¿Cuál es la ecuación correcta para el proceso de fotosíntesis? Ecuaciones generales y parciales de la fotosíntesis. Ecuación general del ciclo de Calvin
La fotosíntesis es el proceso de transformar la energía de la luz absorbida por el cuerpo en energía química de compuestos orgánicos (e inorgánicos).
El proceso de fotosíntesis se expresa mediante la ecuación general:
6CO 2 + 6H 2 O ® C 6 H 12 O 6 + 6O 2.
A la luz de una planta verde, las sustancias orgánicas se forman a partir de sustancias extremadamente oxidadas: dióxido de carbono y agua, y se libera oxígeno molecular. En el proceso de fotosíntesis, no solo se reduce el CO 2, sino también los nitratos o sulfatos, y la energía se puede dirigir a varios procesos endergónicos, incluido el transporte de sustancias.
La ecuación general para la fotosíntesis se puede representar como:
12 H 2 O → 12 [H 2] + 6 O 2 (reacción a la luz)
6 CO 2 + 12 [H 2] → C 6 H 12 O 6 + 6 H 2 O (reacción oscura)
6 CO 2 + 12 H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6 H 2 O + 6 O 2
o en términos de 1 mol de CO 2:
CO 2 + H 2 O CH 2 O + O 2
Todo el oxígeno liberado durante la fotosíntesis proviene del agua. El agua del lado derecho de la ecuación no se puede reducir porque su oxígeno proviene del CO 2 . Utilizando los métodos de átomos marcados, se obtuvo que el H 2 O en los cloroplastos es heterogéneo y consiste en agua proveniente del ambiente externo y agua formada durante la fotosíntesis. Ambos tipos de agua se utilizan en el proceso de fotosíntesis. La evidencia de la formación de O 2 en el proceso de fotosíntesis es el trabajo del microbiólogo holandés Van Niel, quien estudió la fotosíntesis bacteriana y llegó a la conclusión de que la foto primaria reacción química la fotosíntesis consiste en la disociación del H 2 O, y no en la descomposición del CO 2. Las bacterias con capacidad de asimilación fotosintética de CO 2 (excepto las cianobacterias) utilizan como agentes reductores H 2 S, H 2 , CH 3 y otros, y no emiten O 2 . Este tipo de fotosíntesis se llama fotoreducción:
CO 2 + H 2 S → [CH 2 O] + H 2 O + S 2 o
CO 2 + H 2 A → [CH 2 O] + H 2 O + 2A,
donde H 2 A - oxida el sustrato, un donante de hidrógeno (en plantas superiores es H 2 O), y 2A es O 2. Entonces, el acto fotoquímico principal en la fotosíntesis de las plantas debería ser la descomposición del agua en un agente oxidante [OH] y un agente reductor [H]. [H] restaura CO 2, y [OH] participa en las reacciones de liberación de O 2 y formación de H 2 O.
La energía solar con la participación de plantas verdes y bacterias fotosintéticas se convierte en energía libre de compuestos orgánicos. Para implementar este proceso único, durante la evolución, se creó un aparato fotosintético que contiene: I) un conjunto de pigmentos fotoactivos capaces de absorber la radiación electromagnética de ciertas regiones espectrales y almacenar esta energía en forma de energía de excitación electrónica, y 2) un aparato especial para convertir la energía de excitación electrónica en varias formas de energía química. En primer lugar, esto energía redox , asociado con la formación de compuestos altamente reducidos, energía potencial electroquímica, debido a la formación de gradientes eléctricos y de protones en la membrana de conjugación (Δμ H +), energía del enlace fosfato del ATP y otros compuestos macroérgicos, que luego se convierte en energía libre de moléculas orgánicas.
Todos estos tipos de energía química se pueden utilizar en el proceso de la vida para la absorción y el transporte transmembrana de iones y en la mayoría de las reacciones metabólicas, es decir, en un intercambio constructivo.
La capacidad de utilizar la energía solar e introducirla en los procesos biosféricos determina el papel "cósmico" de las plantas verdes, sobre el que escribió el gran fisiólogo ruso K.A. Timiryazev.
El proceso de fotosíntesis es muy sistema complejo en términos de organización espacial y temporal. El uso de métodos de análisis de pulsos de alta velocidad permitió establecer que el proceso de fotosíntesis incluye reacciones de diferentes velocidades, desde 10 -15 s (los procesos de absorción y migración de energía ocurren en el intervalo de tiempo de femtosegundos) hasta 10 4 s (formación de los productos de la fotosíntesis). El aparato fotosintético incluye estructuras con tamaños desde 10 -27 m 3 a nivel molecular más bajo hasta 10 5 m 3 a nivel de cultivo.
Concepto de fotosíntesis. Todo el complejo conjunto de reacciones que componen el proceso de la fotosíntesis se puede representar diagrama de circuito, que muestra las principales etapas de la fotosíntesis y su esencia. A esquema moderno La fotosíntesis se puede dividir en cuatro etapas, que difieren en la naturaleza y la velocidad de las reacciones, así como en el significado y la esencia de los procesos que ocurren en cada etapa:
* - SSC - complejo de antenas captadoras de luz de la fotosíntesis - un conjunto de pigmentos fotosintéticos - clorofilas y carotenoides; RC - centro de reacción de fotosíntesis - dímero de clorofila a; ETC, la cadena de transporte de electrones de la fotosíntesis, se localiza en las membranas de los tilacoides del cloroplasto (membranas conjugadas), incluye quinonas, citocromos, proteínas de grupos de hierro y azufre y otros transportadores de electrones.
