Pigmentos

Las moléculas capaces de absorber luz visible se llaman pigmentos. Los organismos han desarrollado una amplia variedad de pigmentos, dos de los cuales resultan esenciales para las plantas: las clorofilas y los carotenoides; especialmente la clorofila que, como veremos a continuación, es el principal pigmento que usan las plantas para absorber luz. El experimento esquematizado en la ilustración siguiente sirvió para caracterizar el espectro de acción de la clorofila, esto es, la eficiencia de las distintas longitudes de onda a la hora de promover la fotosíntesis.

Engelmann situó un fragmento del alga filamentosa Spirogyra, con grandes cloroplastos en forma de cinta, en una preparación microscópica de bacterias con aerotaxis (que buscan las áreas con altas concentraciones de oxígeno). Al irradiar diferentes partes del cloroplasto con colores distintos, las bacterias sólo se concentraban en las áreas iluminadas con luces azules y rojas (fuente: ASH).

Un hecho curioso, en relación con este último punto, es que a las plantas parece sobrarles luz: cada año la superficie terrestre recibe 3,18 × 10²¹ kJ de energía solar, de la que el 15 por ciento es reflejada por el hielo, los mares, las rocas o los propios seres vivos; además, solo un 49 por ciento de ella pertenece al espectro visible, y la mayor parte se localiza en la banda centrada alrededor de la luz verde, justamente la que las plantas no utilizan [véase ilustración].

Irradiancia (cantidad de energía que llega a 1 m² de superficie en 1 s) de las distintas radiaciones electromagnéticas que inciden sobre la Tierra (fuente: ASH).

Como se explicó en la unidad anterior, la clorofila incluye en su estructura un anillo de porfirina, cuyos electrones pueden fácilmente ser impelidos por fotones de luz visible a través del sistema de enlaces dobles y sencillos alternantes. Si ocurre esto los electrones están menos ligados a la molécula de clorofila, por lo que esta tiene mayor tendencia a cederlos; esto es, su potencial redox disminuye (ilustración siguiente). Si en la vecindad hay una molécula con un potencial más positivo, la clorofila podrá oxidarse; en caso contrario, al cabo de unos picosegundos el electrón retornará a su estado anterior, cediendo energía en forma de luz de mayor longitud de onda que la recibida (fluorescencia) o de calor.

La clorofila tiene la extraordinaria propiedad de alternar entre dos potenciales redox distintos, interconvertibles gracias a la absorción o emisión de fotones. En el potencial bajo es capaz de ceder electrones a un aceptor adecuado, y en el alto puede tomarlos de un dador (fuente: ASH).

Los grupos funcionales unidos a un anillo de porfirina pueden alterar sus propiedades, en particular el rango de longitudes de onda que absorben. De este modo se pudo observar que el pigmento que se extraía de los cloroplastos era en realidad una mezcla de dos sustancias a las que se denominó clorofilas a y b, que diferían en su forma de absorber la luz. Más adelante se identificaron otros tipos de clorofila menos frecuentes, así como diversos grupos de pigmentos, en especial los carotenoides (por ejemplo, el β-caroteno), que absorben luz a longitudes de onda diferentes:

Espectros de absorción de las clorofilas a y b y del β-caroteno. Las diferencias de absorción entre los dos tipos de clorofilas se deben únicamente a la sustitución de un grupo metilo por un aldehído (fuente: ASH).