Tema 7. La luz y el aparato fotosintético PDF

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Summary

Tema 7. LA LUZ Y EL APARATO FOTOSINTÉTICO
- Estructura del cloroplasto
- Estructura de las clorofilas
- Espectros de absorción de clorofilas
- Carotenoides
- Fases fundamentales de la fotosíntesis
- Características de la luz
- Espectro de la radiación elect...

Description

7. LA LUZ Y EL APARATO FOTOSINTÉTICO Estructura del cloroplasto Está delimitado por una doble membrana membrana, las cuales están separadas por un espacio intermembranal intermembranal. Las dos membranas son lisas, pero se diferencian en que la más externa es bastante permeable, mientras que la interna tiene permeabilidad diferencial (el control de metabolitos que entran o salen están controlados por la membrana interna.

Dentro del cloroplasto vamos a encontrar el estroma o matriz soluble, y el sistema membranoso, compuesto de una serie de membranas entre las cuales se encuentran las lamelas estromáticas estromáticas, que son membranas que atraviesan transversalmente el cloroplasto. Intercalándose en las lamelas estromáticas encontramos los tilacoides, los cuales tienen forma de saco aplanado y son cerrados. En el estroma hay enzimas solubles que van a llevar a cabo los procesos que ocurren dentro del cloroplasto. Hay proteínas solubles, ADN y ARNr cloroplástico. En el sistema membranoso están los pigmenos y los componentes fotosintéticos que van a absorber la luz y la van a transformar en energía química.

Estructura de las clo clorofilas rofilas Las plantas tienen clorofila y carotenoides: Clorofilas. Tienen dos tipos: la clorofila a y la b. Están constituidas por un núcleo denominado porfirina polar, el cual está compuesto por 4 núcleos pirrólicos (tetratirrol), y en el centro de éste hay un átomo de Mg. Además, tienen una cadena lineal (terpenoide de 20C) denominada fitol, la cual se une a la porfirina por un resto propiónico que está en el anillo 4 de la porfirina. La porfirina se caracteriza porque tiene un sistema de doble enlace conjugado, que es donde se van a situar los electrones que están en orbitales pi y los cuales son los encargados de absorber la luz.



La clorofila a se diferencia de la clorofila b en la estructura: La clorofila en el anillo pirrólico 2 tiene un grupo metilo, mientras que la clorofila b tiene un grupo aldehído.

Espectros de ab absorción sorción de clorofilas Tienen un espectro de luz azul y roja. Las clorofilas son insolubles en agua y solubles en compuestos orgánicos (éter, metanol…). Así pues, los espectros de absorción varían según el solvente utilizado para extraerla. Cuando se hace el espectro de absorción en vivo, éste también es diferente al que se obtiene in vitro, ya que en vivo las clorofilas no están aisladas, sino unidas a proteínas por enlaces no covalentes (enlaces débiles). Debifo a estos enlaces, interacciona con el espectro. Las plantas tienen tanto clorofila a como b, pero el contenido de b es menor (1/3 de clorofila a)

Carotenoides Son los responsables del color amarillo-anaranjado de las plantas. Siempre se encuentran en las hojas, aunque no siempre se percibe ya que están enmascarados por la clorofila. Los carotenoides en las plantas existen en dos tipos:  

Carotenos Carotenos. Están formados por C y H. Hay dos tipos de carotenos: alfa y beta. Xantofilas Xantofilas. Están formados por C, H y O

Los carotenoides son lípidos isoprenoides de 40 carbonos. Tienen un sistema de doble enlace conjugado donde se encuentra los electrones en orbitales pi, que se encargan de absorber la luz. Los carotenoides absorben la luz de la zona de luz azul y algo de la del verde, y la energía obtenida la transfiere a las moléculas de clorofila. Además, protege a la clorofila de los procesos de fotooxidación.

Fases fundamentales de la fo fotosíntesis tosíntesis 1. Absorción y conversión de la energía de la luz en energía química, la cual está en forma de ATP o de NADPH. 2. Fase de utilización de la energía química en la asimilación de elementos constitutivos de la materia orgánica (asimilar CO2, N2…)

Características de la luz La luz es una radiación electromagnética que viene caracterizada por la frecuencia y por la longitud de onda. La luz también la podemos considerar como una corriente de fotones. A la energía que tiene un fotón de luz se le denomina q uanto uanto. Esta energía se puede conocer por la ecuación de Plank.

E=h·v=

ℎ·𝑐 𝜆

Energía de un fotón (quanto)

Cuanto mayor es la longitud de onda, la energía es menor. A la energía de un mol de fotones es lo que denominados Einstein Einstein. Conociendo la longitud de onda podemos conocer la energía de un fotón o de un mol de fotones.