Etapa I - física. Incluye reacciones de naturaleza fotofísica de absorción de energía por parte de los pigmentos (P), su almacenamiento en forma de energía de excitación electrónica (P*) y migración al centro de reacción (RC). Todas las reacciones son extremadamente rápidas y transcurren a una velocidad de 10 -15 - 10 -9 s. Las reacciones primarias de absorción de energía se localizan en complejos de antenas captadoras de luz (LSC).
Etapa II - fotoquímica. Las reacciones se localizan en los centros de reacción y transcurren a una velocidad de 10 -9 s. En esta etapa de la fotosíntesis, la energía de excitación electrónica del pigmento del centro de reacción (P(RC)) se utiliza para la separación de carga. En este caso, un electrón con un potencial de alta energía se transfiere al aceptor primario A, y el sistema resultante con cargas separadas (P (RC) - A) contiene una cierta cantidad de energía ya en forma química. El pigmento P oxidado (RC) recupera su estructura debido a la oxidación del donante (D).
La transformación de un tipo de energía en otro que ocurre en el centro de reacción es el evento central del proceso de fotosíntesis, que requiere condiciones severas para la organización estructural del sistema. En la actualidad, se conocen en general modelos moleculares de centros de reacción en plantas y bacterias. Se estableció su similitud en la organización estructural, lo que indica un alto grado de conservadurismo de los procesos primarios de la fotosíntesis.
Los productos primarios formados en la etapa fotoquímica (P * , A -) son muy lábiles y el electrón puede volver al pigmento oxidado P * (proceso de recombinación) con una pérdida inútil de energía. Por lo tanto, es necesaria una rápida estabilización adicional de los productos reducidos formados con un alto potencial de energía, que se lleva a cabo en la siguiente etapa III de la fotosíntesis.
Etapa III - reacciones de transporte de electrones. Una cadena de portadores con diferente potencial redox (E n ) forma la llamada cadena de transporte de electrones (ETC). Los componentes redox de ETC están organizados en los cloroplastos en forma de tres complejos funcionales principales: fotosistema I (PSI), fotosistema II (PSII), citocromo b 6 f-complejo, que proporciona una alta velocidad del flujo de electrones y la posibilidad de su regulación. Como resultado del trabajo de la ETC, se forman productos altamente reducidos: ferredoxina reducida (restauración de PD) y NADPH, así como moléculas de ATP ricas en energía, que se utilizan en las reacciones oscuras de reducción de CO 2 que componen el IV etapa de la fotosíntesis.
Etapa IV - Reacciones "oscuras" de absorción y reducción de dióxido de carbono. Las reacciones tienen lugar con la formación de carbohidratos, los productos finales de la fotosíntesis, en cuya forma se almacena, absorbe y convierte la energía solar en las reacciones "ligeras" de la fotosíntesis. La velocidad de las reacciones enzimáticas "oscuras" es de 10 -2 - 10 4 s.
Por lo tanto, todo el curso de la fotosíntesis se lleva a cabo con la interacción de tres flujos: el flujo de energía, el flujo de electrones y el flujo de carbono. La conjugación de las tres corrientes requiere una coordinación y regulación precisas de sus reacciones constituyentes.
El papel planetario de la fotosíntesis
La fotosíntesis, habiendo surgido en las primeras etapas de la evolución de la vida, sigue siendo el proceso más importante de la biosfera. Son las plantas verdes a través de la fotosíntesis las que proporcionan la conexión cósmica de la vida en la Tierra con el Universo y determinan el bienestar ecológico de la biosfera hasta la posibilidad de la existencia de la civilización humana. La fotosíntesis no es solo una fuente de recursos alimenticios y minerales, sino también un factor en el equilibrio de los procesos biosféricos en la Tierra, incluida la constancia del contenido de oxígeno y dióxido de carbono en la atmósfera, el estado de la pantalla de ozono, el contenido de humus en el suelo, el efecto invernadero, etc.
La productividad neta mundial de la fotosíntesis es de 7–8 10 8 toneladas de carbono por año, de las cuales el 7 % se utiliza directamente para alimentos, combustible y Materiales de construcción. Actualmente, el consumo de combustibles fósiles es aproximadamente igual a la formación de biomasa en el planeta. Cada año, en el curso de la fotosíntesis, entre 70 y 120 mil millones de toneladas de oxígeno ingresan a la atmósfera, lo que asegura la respiración de todos los organismos. Una de las consecuencias más importantes de la liberación de oxígeno es la formación de una pantalla de ozono en la atmósfera superior a una altitud de 25 km. El ozono (O 3 ) se forma como resultado de la fotodisociación de las moléculas de O 2 bajo la acción de la radiación solar y atrapa la mayoría de los rayos ultravioleta que tienen un efecto perjudicial sobre todos los seres vivos.
