Pigmentos Fotosintéticos y Mecanismos de Fijación del Carbono en Plantas

Más del 90% del peso en una planta es materia seca (MS).

Absorción de CO2

El CO2 se encuentra en la atmósfera y se traslada por difusión a través del ostiolo hasta las paredes del mesófilo, llegando a los cloroplastos. Su concentración es proporcional a la atmosférica (0,03%).

Pigmentos Fotosintéticos

Clorofilas

La clorofila es la materia verde de los vegetales, un pigmento que absorbe la luz en las longitudes de onda violeta, azul y roja, reflejando la luz verde. Son compuestos tipo tetrapirrol.

• Clorofila A: De color verde azulado, participa directamente en la transformación de energía lumínica en energía química.
• Clorofila B: De color verde amarillento.
• Clorofila C: Presente en algas pardas, carece de la cola de fitol y de átomos de hidrógeno en las posiciones 7 y 8 del anillo IV.
• Clorofila D: Se encuentra en algas, mientras que la bacterioclorofila es típica de bacterias fototróficas.

Otros Pigmentos

• Almidón: Derivado de la función clorofílica.
• Carotenoides: Pigmentos rojos, anaranjados o amarillos, enmascarados por la clorofila en hojas verdes. Absorben luz en longitudes de onda diferentes a la clorofila A. Son hidrocarburos insolubles en agua pero solubles en solventes grasos. Se dividen en:
  • Carotenos: Hidrocarburos insaturados.
  • Xantofilas: Derivados oxigenados de hidrocarburos insaturados.
• Carotenoides Primarios: Actúan en la fotosíntesis.
• Carotenoides Secundarios: Presentes en flores, frutos, cloroplastos, y organismos heterótrofos. También en organismos fotosintéticos con mala nutrición mineral.
• Ficocianinas y Ficoeritrina: Pigmentos azul-verdoso y rojo-morado, presentes en cianofíceas (algas verde-azules) y rodofíceas (algas rojas). Pertenecen a la familia de los tetrapirroles.

La clorofila A se diferencia de la clorofila B por la sustitución de un grupo metilo (-CH3) por un grupo aldehído (-CHO) en el carbono 3 del segundo anillo pirrólico, lo que causa cambios en la coloración y absorción de luz.

Las clorofilas A y B absorben fuertemente la radiación roja y azul, mientras que la verde y roja oscura son poco absorbidas.

Proceso Fotosintético

La mayor parte de la fotosíntesis ocurre en las células del parénquima en empalizada, ubicadas debajo de la epidermis superior. Estas células contienen vacuolas grandes y numerosos cloroplastos que se orientan hacia la luz. La luz es captada en las membranas de los tilacoides dentro de los cloroplastos.

La clorofila b, los carotenoides y las ficobilinas absorben diferentes longitudes de onda de luz y transfieren esa energía a la clorofila A, incrementando la cantidad de luz utilizada en la fotosíntesis.

Tipos de Pigmentos

• Clorofilas: A, B, C, D y E
• Carotenoides: Caroteno y Xantofila
• Ficobilinas: Ficocianina y Ficoeritrina

Espectro de Absorción

• Clorofilas: Rojo y azul violeta
• Carotenoides: Rojo y azul
• Ficobilinas: Naranja, verde, azul
• Bacterioclorofilas: Rojo lejano e infrarrojo

Etapas de la Fotosíntesis

1. Fase Lumínica: Se produce ATP a partir de ADP y se reduce NADP, cediendo electrones.
2. Fase Oscura: El ATP y NADPH de la fase lumínica se utilizan para reducir el CO2 a un glúcido sencillo. La energía química se almacena en ATP y NADPH y se transfiere a moléculas especializadas en transporte y almacenamiento.

Plantas CAM

Las plantas CAM (metabolismo ácido de las crasuláceas) son plantas desérticas o subdesérticas adaptadas a condiciones de aridez extrema, con alta iluminación y déficit hídrico. Su tejido fotosintético es homogéneo, sin vaina diferenciada ni clorénquima en empalizada. Los estomas se abren de noche y se cierran de día.

En la fijación y reducción de carbono, las plantas CAM tienen mayor requerimiento de ATP que las plantas C3 y C4, resultando en un rendimiento fotosintético menor y un crecimiento más lento. Los mecanismos regulan el equilibrio entre transpiración y fotosíntesis para minimizar la pérdida de agua.

Proceso en Plantas CAM

• Noche: Los estomas abiertos permiten la fijación de CO2 por la PEP carboxilasa en el citosol.
• Día: Los estomas cerrados, el málico sale de la vacuola y se descarboxila a pirúvico, liberando CO2 que entra a los cloroplastos para iniciar el ciclo de Calvin.