Fotosistemas

¿Por qué poseen los cloroplastos varias clases de pigmentos? Empezó a obtenerse una respuesta gracias a los estadounidenses Robert Emerson (1903-1959) y William Archibald Arnold (1904-2001). En 1932, estos fisiólogos vegetales midieron la cantidad de O₂ que producía el alga unicelular Chlorella cuando se exponía a breves destellos de luz. Suponían que dicha cantidad crecería a medida que aumentaran la intensidad de los destellos (esto es, el número de fotones), hasta que cada una de las moléculas de clorofila recibiera un fotón y produjera su correspondiente molécula de O₂; a partir de ese momento no se conseguiría nada incrementando la intensidad (del mismo modo que una esponja saturada no puede absorber más agua). Para su sorpresa, lo que observaron fue que dicha saturación lumínica se alcanzaba mucho antes, cuando solo se formaba una molécula de O₂ por
cada 2 480 moléculas de clorofila.

Este experimento condujo al biofísico alemán Hans Gaffron (1902-1979) a proponer que la luz no se
absorbe por moléculas de pigmento individuales, sino por agrupaciones de centenares de ellas a las que se conoce como fotosistemas. Cada fotosistema incluye una región, el centro de reacción, con una o dos moléculas de clorofila a (el par especial) que intervienen directamente en las reacciones químicas de la fotosíntesis (en la producción de O₂, por ejemplo). Los restantes pigmentos solo actúan como antenas, así llamadas porque están “sintonizadas” para absorber luz de determinada longitud de onda. La mayoría de los pigmentos antena se agrupan en complejos colectores de luz (LHC, del inglés light-harvesting complex):

Estructura de un fotosistema. Obsérvese que la energía se transmite a través de pigmentos que absorben luz a longitudes de onda progresivamente mayores (fuente: ASH).

Como se aprecia en la ilustración anterior, el LHC semeja una lente de aumento que enfoca energía hacia el centro de reacción: uno de los pigmentos antena absorbe un fotón y, acto seguido, transmite su energía de excitación a una segunda molécula capaz de absorber la luz que la primera emite en forma de fluorescencia. Aunque la energía se transfiere por el LHC sin rumbo fijo, la clorofila del centro de reacción acaba atrapándola porque es la que absorbe luz a longitudes de onda más largas.