinas que pueden capturar la luz verde, que es relativamente más abundante allí. Hay tres tipos de ficobilinas:

  • Ficoeritrina:La ficoeritrina absorbe la luz verde, amarilla y azul y transmite la luz roja. Se encuentra en las algas rojas.
  • Ficocianina:Ficocianina es un complejo de pigmento-proteína de la familia de las ficobiliproteínas recolectoras de luz. Las ficocianinas se encuentran en las cianobacterias.
  • Aloficocianina:La aloficocianina (APC) es una ficobiliproteína intensamente brillante aislada de algas rojas que exhibe fluorescencia de color rojo lejano con altos rendimientos cuánticos. Se excita mediante líneas láser a 594 y 633 nm, con un máximo de absorbancia a 650 nm y un pico de emisión de fluorescencia a 660 nm.
Ubicación de las ficobilinas:

Se encuentran fuera de la membrana tilacoide en pequeños cuerpos llamados ficobilisomas.


Funciones de la clorofila

Clorofila en la biosíntesis de azúcares

Las plantas usan ambas formas de clorofila para recolectar la energía de la luz. La clorofila se concentra en las membranas tilacoides de los cloroplastos. Los cloroplastos son los orgánulos en los que tiene lugar la fotosíntesis. Los tilacoides son pequeños sacos de membrana, apilados uno encima del otro. Incrustadas en estas membranas hay una variedad de proteínas que rodean a la clorofila. Estas proteínas trabajan juntas para transferir la energía de la luz, a través de la clorofila, a los enlaces de ATP, la molécula de transferencia de energía de las células. Luego, el ATP se puede usar en el ciclo de Calvin, o ciclo oscuro, para crear azúcares.

La serie de proteínas que transfieren energía de la luz y la canalizan hacia la síntesis de azúcares se conocen como fotosistemas. Todo el proceso, tanto los ciclos de luz como de oscuridad juntos, se conoce como fotosíntesis y ocurre en plantas, algas y algunas bacterias. Estos organismos absorben dióxido de carbono (CO2), agua (H2O) y luz solar para producir glucosa. Pueden usar esta glucosa en el proceso de respiración celular para crear ATP, o pueden combinar la glucosa en moléculas más complejas para almacenarlas.

Clorofila en la producción de oxígeno.

Un subproducto de la fotosíntesis es el oxígeno. Las plantas pueden usar este oxígeno en la respiración celular, pero también liberan un exceso de oxígeno al aire. Este oxígeno permite que muchas no plantas también se sometan a la respiración, lo que sustenta la vida en la Tierra. El oxígeno se produce en la primera parte del ciclo de luz de la fotosíntesis. Las plantas dividen las moléculas de agua para producir electrones, iones de hidrógeno y oxígeno diatómico (O2). Los electrones suministran la cadena de transporte de electrones que impulsa la producción de ATP. El oxígeno se libera al aire. De esta forma se produce todo el oxígeno que respiramos.


Energía luminosa y pigmentos * # - Biología

Departamento de Biologia
Dickinson College, Carlisle, PA 17013
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El funcionamiento del ecosistema de la Tierra depende de una entrada continua de energía luminosa en forma de fotones provenientes del sol. El proceso por el cual la energía de la luz se captura e incorpora a moléculas que pueden ser utilizadas por los organismos vivos se llama fotosíntesis. Ocurre en plantas verdes, algas y algunos tipos de bacterias. Los organismos se pueden agrupar en dos categorías principales: autótrofos, que realizan la fotosíntesis y fabrican su propio alimento, y heterótrofos, que no realizan la fotosíntesis por sí mismos, pero deben consumir autótrofos u otros organismos que se alimentan de autótrofos. En otras palabras, los organismos fotosintéticos se encuentran en la base de la cadena alimentaria y, con muy pocas excepciones, todos los organismos de la Tierra dependen de la fotosíntesis como fuente de alimento y energía.

