Entendiendo los pigmentos
Existen diferentes tipos de pigmentos, y cada uno absorbe sólo ciertas longitudes de onda (colores) de la 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 a las plantas. La clorofila a absorbe longitudes de onda de los dos extremos del espectro visible (azul y rojo), pero no del verde. Como el verde se refleja, la clorofila aparece verde.
Figura 4. Las plantas que suelen crecer a la sombra se benefician de tener una variedad de pigmentos que absorben la luz. Cada pigmento puede absorber diferentes longitudes de onda de la luz, lo que permite a la planta absorber cualquier luz que pase por los árboles más altos. (Crédito: Jason Hollinger)
Otros tipos de pigmentos son 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 pleno acceso a la luz solar. Algunos organismos crecen bajo el agua, donde la intensidad de la luz disminuye con la profundidad y ciertas longitudes de onda son absorbidas por el agua. Otros organismos crecen compitiendo por la luz. Las plantas del suelo de la selva tropical deben ser capaces de absorber cualquier trocito de luz que les llegue, porque los árboles más altos bloquean la mayor parte de la luz solar (Figura 4).
Cómo funcionan las reacciones dependientes de la luz
El objetivo general de las reacciones dependientes de la luz es convertir la energía luminosa en energía química. Esta energía química será utilizada por el ciclo de Calvin para alimentar el ensamblaje de las moléculas de azúcar.
Las reacciones dependientes de la luz comienzan en una agrupación de moléculas de pigmento y proteínas llamada fotosistema. Los fotosistemas existen en las membranas de los tilacoides. Una molécula de pigmento del fotosistema absorbe un fotón, una cantidad o «paquete» de energía luminosa, cada vez.
Un fotón de energía luminosa viaja hasta alcanzar una molécula de clorofila. El fotón hace que un electrón de la clorofila se «excite». La energía que recibe el electrón le permite liberarse de un átomo de la molécula de clorofila. Por tanto, se dice que la clorofila «dona» un electrón (Figura 5).
Figura 5. La energía de la luz es absorbida por una molécula de clorofila y pasa a lo largo de una vía a otras moléculas de clorofila. La energía culmina en una molécula de clorofila que se encuentra en el centro de reacción. La energía «excita» uno de sus electrones lo suficiente como para abandonar la molécula y ser transferida a un aceptor primario de electrones cercano. Una molécula de agua se divide para liberar un electrón, que es necesario para reemplazar el donado. El oxígeno y los iones de hidrógeno también se forman a partir de la división del agua.
Para reemplazar el electrón en la clorofila, se divide una molécula de agua. Este desdoblamiento libera un electrón y da lugar a la formación de oxígeno (O2) e iones de hidrógeno (H+) en el espacio tilacoide. Técnicamente, cada ruptura de una molécula de agua libera un par de electrones, y por lo tanto puede reemplazar dos electrones donados.
La sustitución del electrón permite a la clorofila responder a otro fotón. Las moléculas de oxígeno producidas como subproductos encuentran su camino hacia el medio ambiente circundante. Los iones de hidrógeno desempeñan papeles críticos en el resto de las reacciones dependientes de la luz.
Tenga en cuenta que el propósito de las reacciones dependientes de la luz es convertir la energía solar en portadores químicos que se utilizarán en el ciclo de Calvin. En los eucariotas existen dos fotosistemas, el primero se llama fotosistema II, que recibe su nombre por el orden de su descubrimiento más que por el orden de su función.
Después de que el fotón impacta, el fotosistema II transfiere el electrón libre al primero de una serie de proteínas dentro de la membrana del tilacoide llamada cadena de transporte de electrones. A medida que el electrón pasa a lo largo de estas proteínas, la energía del electrón alimenta las bombas de membrana que mueven activamente los iones de hidrógeno contra su gradiente de concentración desde el estroma hacia el espacio tilacoide. Esto es bastante análogo al proceso que ocurre en la mitocondria, en el que una cadena de transporte de electrones bombea iones de hidrógeno desde el estroma mitocondrial a través de la membrana interna y hacia el espacio intermembrana, creando un gradiente electroquímico. Una vez utilizada la energía, el electrón es aceptado por una molécula de pigmento en el siguiente fotosistema, que se denomina fotosistema I (Figura 6).
Figura 6. Desde el fotosistema II, el electrón excitado viaja a lo largo de una serie de proteínas. Este sistema de transporte de electrones utiliza la energía del electrón para bombear iones de hidrógeno al interior del tilacoide. Una molécula de pigmento del fotosistema I acepta el electrón.