La estabilización del contenido de CO 2 en la atmósfera es también un factor esencial en la fotosíntesis. En la actualidad, el contenido de CO 2 es de 0,03 a 0,04 % por volumen de aire, o 711 000 millones de toneladas en términos de carbono. La respiración de los organismos, el Océano Mundial, en cuyas aguas se disuelve 60 veces más CO 2 que en la atmósfera, las actividades de producción de las personas, por un lado, la fotosíntesis, por el otro, mantienen un nivel relativamente constante de CO2 en la atmósfera. El dióxido de carbono en la atmósfera, así como el agua, absorben los rayos infrarrojos y retienen una cantidad significativa de calor en la Tierra, proporcionando las condiciones necesarias para la vida.
Sin embargo, en las últimas décadas, debido a la creciente quema humana de combustibles fósiles, la deforestación y la descomposición del humus, se ha desarrollado una situación en la que el progreso tecnológico ha hecho que el balance de los fenómenos atmosféricos sea negativo. La situación se ve agravada por los problemas demográficos: cada día nacen en la Tierra 200 mil personas, a las que es necesario dotar de recursos vitales. Estas circunstancias sitúan el estudio de la fotosíntesis en todas sus manifestaciones, desde la organización molecular del proceso hasta los fenómenos biosféricos, al rango de los principales problemas de las ciencias naturales modernas. Las tareas más importantes son aumentar la productividad fotosintética de cultivos y plantaciones agrícolas, así como crear biotecnologías eficaces para la síntesis fototrófica.
K. A. Timiryazev fue el primero en estudiar papel espacial plantas verdes. La fotosíntesis es el único proceso en la Tierra que tiene lugar a una escala grandiosa y está asociado con la conversión de la energía de la luz solar en energía de compuestos químicos. Esta energía cósmica, almacenada por las plantas verdes, constituye la base de la actividad vital de todos los demás organismos heterótrofos de la Tierra, desde las bacterias hasta los humanos. Hay 5 aspectos principales del espacio y la actividad planetaria de las plantas verdes.
1. Acumulación de materia orgánica. En el proceso de fotosíntesis, las plantas terrestres forman 100-172 mil millones de toneladas. biomasa por año (en términos de materia seca), y las plantas de los mares y océanos: 60-70 mil millones de toneladas. La masa total de plantas en la Tierra es actualmente de 2402,7 mil millones de toneladas, y el 90% de esta masa es celulosa. Alrededor de 2402,5 mil millones de toneladas. cae a la parte plantas de tierra y 0,2 mil millones de toneladas. - sobre plantas de la hidrosfera (¡falta de luz!). La masa total de animales y microorganismos en la Tierra es de 23 mil millones de toneladas, es decir, el 1% de la masa de las plantas. De esta cantidad, ~ 20 mil millones de toneladas. representa a los habitantes de la tierra y ~ 3 mil millones de toneladas. - sobre los habitantes de la hidrosfera. Durante la existencia de la vida en la Tierra, los restos orgánicos de plantas y animales se acumularon y modificaron (hojarasca, humus, turba y en la litosfera - carbón; en los mares y océanos - rocas sedimentarias). Al descender a regiones más profundas de la litosfera, se formaron gas y petróleo a partir de estos restos bajo la acción de microorganismos, temperaturas y presiones elevadas. La masa de materia orgánica en la hojarasca es ~ 194 mil millones de toneladas; turba - 220 mil millones de toneladas; humus ~ 2500 mil millones de toneladas. Petróleo y gas - 10.000 - 12.000 billones de toneladas. El contenido de materia orgánica en las rocas sedimentarias en términos de carbono es ~ 2 10 16 t Se produjo una acumulación especialmente intensa de materia orgánica en Paleozoico(~ Hace 300 millones de años). La materia orgánica almacenada es utilizada intensivamente por el hombre (madera, minerales).
2. Asegurar la constancia del contenido de CO 2 en la atmósfera. La formación de humus, rocas sedimentarias y minerales combustibles eliminó cantidades significativas de CO 2 del ciclo del carbono. En la atmósfera de la Tierra, el CO 2 se hizo cada vez menos, y en la actualidad su contenido es ~ 0,03-0,04% por volumen, o ~ 711 mil millones de toneladas. en términos de carbono. En la era Cenozoica, el contenido de CO 2 en la atmósfera se estabilizó y experimentó solo fluctuaciones diarias, estacionales y geoquímicas (estabilización de plantas en el nivel moderno). La estabilización del contenido de CO 2 en la atmósfera se logra mediante la unión y liberación equilibradas de CO 2 a escala mundial. La unión de CO 2 en la fotosíntesis y la formación de carbonatos (rocas sedimentarias) se compensa con la liberación de CO 2 debido a otros procesos: La entrada anual de CO 2 a la atmósfera (en términos de carbono) se debe a: respiración vegetal - ~ 10 mil millones de toneladas ~ 25 mil millones de toneladas; respiración de humanos y animales - ~ 1.6 mil millones de toneladas. actividades económicas de las personas ~ 5 mil millones de toneladas; procesos geoquímicos ~ 0,05 mil millones de toneladas. Total ~ 41,65 mil millones de toneladas Si el CO 2 no entrara en la atmósfera, todo su suministro disponible estaría limitado en 6 o 7 años El océano mundial es una poderosa reserva de CO 2, 60 veces más CO 2 se disuelve en sus aguas que en la atmósfera. Así, la fotosíntesis, la respiración y el sistema de carbonatos del océano mantienen un nivel relativamente constante de CO 2 en la atmósfera. Debido a la actividad económica humana (quema de minerales combustibles, deforestación, descomposición del humus), el contenido de CO 2 en la atmósfera comenzó a aumentar en ~ 0,23% por año. Esta circunstancia puede tener consecuencias globales, ya que el contenido de CO 2 en la atmósfera afecta al régimen térmico del planeta.