Aunque la fotosíntesis es un proceso muy complejo, se puede dividir en dos partes. En la primera parte, la energía de la luz se captura y se utiliza para producir moléculas químicas de alta energía. En la segunda parte, esas moléculas de alta energía se utilizan para convertir el dióxido de carbono (CO 2) atmosférico en carbohidratos y otros compuestos que contienen energía. Estos luego sirven como alimento para la propia planta fotosintética o para un animal que se come a la planta. Durante este proceso, las moléculas de agua (H 2 O) se separan y el oxígeno de ellas se libera a la atmósfera como gas oxígeno (O 2). Este es un subproducto importante de la fotosíntesis porque la mayoría de los organismos han desarrollado formas de usar el O 2 para ayudarlos a procesar sus alimentos de manera más eficiente. Parte del O 2 también se mueve hacia la atmósfera superior donde forma ozono (O 3), que es importante para proteger la superficie de la Tierra de la radiación ultravioleta.

Ahora examinaremos estos y otros aspectos de la fotosíntesis con más detalle.


Captura de energía luminosa y formación de moléculas de alta energía

Esta primera parte de la fotosíntesis a veces se denomina simplemente "reacciones a la luz". En esencia, es un proceso de conversión de energía, es decir, la conversión de energía luminosa en energía química. Esta discusión se basará en la forma en que se cree que funciona el proceso en las plantas superiores, aunque los mecanismos fundamentales son generalmente similares en otros tipos de organismos.


Pigmentos fotosintéticos y estructura de la hoja

La primera ley de la fotoquímica y la fotobiología nos dice que para que la luz tenga un efecto en un sistema biológico, primero debe ser absorbida. Los pigmentos son moléculas especializadas en la absorción de luz, por lo que deben encontrarse en todos los organismos fotosintéticos. Dos clases principales de pigmentos fotosintéticos que se encuentran en las plantas superiores son las clorofilas y los carotenoides.

Las clorofilas consisten en un anillo de porfirina absorbente de luz con un átomo de magnesio en el centro y una cola larga de fitol que ancla la molécula en una membrana (Figura 1). Absorben luz en las partes azul y roja del espectro, pero las longitudes de onda verdes se transmiten o reflejan. Esto es lo que hace que las hojas parezcan de color verde. Las clorofilas ayb se encuentran en plantas superiores. Tienen ligeras diferencias en la estructura y los espectros de absorbancia. La protoclorofila es un precursor biosintético de la clorofila.

Los carotenoides y otros pigmentos distintos de la clorofila que participan en la fotosíntesis se denominan pigmentos accesorios. Sus estructuras y propiedades varían entre diferentes especies (Figura 2).

Los pigmentos fotosintéticos están contenidos en las membranas de orgánulos subcelulares llamados cloroplastos (Figura 3), que residen dentro de las células de las hojas. Los espacios de aire interior de la hoja están conectados a la atmósfera exterior a través de pequeños poros llamados estomas, que permiten el movimiento hacia adentro del CO 2 y el movimiento hacia afuera del O 2. La doble membrana que rodea al cloroplasto es permeable a pequeñas moléculas no cargadas como CO 2 y O 2, lo que permite el intercambio de estos gases durante la fotosíntesis.

Las membranas que contienen pigmento dentro del cloroplasto se denominan tilacoides y están dispuestas en pilas llamadas grana, que son sorprendentemente similares a la disposición de los discos en las células fotorreceptoras de la retina de los vertebrados. Esta disposición de membranas apiladas aparentemente ha evolucionado de forma independiente varias veces como un sistema extremadamente eficiente para la interceptación y captura de energía luminosa. Las moléculas de clorofila y carotenoides en las membranas de tilacoides no están libres, pero existen en forma de complejos pigmento-proteína, a veces denominados "complejos captadores de luz". Estas proteínas mantienen los pigmentos en la orientación adecuada para una transferencia de energía eficiente y también provocan ligeros cambios en las longitudes de onda de la luz que pueden absorber.

La región no membranosa dentro del cloroplasto se llama estroma. Contiene una solución acuosa de enzimas y varios metabolitos que participan en la reducción de CO 2 a carbohidratos a través del ciclo de Calvin, como se describe a continuación.

