Pigmentos fotosintéticos: características y tipos principales
Los pigmentos fotosintéticos son compuestos químicos que absorben y reflejan ciertas longitudes de onda de la luz visible, lo cual los hace parecer “coloridos”. Distintos tipos de plantas, algas y cianobacterias poseen pigmentos fotosintéticos, que absorben a distintas longitudes de onda y generan distintos colores, principalmente verdes, amarillos y rojos.
Estos pigmentos son necesarios para algunos organismos autótrofos, como las plantas, porque las ayudan a aprovechar un amplio rango de longitudes de onda para producir sus alimentos en la fotosíntesis. Como cada pigmento reacciona solo con algunas longitudes de onda, existen distintos pigmentos que permiten capturar mayor cantidad de luz (fotones).
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Como se dijo anteriormente, los pigmentos fotosintéticos son elementos químicos que se encargan de absorber la luz necesaria para que pueda generarse el proceso de fotosíntesis. Mediante la fotosíntesis, la energía del Sol se convierte en energía química y azúcares.
La luz solar está compuesta por diversas longitudes de onda, que poseen distintos colores y niveles de energía. No todas las longitudes de onda son usadas por igual en la fotosíntesis, razón por la cual hay distintos tipos de pigmentos fotosintéticos.
Los organismos fotosintéticos contienen pigmentos que absorben solo las longitudes de onda de la luz visible y reflejan otras. El conjunto de longitudes de onda absorbidas por un pigmento es su espectro de absorción.
Un pigmento absorbe ciertas longitudes de onda, y las que no absorbe las refleja; el color es simplemente la luz reflejada por los pigmentos. Por ejemplo, las plantas parecen verdes porque contienen muchas moléculas de clorofila a y b, las cuales reflejan la luz verde.
Los pigmentos fotosintéticos se pueden dividir en tres tipos: clorofilas, carotenoides y ficobilinas.
Las clorofilas son pigmentos fotosintéticos de color verde que contienen en su estructura un anillo de porfirina. Son moléculas estables en forma de anillo alrededor de las cuales los electrones son libres de migrar.
Debido a que los electrones se mueven libremente, el anillo tiene el potencial de ganar o perder electrones con facilidad y, por lo tanto, tiene el potencial de proporcionar electrones energizados a otras moléculas. Este es el proceso fundamental por el cual la clorofila “captura” la energía de la luz solar.
Tipos de clorofilas
Hay varios tipos de clorofila: a, b, c, d y e. De estas, solo dos se encuentran en los cloroplastos de las plantas superiores: la clorofila a y la clorofila b. La más importante es la clorofila “a”, pues está presente en plantas, algas y cianobacterias fotosintéticas.
La clorofila “a” hace posible la fotosíntesis porque transfiere sus electrones activados a otras moléculas que fabricarán azúcares.
Un segundo tipo de clorofila es la clorofila “b”, la cual se encuentra solo en las llamadas algas verdes y en las plantas. Por su parte, la clorofila “c” se encuentra solo en los miembros fotosintéticos del grupo chromista, como en los dinoflagelados.
Las diferencias entre las clorofilas de estos grupos principales fue una de las primeras muestras de que no estaban tan estrechamente relacionadas como se pensaba anteriormente.
La cantidad de clorofila “b” es aproximadamente una cuarta parte del contenido total de clorofila. Por su parte, la clorofila “a” se encuentra en todas las plantas fotosintéticas, por lo cual se denomina pigmento fotosintético universal. También le llaman pigmento fotosintético primario porque realiza la reacción primaria de la fotosíntesis.
De todos los pigmentos que participan en la fotosíntesis, la clorofila cumple un rol fundamental. Por esta razón, al resto de los pigmentos fotosintéticos se les conoce como pigmentos accesorios.
El uso de pigmentos accesorios permite absorber un rango más amplio de longitudes de onda y, por lo tanto, capturar más energía de la luz solar.
Los carotenoides son otro grupo importante de pigmentos fotosintéticos. Estos absorben luz violeta y azul verdosa.
Los carotenoides proporcionan los colores brillantes que presentan las frutas; por ejemplo, el rojo del tomate se debe a la presencia del licopeno, el amarillo de las semillas de maíz es causado por la zeaxantina, y el naranja de las cáscaras de naranjas se debe al β-caroteno.
