domingo, 18 de agosto de 2013

Las plantas y sus pigmentos.

Las plantas y sus pigmentos:
 
 
Generalmente, las plantas que vemos en los parques, en el campo, balcones, etc. tienen las hojas verdes. Esto es debido a la clorofila, un pigmento fotosintético. En ocasiones, podemos ver plantas con hojas que tienen una coloración diferente al verde, por ejemplo las poinsettias (flores de pascua; Euphorbia pulcherrima), que en navidad las vemos con unas hojas modificadas que rodean a la flor (brácteas) de color rojo, aunque existen variedades comerciales con otras coloraciones induciéndolas en función de la temperatura y el fotoperiodo. También podemos encontrar plantas y árboles con hojas no modificadas de color rojo como por ejemplo el género Coleus,  los arces, etc. Esta coloración se debe a que predomina otro pigmento llamado antocianina, dando una coloración roja o púrpura.
 
Brácteas rojas en plantas de Poinsettias (Flores de pascua).
 

Coloración púrpura en las hojas de Coleus blumei.
 
Las coloraciones rojizas que vemos en otoño se debe a la presencia de carotenoides y también a las antocianinas, mientras que la clorofila se descompone. Se sabe que se produce una cantidad adicional de antocianina. Aunque no se conoce con exactitud qué ventaja evolutiva tiene este cambio de coloración, un estudio reciente mencionado en el New York Times revela dos teorías posibles: La primera teoría explica que las antocianinas proporcionan sombra bajo la cual, los cloroplastos pueden descomponer la clorofila, ayudando a la planta a reabsorber otros compuestos como el nitrógeno. La segunda teoría explica que las antocianinas son potentes antioxidantes que protegen a las plantas de cara al invierno.
 
 
¿Qué pigmentos principales podemos encontrar en las plantas y cuál es su función?
 
En las plantas, las moléculas responsables de la captación de energía son unos compuestos orgánicos que constituyen lo que se denomina pigmentos fotosintéticos. Éstos se encuentran en los cloroplastos, unos orgánulos que se encuentran en las células vegetales. Estos pigmentos dan color a las hojas de las plantas pero cumplen una misión muy importante: Captar la energía luminosa y transferirla a otras moléculas en la fotosíntesis, proceso que describiremos después.
 
2 grupos de pigmentos fotosintéticos:
 
- Pigmento fotosintético principal: Clorofila a
- Pigmentos fotosintéticos accesorios: Clorofila b, carotenoides, ficobilinas, otros.
 
Clorofilas: Responsables de la coloración verde de las hojas, se sintetizan a partir del ácido δ-amino levulínico (ALA). La clorofila está formada por 4 anillos pirrólicos (tetrapirrol) con un átomo de magnesio en el centro. Presentan un quinto anillo que es una ciclopentanona y un radical lipófilo llamado fitol. Si se elimina el fitol, a la estructura se le llama clorofilida. Todos los organismos fotosintéticos que producen oxígeno a partir del  agua contienen clorofila a.
 
La clorofila a junto con la clorofila b constituyen las clorofilas de las plantas verdes. La clorofila a y la clorofila b se diferencian únicamente en el radical 1.
Las algas pardas, diatomeas y dinoflagelados contienen clorofila c (que no tiene fitol). Las algas rojas contienen clorofila d.
Carotenoides: Forman parte de los pigmentos accesorios, son poliisoprenoides de 40 átomos de carbono. Se sintetizan a través de la ruta de los terpenoides. Se encuentran en las membranas de los tilacoides y en las de la envoltura de los cloroplastos. Presentan una coloración desde naranja, amarilla hasta púrpura. Los carotenoides naturales vienen de un pigmento rojo: El licopeno (que está presente en los tomates, por ejemplo). Los carotenoides son poco eficaces en la transferencia de energía a otras moléculas (excepto la fucoxantina), pero su función principal es la de actuar de pantalla de protección frente a la fotodestrucción de las clorofilas (protegen a la clorofila de una fotoxidación). Dentro de los carotenoides distinguimos: Carotenos (α y β) y Xantofilas.
 
Ficobilinas: Su estructura es un tetrapirrol similar a las clorofilas. Son pigmentos propios de algas rojas, pardas y verde azules. Las ficobilinas se asocian formando gránulos (ficobilisomas), colocados sobre las membranas. La excitación de sus electrones es responsable de la absorción de luz del espectro visible y su utilización fotosintética, son muy eficaces para transferir energía. El color intenso de las ficobilinas puede enmascarar el verde de las clorofilas. Se distinguen 2 grupos: Ficocianina (azul) y ficoeritrina (rojo). 
 
Antocianinas: Pigmentos pertenecientes al grupo de los flavonoides que da una coloración roja o púrpura. Se forma a partir de una molécula de aglicona a la que se le une un azúcar por un enlace glucosídico. Tiene una función protectora frente a los rayos UV, pero también la de atraer a insectos polinizadores por las coloraciones tan vistosas que dan.
 
La fotosíntesis es un proceso que lo puede hacer desde un árbol hasta una bacteria. La fotosíntesis puede dividirse en reacciones luminosas (Fase luminosa: Reacciones que dependen de la energía solar), que utilizan la energía solar para producir ATP y NADPH liberando O2 en el proceso y reacciones oscuras (Fase química u oscura: Reacciones que no dependen de la luz) que utilizan ATP y NADPH producidos en la fase luminosa para fijar CO2. Previamente a la fase luminosa tiene lugar la fotólisis del agua (rotura de la molécula de agua).
 
Para que la fotosíntesis funcione es esencial la existencia de sistemas moleculares capaces de absorber la luz (energía luminosa), transmitir la energía absorbida, y convertirla en energía química. Este sistema esencial para el funcionamiento del aparato fotosintético es el  fotosistema, que es capaz de realizar los pasos de absorción, transmisión y conversión. En las plantas participan el fotosistema I y el fotosistema II. Un fotosistema está formado por:
 
· Antena colectora: Absorbe los fotones que llegan y transmite la energía absorbida hasta el centro de reacción. Está constituida por los pigmentos antena: Clorofila a, clorofila b y carotenoides.
· Centro de reacción: Son los pigmentos esenciales (moléculas especiales de clorofila a) capaces de realizar el acto fotoquímico (reducir otra molécula cediendo su electrón). En el centro de reacción se canaliza la energía que llega de la antena colectora y se transforma en energía química de tipo redox mediante una cadena de transportadores de electrones.
 
 
Básicamente se consigue utilizar la energía luminosa y transformarla en energía química. La luz sería absorbida por los pigmentos fotosintéticos que captan la energía luminosa y la transfieren a otros pigmentos que tienen la propiedad de ceder electrones al ser excitados por la energía absorbida. Se inicia la cadena de transporte de electrones.
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