fotosintesis

FOTOSÍNTESIS RUTAS ANABOLICAS

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En eucariontes el proceso fotosintético ocurre en un organelo llamado cloroplasto, éste, al igual que las mitocondrias, tiene dos membranas. La membrana externa permeable a pequeñas moléculas e iones y la membrana interna, que rodea al estroma (sustancia semejante a la matriz de la mitocondria) en donde se encuentran las enzimas, necesarias para el proceso fotosintético, y unas estructuras membranosas en forma de sacos aplanados, llamados tilacoides, que se forman a partir de la membrana interna. Al conjunto de tilacoides apilados se les llama grana.

Ahora bien, en las membranas tilacoidales se encuentran los pigmentos fotosintéticos gracias a los cuales es posible la absorción de energía luminosa. Un pigmento es cualquier sustancia que absorbe luz. El color de un pigmento es el resultado de la longitud de onda reflejada (no absorbida). La clorofila, es el pigmento verde de todas las células fotosintéticas, absorbe todas las longitudes de onda de la luz visible excepto el verde, el cual es reflejado y percibido por nuestros ojos. Un cuerpo negro absorbe todas las longitudes de onda que recibe. El pigmento blanco o los colores claros reflejan todo a casi todas las longitudes de onda. Las sustancias coloreadas tienen un espectro de absorción característico, que es el patrón de absorción de un pigmento dado.

El principal pigmento fotosintético es un tipo especial de clorofila llamada “clorofila a”, que esta implicada directamente en la transformación de energía luminosa a energía química. La mayoría de las plantas poseen además otro tipo de clorofila, la “clorofila b”, y muchas algas contienen “clorofilas c y d”, como pigmentos complementarios.

Además de las clorofilas existen otros pigmentos que se les denomina como “pigmentos accesorios”, gracias a los cuales las plantas y las algas pueden absorber longitudes de onda diferentes, entre ellos podemos mencionar a los carotenoides, como son xantofila (amarilla) y el β-caroteno (anaranjado). Las algas pueden tener ficobilinas, como la ficoeritrina (roja) presente en las algas rojas.

La clorofila y los pigmentos accesorios se agrupan entre sí en la membrana tilacoidal uniéndose a un complejo de proteínas para formar unidades encargadas de capturar energía luminosa llamadas fotosistemas. Cada fotosistema consta de dos componentes: a) moléculas antena y b) el centro de reacción.

a) Las moléculas antena contiene entre 250 y 400 moléculas de pigmentos fotosintéticos, tanto de moléculas de clorofila a y b como de pigmentos accesorios, que están fuertemente agrupadas mediante proteínas de fijación sobre la membrana tilocoidal. Cuando un fotón de energía lumínica es absorbido por una molécula de pigmento, la energía es rápidamente transferida de una molécula a otra por un proceso de resonancia, confluyendo, como en un “embudo”, hasta llegar a un único centro de reacción.

b) El centro de reacción está formado por un par especial de moléculas de clorofilas, y se piensa que se originó hace más de 3000 millones de años en una bacteria fotosintética primitiva, teniendo

Actividad 5.4: El cloroplasto y los pigmentos fotosintéticos


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desde entonces un extraordinario éxito evolutivo. La energía de la luz, canalizada desde las moléculas antena hacia este centro de reacción, provoca la excitación de un electrón, provocando su transferencia a un aceptor primario de electrones (que se reduce) situado en el mismo complejo proteico, con lo que le electrón se aleja de la clorofila y ésta se oxida y queda por un momento cargada positivamente.

En la membrana tilacoidal de los cloroplastos existen en realidad dos fotosistemas. El fotosistema I que se denomina también P700 porque su centro de reacción tiene un máximo de absorción de 700nm y el fotosistema II que se llama P680 debido a que su par especial de clorofilas activas tienen un máximo de absorción de 680 nm

1. A continuación se muestra la imagen de un cloroplasto (microscopio electrónico), observa sus diferentes estructuras y posteriormente localízalas y escríbelas en la representación de este organelo.

2. A continuación se describe la estructura química de tres pigmentos fotosintéticos, lee e identifica a cuál formula, de las que se muestran posteriormente, corresponde. Escribe el nombre de cada pigmento, y posteriormente ilumínalo de acuerdo al color que refleja.

a) Clorofilas: Son pigmentos verdes ya que reflejan la longitud de onda correspondiente al verde y absorben el violeta, el azul y también el rojo. Presentan un sistema de cuatro heterociclos de cinco vértices que rodean a un átomo de magnesio, coordinado por los cuatro nitrógenos internos de los heterociclos. El grupo carboxílico del cuarto heterociclo está esterificado por una larga cadena lateral del isoprenoide fitol. b) El β-caroteno: Es un pigmento con coloraciones naranjas. Contiene una estructura isoprenoide formada por átomos de carbono con dobles enlaces alternos. c) Ficoeritrina: es un pigmento de color rojo, contiene estructuras cíclicas parecidas a la clorofila pero extendidas, a las cuales se les denomina en conjunto tetrapirroles.

!

Membrana(externa(

Membrana(interna(

Grana(

Estroma(

Tilacoide


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4. Observa la siguiente gráfica donde se muestra el espectro de absorción de distintos pigmentos fotosintéticos en las plantas y responde las siguientes preguntas.

a) ¿Qué pigmento fotosintético absorbe longitudes de onda entre los 650 y 680 nm?

b) ¿Por qué la ficocianina es un pigmento de color azul?

c) ¿A qué longitud de onda absorben mejor los carotenoides?

Ficoeritrina (pigmento rojo)

Ficocianina (pigmento azul)

Clf a= Clorofila a (pigmento verde claro)

Clf b= Clorofila b (pigmento verde oscuro)

Carotenoides (pigmento amarillo)

morad

o&

azul&oscuro&&

azul&claro&

verde&oscuro&

verde&claro&

amarillo&

naranja&

rojo&


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d) ¿Qué franja de luz visible absorben mejor las clorofilas a y b?

e) De acuerdo a la gráfica ¿cuál o cuales son las longitudes de onda más efectivas para que se lleve a cabo la fotosíntesis?, ¿a qué franja de luz visible corresponden? y ¿a qué pigmentos corresponden?

5. A partir del análisis de los espectros de absorción de luz, explica ¿porqué se benefician los organismos fotosintéticos al contar con distintos pigmentos fotosintéticos?

6. Si una planta presenta una coloración amarilla, ¿qué tipo de pigmentos actúan con mayor eficacia fotosintética?

7. ¿Cuáles son las ventajas de tener los pigmentos fotosintéticos agrupados en grandes complejos?

8. De acuerdo a la información del texto, en la siguiente imagen realiza lo siguiente:

a) localiza y señala en el esquema al menos dos moléculas antena y cual el centro de reacción b) ilumina de color naranja las representaciones con el número 1, con el numero 2 de verde claro y el con 3 de verde oscuro c) explica porqué se considera al complejo antena como un embudo y cual su relación con el centro de reacción

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