3. Efecto invernadero. La superficie de la Tierra recibe calor principalmente del Sol. Parte de este calor se devuelve en forma de rayos infrarrojos. El CO 2 y el H 2 O contenidos en la atmósfera absorben los rayos infrarrojos y retienen así una cantidad significativa de calor en la Tierra (efecto invernadero). Los microorganismos y plantas en proceso de respiración o fermentación suministran ~ 85% de la cantidad total de CO 2 que ingresa a la atmósfera anualmente y, como resultado, afectan el régimen térmico del planeta. La tendencia al alza del contenido de CO 2 en la atmósfera puede provocar un aumento de la temperatura media en la superficie terrestre, derritiendo los glaciares (montañas y Hielo polar) inundación zonas costeras. Sin embargo, es posible que un aumento en la concentración de CO 2 en la atmósfera mejore la fotosíntesis de las plantas, lo que conducirá a la fijación de cantidades excesivas de CO 2 .
4. Acumulación de O 2 en la atmósfera. Inicialmente, el O 2 estaba presente en la atmósfera de la Tierra en pequeñas cantidades. Actualmente representa ~21% por volumen de aire. La aparición y acumulación de O 2 en la atmósfera está asociada a la actividad vital de las plantas verdes. Cada año, entre 70 y 120 mil millones de toneladas ingresan a la atmósfera. O 2 formado en la fotosíntesis. Los bosques juegan un papel especial en esto: 1 hectárea de bosque en 1 hora da O 2, suficiente para que 200 personas respiren.
5. Formación de escudo de ozono a una altitud de ~ 25 km. El O 3 se forma durante la disociación del O 2 bajo la acción de la radiación solar. La capa de O 3 retiene la mayor parte de los rayos UV (240-290 nm), que son perjudiciales para los seres vivos. La destrucción de la pantalla de ozono del planeta es uno de los problemas globales de nuestro tiempo.
La fotosíntesis es la conversión de la energía de la luz en energía enlaces químicos compuestos orgánicos.
La fotosíntesis es característica de las plantas, incluidas todas las algas, varias procariotas, incluidas las cianobacterias y algunas eucariotas unicelulares.
En la mayoría de los casos, la fotosíntesis produce oxígeno (O2) como subproducto. Sin embargo, este no es siempre el caso, ya que hay varias vías diferentes para la fotosíntesis. En el caso de la liberación de oxígeno, su fuente es el agua, de la cual se separan los átomos de hidrógeno para las necesidades de la fotosíntesis.
La fotosíntesis consiste en muchas reacciones en las que participan diversos pigmentos, enzimas, coenzimas, etc.. Los principales pigmentos son las clorofilas, además de ellas, los carotenoides y las ficobilinas.
En la naturaleza, son comunes dos formas de fotosíntesis de las plantas: C 3 y C 4. Otros organismos tienen sus propias reacciones específicas. Todo lo que une estos diferentes procesos bajo el término "fotosíntesis" -en todos ellos en total la energía fotónica se convierte en un enlace químico. A modo de comparación: durante la quimiosíntesis, la energía del enlace químico de algunos compuestos (inorgánicos) se convierte en otros, orgánicos.
Hay dos fases de la fotosíntesis: clara y oscura. El primero depende de la radiación de luz (hν), que es necesaria para que se produzcan las reacciones. La fase oscura es independiente de la luz.
En las plantas, la fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos. Como resultado de todas las reacciones, se forman sustancias orgánicas primarias, a partir de las cuales se sintetizan carbohidratos, aminoácidos, ácidos grasos, etc.. Por lo general, la reacción total de la fotosíntesis se escribe en relación con glucosa - el producto más común de la fotosíntesis:
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Los átomos de oxígeno que componen la molécula de O 2 no se toman del dióxido de carbono, sino del agua. El dióxido de carbono es una fuente de carbono. cuál es más importante. Debido a su unión, las plantas tienen la oportunidad de sintetizar materia orgánica.
La reacción química presentada anteriormente es generalizada y total. Está lejos de la esencia del proceso. Entonces, la glucosa no se forma a partir de seis moléculas individuales de dióxido de carbono. La unión de CO 2 ocurre en una molécula, que primero se une a un azúcar de cinco carbonos ya existente.
Los procariotas tienen sus propias características de fotosíntesis. Entonces, en las bacterias, el pigmento principal es la bacterioclorofila y no se libera oxígeno, ya que el hidrógeno no se toma del agua, sino a menudo del sulfuro de hidrógeno u otras sustancias. En las algas verdeazuladas, el pigmento principal es la clorofila y el oxígeno se libera durante la fotosíntesis.
