FOTOSÍNTESIS I

FOTOSÍNTESIS (Ray, 1981)

La conversión del dióxido de carbono a compuestos orgánicos en presencia de la luz, siendo el producto inmediato comúnmente azúcar, acumulándose en almidón:6CO2 + 6H2O C6 H12 O6 + 6O2

Luz Glucosa

RADIACIÓN FOTOSINTÉTICAMENTE ACTIVA (PAR)

Es la radiación luminosa que ocupa una pequeña franja del espectro solar, que va desde los 400 a los 700nm. Situada entre las radiaciones ultravioletas (UV) y las infrarrojas (IR) y que es utilizada por las plantas para la realización de la fotosíntesis.

PRINCIPALES COMPONENTES DE LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA SOLAR A LA TIERRA

ENERGÍA LUMINOSA Y PIGMENTOS

• La energía luminosa se mide y expresa cuantitativamente en unidades de luz: fotones.

• En 1900 Planck enunció la teoría: “Toda transferencia de energía radiante de un objeto a otro implica unidades “discretas” de energía llamadas “Cuantum””: E= hv

• E = energía de unidad o partícula cuántica• v= Frecuencia de radiación (no. de ondas/t)• h = Constante de Planck= 6.63X 10-34 Js

ENERGÍA DE UNA RADIACIÓN

• La frecuencia de una radiación corresponde también a la velocidad de dicha radiación dividida por la longitud de onda, o sea:

• v = c/λ• La velocidad de todas las radiaciones

electromagnéticas es la misma:• c = 2.997 X 108 m/s. La energía de una

radiación se puede expresar también como:• E = h c/λ

COMPOSICIÓN DE LA LUZ

• La luz está compuesta de paquetes elementales de energía llamados fotones. Un fotón individual interacciona con una molécula, y no se puede producir la absorción o emisión de fracciones de fotones.

• En el momento en que el fotón es absorbido por una molécula su energía se suma a la de esta última.

EXCITÓN

• El exceso de energía localizado en la molécula tras la absorción del fotón, también llamada energía de excitación.

• Cada fotón de luz tiene una energía propia que corresponde a su λ específica y puede ser calculada a partir de la ecuación de Planck.

• La energía de un fotón es muy pequeña, por lo que se puede expresar en electrones voltio (eV).

ELECTRÓN VOLTIO (eV)

• La energía adquirida por un electrón (unidad de carga elemental) cuando se mueve a través de un potencial de 1 voltio:

• 1 eV = 1.6 X 10-19 J.• Ejemplo:• Un fotón rojo de 700nm tiene una energía de

1.77 eV.

COLOR, FRECUENCIA, λ, ENERGÍA DE LOS FOTONES DE RADIACIÓN VISIBLE

ESPECTRO DE ABSORCIÓN

• El espectro de absorción de una molécula indica el tipo de fotones que absorbe y el tipo de transiciones energéticas que sufre depende de su estructura electrónica.

• La absorción (A) de un fotón por una molécula supone la transición desde su estado fundamental (S0) de mínima energía, a uno de sus estados excitados (S1, S2, etc.), de mayor contenido energético.

ESTADOS ELECTRÓNICOS

• Los estados electrónicos S son de tipo singulete. Constan de 2 electrones de espín opuesto.

• La transición útil para promover transformaciones químicas es un cambio en la configuración de los electrones de valencia, o sea, los que ocupan los orbitales más externos porque esos electrones intervienen en el establecimiento de enlaces químicos.

ESTADOS ELECTRÓNICOS

• En la transición el electrón perteneciente al orbital periférico pasa a uno de los orbitales desocupados de mayor energía. El salto energético entre orbitales es idéntico a la cantidad de energía del fotón absorbido.

ESTADO EXCITADO

• Es el estado que resulta de la absorción de un fotón, es muy inestable, por lo que la molécula excitada tiene una fuerte tendencia a ceder el exceso de energía y volver al estado fundamental.

• Existen varias rutas para llevar a cabo esta relajación o desexcitación.

RELAJACIÓN DE LA VIBRACIÓN

• Supone una pérdida de energía en forma de calor (energía no radiante) (RV) y ocurre dentro del mismo estado electrónico.

• También puede ocurrir relajación mediante saltos descendentes cortos entre estados electrónicos próximos, soltando energía no radiante, en pequeños paquetes, a grupos atómicos de la misma molécula o moléculas vecinas (conversión interna Ci).

FLUORESCENCIA

• Es la energía cedida por los saltos descendentes cortos entre estados electrónicos que pueden producirse entre estados separados, que puede ser emitida en forma radiante como fotón visible, siempre de menor energía que el que causó la formación del estado excitado. Las clorofilas son moléculas que pierden su energía de excitación por esta vía. Emiten luz roja de λ normalmente superior a 660 nm.

INVERSIÓN DEL ESPÍN DEL ELECTRÓN EXCITADO

• Una relajación por vías indirectas. Se origina un estado de triplete (T) que tiene 2 electrones con elmismo espín.

• Normalmente el triplete presenta un nivel de energía menor. El paso de la configuración singulete (S) a triplete (T) conlleva el llamado CRUCE INTERSISTEMAS (IS).

FOSFORESCENCIA (FO)

• Es la relajación nuevamente desde el triplete al estado basal de singulete que puede producirse con la nueva emisión de una energía radiante, o sea, de un fotón visible.

TRANSFERENICA EXCITÓNICA (TE)

• La relajación tanto desde la forma excitada (S1) como desde la forma de triplete excitada (T1) que puede darse por la cesión o transferencia de energía de excitación a otra molécula que esté suficientemente cerca. Esta vía es clave para el funcionamiento de las llamadas ANTENAS FOTOSINTÉTICAS.

CARACTERÍSTICAS DE LAS ANTENAS FOTOSINTÉTICAS

• Sus pigmentos están ordenados y dispuestos de forma próxima, o sea, acoplados excitónicamente de modo que se pueden transmitir unos a otros los cuanta o paquetes de energía de excitación (excitones).

• La estructura electrónica de la molécula determina la eficiencia con la que cada especie química absorbe los fotones de distintas energías.

ESPECTRO DE ABSORCIÓN

• Es la representación gráfica que se usa normalmente para ilustrar la capacidad para absorber luz de una especie química (o de una mezcla).

• En él se representa la intensidad de la absorción (como absorbancia o % de transmisión) frente a la energía del fotón.

ESPECTRO DE ABSORCIÓN

HOJA Y SUS COMPUESTOS QUE INTERVIENEN EN LA FOTOSÍNTESIS