E=N·h·v=N·

ℎ·𝑐 𝜆

Energía de un mol de fotones (Einstein)

E = Energía J v = Frecuencia s-1 h = Constante de Planck: 6,62 · 10-34 J s c = Velocidad de la luz: 3 · 108 m s-1 λ = Longitud de onda N = nº de Avogadro: 6,022 · 1023

Espectro de la radiación electromagnética La radiación solar está compuesta por diferentes tipos de radiaciones. Va desde los rayos gamma hasta las radio frecuencias. Los ra rayos yos gamma tienen menos longitud de onda y por lo tanto mayor energía, mientras que radio frecuencias tienen mayor longitud de onda y menor frecuencia. las La fotosíntesis la llevan a cabo las plantas en la parte del espectro de la radiación electromagnética comprendida entre 400 y 700 nm. A esta parte del espectro se le llama espectro visi visible ble y además también se le denomina PAR( radiación fotosintéticamente activa).

Niveles de energía y tran transiciones siciones electrónicas en la molécula de clorofila Podemos decir que los pigmentos se componen de varios átomos cuyos electrones van a interaccionar entre sí de forma que los electrones de los pigmentos se localizan en orbitales moleculares, y a su vez, estos están compuestos de varios subniveles y varios subestados vibracionales. Cuando un pigmento que está en un estado basal absorbe un fotón en este proceso, el electrón de su última capa pasa de este estado basal de menor energía a un estado de mayor energía, y por lo tanto, se produce una transición que va desde un estado basal (estado singlete basal) a un estado excitado (estado singlete excitado). Los estados singlete se caracterizan porque en la última capa hay dos electrones con el nº de spin opuesto

Estados energéticos de la clorofila - Estado singlete basal (s0). Se caracteriza porque es un estado electrónico que tiene 2e- en la última capa con el spin opuesto. - Estado singlete excitado (s1 o s2). Se produce cuando el pigmento, al absorber un fotón de luz, el electrón de la última capa pasa a un nivel energético superior, pero manteniendo el spin. Si se absorbe el fotón con menor energía se llega a s1 excitado, si tiene mayor energía s2 o s3 Hay tatos niveles singletes excitados como fotones pueda absorber el pigmento. - Triplete. Se consigue a partir de un estado singlete excitado. Consiste en que parte de la energía de excitación es utilizada para cambiar el spin del electrón que ha sido excitado. Estos estados excitados (tanto singletes como tripletes) son muy inestables y el electrón tiende a perder la energía de excitación, volviendo a estado de singlete basal).

Estado Singlete s2

Estado Singlete s1 Estado Triplete

Estado Singlete Basal

Estabilidad del estado excitado y ví vías as de relajación (Formas de perder electrón de eexcitación) xcitación) - Relajación térmica. Consiste en la pérdida de energía de excitación en forma de calor y puede ocurrir dentro del mismo estado electrónico o entre estados electrónicos diferentes. Es un proceso muy rápido. - Fluorescencia (FL). La fluorescencia es la pérdida de energía en forma de radiación electromagnética. La radiación emitida es de mayor longitud de onda (menor energía) que la radiación absorbida. El proceso es rápido y la transición que lleva a cabo es entre el estado singlete 1 y el estado singlete 0. - Cruce intersistémico. Es el paso de un singlete excitado a estado de triplete. Es una transformación en la cual la energía de excitación se usa para cambiar el nº de spin. Es poco frecuente. - Fosforecencia. Pérdida de energía en forma de una radiación electromagnética de mayor longitud de onda que la radiación absorbida. Es poco frecuente y es la transición del estado de triplete al estado basal. - Transferencia de energía de excitación (TE). Ocurre cuando un pigmento en estado excitado transfiere su energía de excitación a otro pigmento. Para ello los pigmentos tienen que estar muy próximos para que pueda pasar la energía. No emite radiación electromagnética. Se transmite energía de excitación. Es más frecuente que el de fluorescencia.

Estados energéticos de la clorofila Cuando una molécula de clorofila está en su estado basal y absorbe un fotón de luz azul pasa a un estado energético de mayor energía (estado excitado) que si absorbe un fotón de luz roja (porque la luz azul al tener menor longitud de onda tiene mayor energía). Mediante relajación térmica se puede dar el paso a un estado excitado de menor energía por pérdida de calor. También puede ocurrir que estados excitados pasen a estado singlete basal mediante la transferencia de energía de excitación (se pasaría la energía a un pigmento próximo) o también se puede pasar a estado basal con emisión de fluorescencia, perdiendo as calor por emisión de mayor λ.

La unidad funcion funcional al de la fotosíntesis: El fotosistema Para que el aparato fotosintético funcione bien, requiere la presencia de los fotosistemas, que son sistemas capaces de absorber y convertir la energía del fotón en energía redox. Así pues, estos se componen de: 

Antena. Absorbe la radiación y la transfiere al centro de reacción.

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Centro de rea reacci cci cción. ón. En él se produce una reacción fotoquímica en la que la energía de la luz se transforma en energía redox.

Los pigm pigmentos entos antena absorben la lluz uz y canalizan la energía de excitación hacia los centro centross de reacción En la antena hay diferentes pigmentos que absorben la luz y la transfieren al centro de reacción. Esa transferencia de energía de excitación se da entre pigmentos que a medida que se van acercando al centro de reacción, estos deben absorber a mayor longitud de onda, ya que en esa transferencia cada pigmento va perdiendo un poco de energía en forma de calor....