Fase de luz de la fotosíntesis
En la fase de luz de la fotosíntesis, ATP y NADP·H 2 se sintetizan debido a la energía radiante. Sucede en los tilacoides de los cloroplastos, donde pigmentos y enzimas forman complejos complejos para el funcionamiento de circuitos electroquímicos, a través de los cuales se transfieren electrones y en parte protones de hidrógeno.
Los electrones acaban en la coenzima NADP que, al estar cargada negativamente, atrae algunos de los protones y se convierte en NADP H 2 . Además, la acumulación de protones en un lado de la membrana tilacoide y de electrones en el otro crea un gradiente electroquímico, cuyo potencial es utilizado por la enzima ATP sintetasa para sintetizar ATP a partir de ADP y ácido fosfórico.
Los principales pigmentos de la fotosíntesis son varias clorofilas. Sus moléculas captan la radiación de ciertos espectros de luz parcialmente diferentes. En este caso, algunos electrones de las moléculas de clorofila se mueven a un nivel de energía superior. Este es un estado inestable y, en teoría, los electrones, mediante la misma radiación, deberían ceder la energía recibida del exterior al espacio y volver al nivel anterior. Sin embargo, en las células fotosintéticas, los electrones excitados son capturados por los aceptores y, con una disminución gradual de su energía, son transferidos a lo largo de la cadena de portadores.
En las membranas de los tilacoides, hay dos tipos de fotosistemas que emiten electrones cuando se exponen a la luz. Los fotosistemas son un complejo complejo de pigmentos de clorofila en su mayoría con un centro de reacción del que se arrancan los electrones. En un fotosistema, la luz del sol atrapa muchas moléculas, pero toda la energía se acumula en el centro de reacción.
Los electrones del fotosistema I, habiendo pasado a través de la cadena de portadores, restauran el NADP.
La energía de los electrones desprendidos del fotosistema II se utiliza para sintetizar ATP. Y los electrones del fotosistema II llenan los huecos de electrones del fotosistema I.
Los huecos del segundo fotosistema están llenos de electrones formados como resultado de fotólisis del agua. La fotólisis también se produce con la participación de la luz y consiste en la descomposición del H 2 O en protones, electrones y oxígeno. Es como resultado de la fotólisis del agua que se forma oxígeno libre. Los protones están involucrados en la creación de un gradiente electroquímico y la reducción de NADP. Los electrones son recibidos por la clorofila del fotosistema II.
Ecuación resumida aproximada de la fase luminosa de la fotosíntesis:
H 2 O + NADP + 2ADP + 2P → ½O 2 + NADP H 2 + 2ATP
Transporte cíclico de electrones
La llamada fase de luz no cíclica de la fotosíntesis. ¿Hay algo más? transporte cíclico de electrones cuando no se produce la reducción de NADP. En este caso, los electrones del fotosistema van a la cadena transportadora, donde se sintetiza ATP. Es decir, esta cadena de transporte de electrones recibe electrones del fotosistema I, no del II. El primer fotosistema, por así decirlo, implementa un ciclo: los electrones emitidos regresan a él. En el camino, gastan parte de su energía en la síntesis de ATP.
Fotofosforilación y fosforilación oxidativa
La fase de luz de la fotosíntesis se puede comparar con la etapa de la respiración celular: la fosforilación oxidativa, que ocurre en las crestas mitocondriales. Allí también se produce la síntesis de ATP debido a la transferencia de electrones y protones a lo largo de la cadena portadora. Sin embargo, en el caso de la fotosíntesis, la energía se almacena en ATP no para las necesidades de la célula, sino principalmente para las necesidades de la fase oscura de la fotosíntesis. Y si durante la respiración las sustancias orgánicas sirven como fuente inicial de energía, entonces durante la fotosíntesis es la luz solar. La síntesis de ATP durante la fotosíntesis se llama fotofosforilación en lugar de la fosforilación oxidativa.
Fase oscura de la fotosíntesis
Por primera vez, la fase oscura de la fotosíntesis fue estudiada en detalle por Calvin, Benson, Bassem. El ciclo de reacciones descubierto por ellos se denominó más tarde ciclo de Calvin o fotosíntesis C 3 . En ciertos grupos de plantas, se observa una ruta de fotosíntesis modificada: C 4, también llamada ciclo Hatch-Slack.
En las reacciones oscuras de la fotosíntesis, el CO 2 se fija. La fase oscura tiene lugar en el estroma del cloroplasto.
La recuperación de CO 2 se produce gracias a la energía del ATP y al poder reductor del NADP·H 2 formado en las reacciones luminosas. Sin ellos, no se produce la fijación de carbono. Por lo tanto, aunque la fase oscura no depende directamente de la luz, suele proceder también en la luz.
ciclo de Calvin
La primera reacción de la fase oscura es la adición de CO 2 ( carboxilaciónmi) a bifosfato de 1,5-ribulosa ( ribulosa 1,5-difosfato) – RiBF. Esta última es una ribosa doblemente fosforilada. Esta reacción es catalizada por la enzima ribulosa-1,5-difosfato carboxilasa, también llamada rubisco.