Todos estos carotenoides son importantes para atraer a los animales y promover la dispersión de las semillas de la planta.
Como todos los pigmentos fotosintéticos, los carotenoides ayudan a capturar la luz pero también cumplen otra función importante: eliminar el exceso de energía proveniente del Sol.
Así, si una hoja recibe gran cantidad de energía y esta energía no está siendo utilizada, este exceso puede dañar las moléculas del complejo fotosintético. Los carotenoides participan en la absorción de la energía sobrante y ayudan a disiparla en forma de calor.
Los carotenoides generalmente son pigmentos rojos, naranjas o amarillos, e incluyen el conocido compuesto caroteno, que da color a las zanahorias. Estos compuestos están formados por dos pequeños anillos de seis carbonos conectados por una “cadena” de átomos de carbono.
Como resultado de su estructura molecular, estos no se disuelven en agua, sino que se unen a las membranas dentro de la célula.
Los carotenoides no pueden utilizar directamente la energía de la luz para la fotosíntesis, sino que deben transferir la energía absorbida a la clorofila. Por esta razón, se consideran pigmentos accesorios. Otro ejemplo de un pigmento accesorio muy visible es la fucoxantina, que le da el color marrón a las algas marinas y a las diatomeas.
Los carotenoides se pueden clasificar en dos grupos: carotenos y xantofilas.
Carotenos
Los carotenos son compuestos orgánicos ampliamente distribuidos como pigmentos en plantas y animales. Su fórmula general es C40H56 y no contienen oxígeno. Estos pigmentos son hidrocarburos insaturados; es decir, que tienen muchos enlaces dobles y pertenecen a la serie isoprenoide.
En las plantas, los carotenos imparten colores amarillos, naranjas o rojos a las flores (caléndula), frutas (calabaza) y raíces (zanahoria). En animales son visibles en grasas (mantequilla), yemas de huevo, plumas (canario) y cáscaras (langosta).
El caroteno más común es el β-caroteno, el cual es el precursor de la vitamina A y se considera muy importante para los animales.
Xantofilas
Las xantofilas son pigmentos amarillos cuya estructura molecular es similar a la de los carotenos, pero con la diferencia de que contienen átomos de oxígeno. Algunos ejemplos son: C40H56O (criptoxantina), C40H56O2 (luteína, zeaxantina) y C40H56O6, que es la fucoxantina característica de las algas marrones mencionada anteriormente.
Por lo general, los carotenos tienen un color más anaranjado que las xantofilas. Tanto los carotenos como las xantofilas son solubles en disolventes orgánicos como el cloroformo, el éter etílico, entre otros. Los carotenos son más solubles en el disulfuro de carbono en comparación con las xantofilas.
Funciones de los carotenoides
– Los carotenoides funcionan como pigmentos accesorios. Absorben la energía radiante en la región media del espectro visible y la transfieren a la clorofila.
– Protegen los componentes del cloroplasto del oxígeno generado y liberado durante la fotólisis del agua. Los carotenoides recogen este oxígeno por medio de sus dobles enlaces y cambian su estructura molecular a un estado de menor energía (inofensivo).
– El estado excitado de la clorofila reacciona con el oxígeno molecular para formar un estado de oxígeno altamente dañino llamado oxígeno singlete. Los carotenoides previenen esto al apagar el estado de excitación de la clorofila.
– Tres xantofilas (violoxantina, antheroxantina y zeaxantina) participan en la disipación del exceso de energía mediante la conversión del mismo en calor.
– Por su color, los carotenoides hacen que las flores y frutos sean visibles para la polinización y dispersión por los animales.
Las ficobilinas son pigmentos solubles en agua y, por lo tanto, se encuentran en el citoplasma o en el estroma del cloroplasto. Ocurren solo en cianobacterias y en algas rojas (Rhodophyta).
Las ficobilinas no solo son importantes para los organismos que las utilizan para absorber la energía de la luz, sino que también se utilizan como herramientas de investigación.
Al exponer a una luz intensa compuestos como la pycocianina y la ficoeritrina, estos absorben la energía de la luz y la liberan emitiendo fluorescencia en un rango muy estrecho de longitudes de onda.
La luz producida por esta fluorescencia es tan distintiva y confiable, que las ficobilinas se pueden usar como “etiquetas” químicas. Estas técnicas se usan ampliamente en la investigación del cáncer para “marcar” las células tumorales.
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