Absorción de fotones y transferencia de energía

Cuando una planta se expone a la luz, los fotones de la longitud de onda adecuada golpearán y serán absorbidos por los complejos pigmento-proteína dispuestos en las membranas tilacoides. Cuando esto sucede, la energía del fotón se transfiere a la molécula de pigmento, lo que hace que el pigmento entre en un estado de excitación electrónica. En otras palabras, la energía originalmente asociada con el fotón ahora está contenida dentro de la molécula de pigmento. Una vez que una molécula de pigmento ha pasado a un estado excitado, es posible que la energía de excitación se transfiera a una molécula de pigmento adyacente.

Dispersas entre los complejos pigmento-proteína en las membranas tilacoides hay estructuras especiales llamadas centros de reacción. Son menos en número que los complejos captadores de luz y consisten en proteínas, clorofila y varios otros pigmentos en una disposición muy estructurada. Esto se describirá más adelante en un módulo detallado. Hay dos tipos de centros de reacción, llamados Fotosistema I (PSI o P700) y Fotosistema II (PSII o P680).

El conjunto de complejos de pigmento-proteína en las membranas tilacoides funciona como una antena para recolectar energía luminosa. La energía de excitación se transfiere de una clorofila a otra hasta que llega a un centro de reacción (Figura 4). Esto hace que una de las moléculas de clorofila dentro del centro de reacción entre en un estado excitado.

Formación de compuestos químicos de alta energía

En las reacciones luminosas de la fotosíntesis se forman dos tipos de moléculas que contienen energía: trifosfato de adenosina (ATP) y fosfato de dinucleótido de nicotinamida y adenina reducido (NADPH), que sirve como fuente de poder reductor.

Los centros de reacción de PSI y PSII están interconectados por una serie de compuestos que funcionan como portadores de electrones (Figura 5). Un electrón excitado en un centro de reacción PSII entra en esta cadena de portadores y se mueve de uno a otro hasta que alcanza un centro de reacción PSI. Este transporte de un electrón entre los dos tipos de centros de reacción da como resultado el bombeo de iones de hidrógeno (H +) a través de la membrana tilacoide, formando así un gradiente con una alta concentración de H + dentro de los compartimentos tilacoides y una concentración relativamente baja en el estroma. lado. La energía potencial asociada con este gradiente se utiliza para formar ATP mediante un mecanismo similar al que genera ATP en las mitocondrias.

El siguiente paso en el proceso es que un electrón excitado en PSI se transfiere a una molécula de NADP, junto con un H +, reduciéndolo así a NADPH. Observe que los electrones que salen de PSI están siendo reemplazados por los que vinieron a través de los portadores de electrones de PSII.

Finalmente, para que este proceso continúe, los electrones que se eliminaron del PSII deben reemplazarse. Esto se logra mediante la división de una molécula de H 2 O, que produce electrones, H + y oxígeno. El oxígeno de dos moléculas de agua forma O 2, que luego pasa a la atmósfera a través de los estomas.

En resumen, lo que se ha conseguido es la conversión de la energía fotónica en energía química en forma de ATP y NADPH, con la formación concomitante de O 2.


Reducción del CO 2 atmosférico a carbohidratos

La segunda fase principal de la fotosíntesis implica la conversión de CO 2 de la atmósfera en carbohidratos y otras moléculas biológicas. Este conjunto de reacciones a veces se denomina "reacciones oscuras" de la fotosíntesis porque la luz no está directamente involucrada. Sin embargo, esta terminología es algo engañosa porque se requiere luz para la formación del ATP y NADPH necesarios para la energía y el poder reductor. Si una planta fotosintetizadora se pusiera repentinamente en la oscuridad, las llamadas reacciones oscuras solo continuarían hasta que se agotara el suministro de ATP y NADPH.