Como resultado de la carboxilación, se forma un compuesto inestable de seis carbonos que, como resultado de la hidrólisis, se descompone en dos moléculas de tres carbonos. ácido fosfoglicérico (PGA) es el primer producto de la fotosíntesis. FHA también se llama fosfoglicerato.
RiBP + CO 2 + H 2 O → 2FGK
FHA contiene tres átomos de carbono, uno de los cuales es parte del grupo carboxilo ácido (-COOH):
FHA se convierte en un azúcar de tres carbonos (fosfato de gliceraldehído) triosa fosfato (TF), que ya incluye un grupo aldehído (-CHO):
FHA (3-ácido) → TF (3-azúcar)
Esta reacción consume la energía del ATP y el poder reductor del NADP · H 2 . TF es el primer carbohidrato de la fotosíntesis.
Después de eso, la mayor parte de la triosa fosfato se gasta en la regeneración de ribulosa bisfosfato (RiBP), que se usa nuevamente para unir CO 2 . La regeneración involucra una serie de reacciones que consumen ATP que involucran fosfatos de azúcar con 3 a 7 átomos de carbono.
Es en este ciclo de RiBF que concluye el ciclo de Calvino.
Una parte más pequeña de la TF formada en él sale del ciclo de Calvin. En términos de 6 moléculas unidas de dióxido de carbono, el rendimiento es de 2 moléculas de triosa fosfato. La reacción total del ciclo con productos de entrada y salida:
6CO2 + 6H2O → 2TF
Al mismo tiempo, en la unión participan 6 moléculas RiBP y se forman 12 moléculas FHA, que se convierten en 12 TF, de las cuales 10 moléculas permanecen en el ciclo y se convierten en 6 moléculas RiBP. Dado que TF es un azúcar de tres carbonos y RiBP es de cinco carbonos, en relación a los átomos de carbono tenemos: 10 * 3 = 6 * 5. El número de átomos de carbono que proporcionan el ciclo no cambia, todos los necesarios RiBP se regenera. Y seis moléculas de dióxido de carbono incluidas en el ciclo se gastan en la formación de dos moléculas de triosa fosfato que salen del ciclo.
El ciclo de Calvin, basado en 6 moléculas de CO 2 unidas, consume 18 moléculas de ATP y 12 moléculas de NADP · H 2, que se sintetizaron en las reacciones de la fase luminosa de la fotosíntesis.
El cálculo se realiza para dos moléculas de triosa fosfato que salen del ciclo, ya que la molécula de glucosa formada posteriormente incluye 6 átomos de carbono.
La triosa fosfato (TF) es el producto final del ciclo de Calvin, pero difícilmente puede llamarse el producto final de la fotosíntesis, ya que casi no se acumula, pero, al reaccionar con otras sustancias, se convierte en glucosa, sacarosa, almidón, grasas, ácidos grasos, aminoácidos. Además de TF, FHA juega un papel importante. Sin embargo, tales reacciones ocurren no solo en organismos fotosintéticos. En este sentido, la fase oscura de la fotosíntesis es lo mismo que el ciclo de Calvin.
El PHA se convierte en un azúcar de seis carbonos mediante catálisis enzimática paso a paso. fructosa-6-fosfato, que se convierte en glucosa. En las plantas, la glucosa se puede polimerizar en almidón y celulosa. La síntesis de carbohidratos es similar al proceso inverso de la glucólisis.
fotorrespiración
El oxígeno inhibe la fotosíntesis. Cuanto más O 2 en ambiente, menos eficiente es el proceso de unión de CO2. El hecho es que la enzima ribulosa bisfosfato carboxilasa (rubisco) puede reaccionar no solo con dióxido de carbono, sino también con oxígeno. En este caso, las reacciones oscuras son algo diferentes.
El fosfoglicolato es ácido fosfoglicólico. El grupo fosfato se escinde inmediatamente y se convierte en ácido glicólico (glicolato). Para su "utilización" se necesita nuevamente oxígeno. Por lo tanto, cuanto más oxígeno haya en la atmósfera, más se estimulará la fotorrespiración y más oxígeno necesitará la planta para deshacerse de los productos de reacción.
La fotorrespiración es el consumo de oxígeno dependiente de la luz y la liberación de dióxido de carbono. Es decir, el intercambio de gases se produce como durante la respiración, pero tiene lugar en los cloroplastos y depende de la radiación luminosa. La fotorrespiración depende de la luz solo porque el bifosfato de ribulosa se forma solo durante la fotosíntesis.
Durante la fotorrespiración, los átomos de carbono regresan del glicolato al ciclo de Calvin en forma de ácido fosfoglicérico (fosfoglicerato).
2 Glicolato (C 2) → 2 Glioxilato (C 2) → 2 Glicina (C 2) - CO 2 → Serina (C 3) → Hidroxipiruvato (C 3) → Glicerato (C 3) → FGK (C 3)
Como puede ver, el retorno no es completo, ya que se pierde un átomo de carbono cuando dos moléculas de glicina se convierten en una molécula del aminoácido serina, mientras que se libera dióxido de carbono.
