NATURALEZA DE LA LUZ


En el siglo XVII se creía que la luz estaba formada por partículas muy pequeñas o corpúsculos que atravesaban materiales transparentes y eran reflejadas por los más opacos.
En 1670, Huygens explico que la luz no tenía naturaleza de partícula y que estaba formada por ondas electromagnéticas de longitud de onda muy pequeña.
En 1650, Albert Einstein propuso que la luz estaba compuesta por partículas llamadas fotones.

Isaac Newton
Isaac Newton
Albert Einstein
Albert Einstein


La luz tiene propiedades explicables por el modelo ondulatorio y por el modelo corpuscular, por lo tanto podemos decir que la luz tiene naturaleza dual: se comporta como onda y como partícula
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La luz blanca se descompone en diferentes colores (color = longitud de onda) cuando pasa por un prisma. La longitud de onda se define como la distancia de pico a pico (o de valle a valle). La energía es inversamente proporcional a la longitud de onda: longitudes de onda larga tienen menor energía que las cortas.

La distribución de los colores en el espectro esta determinado por la longitud de onda de cada uno de ellos. La luz visible es una pequeña parte del espectro electromagnético. Cuanto más larga la longitud de onda de la luz visible tanto más rojo el color. Asimismo las longitudes de onda corta están en la zona violeta del espectro. Las longitudes de onda más largas que las del rojo se denominan infrarrojas, y aquellas más cortas que el violeta, ultravioletas.



A penas 42% de la radiación emitida por el Sol atraviesa la atmosfera de la Tierra y alcanza su superficie.

Las longitudes de onda de más alta energía son eliminadas por la capa de ozono en la estratosfera, en tanto que el agua y el dióxido de carbono se encargan de detener las longitudes de onda de baja energía antes de que alcancen la superficie. En conclusión, las moléculas orgánicas y los procesos en los organismos, como la visión y la fotosíntesis, están adaptados químicamente a la radiación que tiene mayor prevalencia en el ambiente: la luz visible.



Espectro de luz
Espectro de luz

La radiación emitida por el Sol llaga a la Tierra en forma de ondas electromagnéticas o radiaciones. La longitud de estas ondas oscila entre 0.2 nm a varios metros como las ondas de radio.

Casi 12% de la energía proveniente del Sol es irradiada en longitudes de onda que corresponden a la zona del espectro visible que se ubica en el rango de 400 a 700 nm. Solo esta franja es captada por el ojo humano; longitudes de onda mas cortas o mas largas no son percibidas.


Solo la porción de espectro visible que contiene los colores rojo, anaranjado, amarillo, azul y violeta es utilizada por las plantas para llevar a cabo la fotosíntesis
y proporciona la energía necesaria para soportar las cadenas alimenticias de los organismos de planeta.


PIGMENTOS FOTOSINTETICOS


La radiación luminosa llega a la tierra en forma de paquetes conocida como cuantos. Los seres fotosintéticos captan la luz mediante diversos pigmentos fotosensibles, entre los que destacan la clorofila y los carotenoides.

Un pigmento es cualquier sustancia que absorba la luz. La mayor parte solo absorbe algunas longitudes de onda y refleja o transmite las demás. El color del pigmento esta dado por la longitud de onda no absorbida.
Los pigmentos encontrados en los cloroplastos pueden absorber diversas porciones de luz visible, lo cual se conoce como su espectro de absorción, que es característico de cada uno de ellos
.

external image Image326.gifAl absorber los pigmentos la luz, electrones de sus moléculas adquieren niveles energéticos superiores, cuando vuelven a su nivel inicial liberan energía que sirve para activar una reacción química: una molécula de pigmento se oxida al perder un electrón, que es recogido por otra sustancia, que se reduce. Así puede transformar la energía luminosa en energía química.

CLOROFILA


La clorofila es un pigmento de color verde, insoluble en agua pero soluble en sustancias orgánicas (éter, alcohol, acetona) que es común a todas las células fotosintéticas. Se han identificado al menos siete tipos de clorofilas; a, b, c, d, e, la bacterioclorofila a, la bacterioclorofila b y la bacterioviridina. Sin embargo, las clorofilas ay b son la mas abundantes en las plantas superiores (hierbas, matas arbustos y arbol
es).

La clorofila permite el paso de diferentes longitudes de onda sin que sean absorbidas. Las clorofilas a y b absorben la luz violeta, azul y roja mejor que la de otros colores, debido a que la luz verde es transmitida y reflejada por la clorofila, las hojas de las plantas nos parecen verdes.

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Los carotenoides son pigmentos que están matizados de amarillo y naranja; se encuentran mezclados con la clorofila en las plantas verdes y pueden absorber la luz del espectro violeta-azul-verde.