La conversión de CO 2 en carbohidratos tiene lugar en el estroma del cloroplasto y sigue una vía metabólica compleja denominada ciclo de Calvin o vía reductora de pentosa fosfato, cada paso de la cual es catalizado por una enzima específica. Los detalles de esta vía se tratarán en otro módulo, pero su forma general se muestra en la Figura 6. El dióxido de carbono se combina primero con un compuesto de cinco carbonos llamado ribulosa-1,5-bisfosfato (RUBP), que luego se divide inmediatamente en dos tres compuestos de carbono. Usando energía y poder reductor de ATP y NADPH, estos se convierten en 3-fosfogliceraldehído (3PGAL), que la planta puede usar para fabricar carbohidratos y varias otras moléculas biológicas y para regenerar RUBP.

Para que el ciclo de Calvin continúe, debe haber un suministro continuo de RUBP. Por lo tanto, no todo el 3PGAL producido puede utilizarse en la síntesis de carbohidratos; una porción significativa (alrededor de 5 moléculas de 6) debe usarse para producir RUBP fresco. Esto también requiere ATP proveniente de las reacciones a la luz, y es lo que le da a la vía su naturaleza cíclica.

En resumen, el ATP y el NADPH que se forman en las reacciones lumínicas de la fotosíntesis se utilizan para convertir el CO 2 atmosférico en carbohidratos, que representan una forma estable de almacenamiento de energía a largo plazo. En general, la energía que se originó como fotones del sol ahora está contenida en carbohidratos y otras moléculas que sirven como alimento para la planta o para un animal que se come a la planta.


Aspectos ambientales de la fotosíntesis

Debido a la importancia biológica fundamental de la fotosíntesis y su importancia en la productividad agrícola, una cantidad considerable de investigación se ha dirigido a comprender los efectos que los factores ambientales como la luz, la temperatura, la lluvia, la salinidad y las enfermedades tienen en el proceso. En los últimos años, los efectos del elevado CO 2 atmosférico y del aumento de la exposición a la radiación ultravioleta debido al agotamiento de la capa de ozono de la Tierra han recibido una atención considerable. El potencial de los bosques y otros ecosistemas fotosintéticos para mitigar el aumento de CO 2 atmosférico también es un área activa de investigación.

Diferentes especies, y en algunos casos incluso diferentes cultivares de la misma especie, varían ampliamente en su capacidad para tolerar la multitud de tensiones ambientales que puede encontrar una planta fotosintetizadora. La distribución geográfica natural de las especies de plantas puede entenderse en términos de su capacidad para realizar la fotosíntesis de manera eficiente bajo la variedad de condiciones que encuentran en los diversos ecosistemas de la Tierra. Asimismo, los factores ambientales gobiernan el rango sobre el cual se pueden introducir y cultivar con éxito cultivos agrícolas específicos.

Tanto los métodos tradicionales de fitomejoramiento como las técnicas de la biología molecular moderna se están utilizando para producir plantas que pueden mantener su vigor y soportar altas tasas de fotosíntesis cuando se someten a estrés ambiental. Estos enfoques han tenido mucho éxito en el pasado y prometen aumentar aún más la productividad de los cultivos y disminuir la necesidad de fertilizantes, herbicidas e insecticidas. Estos temas se tratarán con más detalle en otro módulo.

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Resumen de la sección

En la primera parte de la fotosíntesis, la reacción dependiente de la luz, las moléculas de pigmento absorben energía de la luz solar. El pigmento más común y abundante es la clorofila. a. Un fotón golpea el fotosistema II para iniciar la fotosíntesis. La energía viaja a través de la cadena de transporte de electrones, que bombea iones de hidrógeno al espacio tilacoide. Esto forma un gradiente electroquímico. Los iones fluyen a través de la ATP sintasa desde el espacio tilacoide hacia el estroma en un proceso llamado quimiosmosis para formar moléculas de ATP, que se utilizan para la formación de moléculas de azúcar en la segunda etapa de la fotosíntesis. El fotosistema I absorbe un segundo fotón, lo que da como resultado la formación de una molécula de NADPH, otro portador de energía para las reacciones del ciclo de Calvin.


Ver el vídeo: Fotosíntesis y Pigmentos (Diciembre 2022).