Se necesita oxígeno en las etapas de conversión de glicolato a glioxilato y de glicina a serina.
La conversión de glicolato a glioxilato y luego a glicina ocurre en los peroxisomas y la serina se sintetiza en las mitocondrias. La serina vuelve a entrar en los peroxisomas, donde primero produce hidroxipiruvato y luego glicerato. El glicerato ya ingresa a los cloroplastos, donde se sintetiza FHA a partir de él.
La fotorrespiración es típica principalmente de plantas con fotosíntesis de tipo C3. Puede considerarse perjudicial, ya que se desperdicia energía en la conversión de glicolato en FHA. Aparentemente, la fotorrespiración surgió debido al hecho de que las plantas antiguas no estaban preparadas para un número grande oxígeno en la atmósfera. Inicialmente, su evolución tuvo lugar en una atmósfera rica en dióxido de carbono, y fue él quien capturó principalmente el centro de reacción de la enzima rubisco.
C 4 -fotosíntesis, o el ciclo Hatch-Slack
Si en la fotosíntesis C 3 el primer producto de la fase oscura es el ácido fosfoglicérico, que incluye tres átomos de carbono, entonces en la ruta C 4, los primeros productos son ácidos que contienen cuatro átomos de carbono: málico, oxaloacético, aspártico.
La fotosíntesis C 4 se observa en muchas plantas tropicales, por ejemplo, caña de azúcar, maíz.
Las plantas C 4 absorben el monóxido de carbono de manera más eficiente, casi no tienen fotorrespiración.
Las plantas en las que la fase oscura de la fotosíntesis procede a lo largo de la vía C 4 tienen una estructura de hoja especial. En él, los haces conductores están rodeados por una doble capa de células. La capa interna es el revestimiento del haz conductor. La capa exterior son las células mesófilas. Las capas de células de cloroplasto difieren entre sí.
Los cloroplastos mesófilos se caracterizan por granos grandes, alta actividad de fotosistemas, ausencia de la enzima RiBP carboxilasa (rubisco) y almidón. Es decir, los cloroplastos de estas células están adaptados principalmente para la fase luminosa de la fotosíntesis.
En los cloroplastos de las células del haz conductor, los grana casi no están desarrollados, pero la concentración de RiBP carboxilasa es alta. Estos cloroplastos están adaptados para la fase oscura de la fotosíntesis.
El dióxido de carbono ingresa primero a las células del mesófilo, se une a los ácidos orgánicos, se transporta de esta forma a las células de la vaina, se libera y luego se une de la misma manera que en las plantas C3. Es decir, el camino de C 4 complementa en lugar de reemplazar a C 3 .
En el mesófilo, se agrega CO 2 al fosfoenolpiruvato (PEP) para formar oxaloacetato (ácido), que incluye cuatro átomos de carbono:
La reacción tiene lugar con la participación de la enzima PEP-carboxilasa, que tiene una mayor afinidad por el CO 2 que la rubisco. Además, la PEP-carboxilasa no interactúa con el oxígeno y, por lo tanto, no se gasta en la fotorrespiración. Por lo tanto, la ventaja de la fotosíntesis C 4 radica en una fijación más eficiente del dióxido de carbono, un aumento en su concentración en las células de revestimiento y, en consecuencia, más trabajo efectivo RiBP-carboxilasa, que casi no se consume para la fotorrespiración.
El oxaloacetato se convierte en un ácido dicarboxílico de 4 carbonos (malato o aspartato), que se transporta a los cloroplastos de las células que recubren los haces vasculares. Aquí, el ácido se descarboxila (eliminación de CO2), se oxida (eliminación de hidrógeno) y se convierte en piruvato. El hidrógeno restaura NADP. El piruvato regresa al mesófilo, donde se regenera PEP con el consumo de ATP.
El CO 2 arrancado en los cloroplastos de las células de revestimiento va al camino habitual de C 3 de la fase oscura de la fotosíntesis, es decir, al ciclo de Calvin.
La fotosíntesis a lo largo de la vía Hatch-Slack requiere más energía.
Se cree que la vía C 4 evolucionó más tarde que la vía C 3 y es, en muchos sentidos, una adaptación contra la fotorrespiración.
Fotosíntesis es el proceso de sintetizar sustancias orgánicas a partir de sustancias inorgánicas usando energía luminosa. En la gran mayoría de los casos, la fotosíntesis la llevan a cabo las plantas utilizando orgánulos celulares como cloroplastos que contiene pigmento verde clorofila.
Si las plantas no fueran capaces de sintetizar materia orgánica, casi todos los demás organismos de la Tierra no tendrían nada que comer, ya que los animales, los hongos y muchas bacterias no pueden sintetizar sustancias orgánicas a partir de inorgánicas. Solo absorben los ya hechos, los dividen en otros más simples, a partir de los cuales vuelven a ensamblar los complejos, pero ya característicos de su cuerpo.
Este es el caso si hablamos muy brevemente de la fotosíntesis y su papel. Para comprender la fotosíntesis, debe decir más: ¿qué sustancias inorgánicas específicas se utilizan, cómo se produce la síntesis?