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En la fotosíntesis se diferencian dos etapas, con dos tipos de reacciones:

A) Fase luminosa
B) Fase oscura


FASE LUMINOSA (dependiente de la luz)


En ella se produce energía química que se almacena en el que se produce adenosin trifosfato (ATP), fosfato de nicotinamina adenin dinucleótido reducido (NADPH) y oxigeno desprendido mediante el rompimiento de la molécula de agu
a.

Se lleva acabo en la grana y en la membrana de los tilacoides de los cloroplastos, donde se encuentran los pigmentos fotosintéticos.

La molécula de clorofila presenta una estructura atómica muy peculiar, debido a la forma en la que se encuentran distribuidos los electrones. Cuando un fotón incide sobre la molécula de clorofila, se lleva a cabo una absorción de energía, provocando cambios sobre la molécula. Se dice entonces que la molécula de clorofila se ha elevado a un estado excitado, ya que los electrones de orbitas interna san pasado a otros orbitales mas externos.

Solo las longitudes de onda que son absorbidas por la clorofila provocan que los electrones sean disparados a otros niveles energéticos.

La molécula de clorofila que ha sido excitada pude seguir dos caminos:

1.- Puede regresar a su estado inicial de baja energía provocando que se libere la energía que la había elevado a niveles energéticos superiores, ya sea en forma de calor, en forma de luz roja (fluorescencia) o en ambas.
2.- Cambio químico. El electrón que ha sido disparado a otros niveles pude encontrarse con otras moléculas y, en consecuencia, llevarse a cabo una serie de reacciones de oxidación y reducción, provocando pérdidas y ganancias de electrones en cadena.

En las hojas de las plantas las moléculas de clorofila no fluorescen. El electrón sigue el segundo camino. El electrón que ha sido disparado a otros orbitales participa en la transformación química de diferentes compuestos.

No todas las clorofilas tienen la capacidad de disparar el mecanismo fotosintético. Dos tipos de pigmentos, que son diferentes formas de la clorofila a, son capaces de iniciar el proceso (las formas P700 y P680). Clorofila b, la mayor parte de la clorofila a y los carotenoides funcionan como pigmentos antena, ya que cuando son golpeados por fotones transfieren su energía de excitación a cualquiera de las formas P700 O P680.


FOTOSISTEMAS


Las moléculas de clorofila funcionan de manera conjunta como unidades fotosintéticas, constituyendo un complejo llamado fotosistemas I y II.

Una unidad fotosintética esta formada por un numero de moléculas de pigmentos fotosintéticos y una variedad de las formas de clorofila a.
El fotosistema I esta formado por:

•Moléculas de clorofila a.
•Moléculas de carotenoides
•Una molécula de la variedad de clorofila de la forma P700
Es activado por longitud de onda larga.

El fotosistema II esta formado por:

•Moléculas de clorofila b
•Una molécula de la variedad de clorofila de la forma P680
Es activado por longitud de onda mas corta que las que activan el fotosistema I.

La fase luminosa, donde la energía luminosa absorbida es transformada en energía química, se lleva a cabo por dos procesos interconectados: la fosforilación cíclica y la fosforilación no cíclica.

Fosforilacion es el proceso por el cual se sintetiza el ATP (moneda energética) a partir de la unión entre el ADP y el fósforo. El termino fosforilación se refiere a la formación de ATP impulsada por energía luminosa.


FOSFORILACIÓN CÍLICA: Se leva a cabo cuando el fotosistema I es activado con longitud de onda de 700 nm. Se siguen los siguientes procesos:
1.- Los fotones que inciden en la molécula de clorofila, elevan a los electrones a un nivel energético mayor.
2.- Los electrones son transportados por diferentes moléculas, que funcionan como aceptores electrónicos.
3.- La energía del electrón es cedida a un sistema fosforilante que utilizará la energía para formar dos moléculas de ATP.
4.- El electrón regresa a la molécula de clorofila, reiniciándose el proceso.


FOSFORILACION NO CILCLICA: Se lleva acabo cuando el fotosistema es activado por longitud de onda de 680 a 700 nm. Se siguen los siguientes procesos:
1.- Se rompe la molécula del agua (fotólisis del agua), liberando electrones, protones en forma de iones de hidrógeno y oxígeno gaseoso.
2.- Los electrones son absorbidos y transformados por las unidades fotosintéticas del fotosistema II, participando en el flujo electrónico posterior.
3.- Los protones son absorbidos por el último aceptor de electrones el NADP, quedando en su forma reducida NADPH.
4.- El oxígeno formado es liberado a la atmosfera por medio de los estomas de las hojas.
5.- Como resultado del flujo electrónico, la energía es utilizada para sintetizar
ATP.



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REFERENCIAS

•MADER, Silvia S. Biología. Novena edición. Ed. McGraw-Hill. China. 2007. 950 p.
•CRUZ, María del Carmen M., et. Al. Biología I. Quinta edición. Ediciones INITE.
México. 2009. 490 p.


http://www.biol.unlp.edu.ar/farmacia/farmacognosia/fotosintesis_farmacognosia.htm