La fotosíntesis requiere dos sustancias inorgánicas: dióxido de carbono (CO 2) y agua (H 2 O). El primero es absorbido del aire por las partes aéreas de las plantas principalmente a través de los estomas. Agua: del suelo, desde donde se entrega a las células fotosintéticas por el sistema conductor de las plantas. La fotosíntesis también requiere la energía de los fotones (hν), pero no se pueden atribuir a la materia.
En total, como resultado de la fotosíntesis, se forma materia orgánica y oxígeno (O 2). Por lo general, bajo materia orgánica, la glucosa (C 6 H 12 O 6) se refiere más a menudo.
Los compuestos orgánicos se componen principalmente de átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno. Se encuentran en el dióxido de carbono y el agua. Sin embargo, la fotosíntesis libera oxígeno. Sus átomos provienen del agua.
Breve y generalmente, la ecuación para la reacción de la fotosíntesis se suele escribir de la siguiente manera:
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Pero esta ecuación no refleja la esencia de la fotosíntesis, no la hace comprensible. Mira, aunque la ecuación está balanceada, tiene un total de 12 átomos de oxígeno libre, pero dijimos que provienen del agua, y solo hay 6 de ellos.
De hecho, la fotosíntesis ocurre en dos fases. El primero se llama luz, segundo - oscuro. Dichos nombres se deben al hecho de que la luz solo se necesita para la fase de luz, la fase de oscuridad es independiente de su presencia, pero esto no significa que vaya a la oscuridad. La fase clara fluye sobre las membranas de los tilacoides del cloroplasto, la fase oscura, en el estroma del cloroplasto.
En la fase ligera, no se produce la unión de CO2. Solo hay captura energía solar complejos de clorofila, su almacenamiento en ATP, el uso de energía para reducir NADP a NADP * H 2. El flujo de energía de la clorofila excitada por la luz lo proporcionan los electrones transmitidos a través de la cadena de transporte de electrones de las enzimas integradas en las membranas de los tilacoides.
El hidrógeno para NADP se toma del agua que, bajo la acción de la luz solar, se descompone en átomos de oxígeno, protones de hidrógeno y electrones. Este proceso se llama fotólisis. El oxígeno del agua no es necesario para la fotosíntesis. Los átomos de oxígeno de dos moléculas de agua se combinan para formar oxígeno molecular. La ecuación de reacción para la fase luminosa de la fotosíntesis se ve brevemente así:
H 2 O + (ADP + F) + NADP → ATP + NADP * H 2 + ½O 2
Así, la liberación de oxígeno se produce en la fase luminosa de la fotosíntesis. El número de moléculas de ATP sintetizadas a partir de ADP y ácido fosfórico por fotólisis de una molécula de agua puede ser diferente: una o dos.
Entonces, ATP y NADP * H 2 ingresan a la fase oscura desde la fase clara. Aquí, la energía del primero y la fuerza restauradora del segundo se gastan en la unión del dióxido de carbono. Este paso de la fotosíntesis no puede explicarse de manera simple y breve, porque no procede de tal manera que seis moléculas de CO 2 se combinen con el hidrógeno liberado de las moléculas de NADP * H 2 y se forme glucosa:
6CO 2 + 6NADP * H 2 → C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(la reacción tiene lugar con el gasto de energía del ATP, que se descompone en ADP y ácido fosfórico).
La reacción anterior es solo una simplificación para facilitar la comprensión. De hecho, las moléculas de dióxido de carbono se unen una a la vez, uniéndose a la materia orgánica de cinco carbonos ya preparada. Se forma una sustancia orgánica inestable de seis carbonos, que se descompone en moléculas de carbohidratos de tres carbonos. Algunas de estas moléculas se utilizan para la resíntesis de la sustancia inicial de cinco carbonos para la unión de CO2. Esta resíntesis se proporciona ciclo de Calvin. Una parte más pequeña de las moléculas de carbohidratos, que incluye tres átomos de carbono, abandona el ciclo. Ya a partir de ellos y otras sustancias, se sintetizan todas las demás sustancias orgánicas (carbohidratos, grasas, proteínas).
Es decir, de hecho, los azúcares de tres carbonos, y no la glucosa, salen de la fase oscura de la fotosíntesis.
1. Dar definiciones de conceptos.
Fotosíntesis- el proceso de formación de sustancias orgánicas a partir de dióxido de carbono y agua a la luz con la participación de pigmentos fotosintéticos.
autótrofos organismos que sintetizan sustancias orgánicas a partir de sustancias inorgánicas.
Los heterótrofos son organismos que no pueden sintetizar sustancias orgánicas a partir de sustancias inorgánicas mediante la fotosíntesis o la quimiosíntesis.
Mixótrofos- organismos que pueden utilizar diversas fuentes de carbono y energía.
2. Completa la tabla.
3. Completa la tabla.
4. Explique la esencia de la declaración del gran científico ruso K. A. Timiryazev: "Un registro es una energía solar enlatada".
Un tronco es una parte de un árbol, sus tejidos consisten en compuestos orgánicos acumulados (celulosa, azúcar, etc.), que se formaron durante la fotosíntesis.
5. Escribe la ecuación general de la fotosíntesis. No olvide especificar las condiciones necesarias para que se produzcan las reacciones.
12. Elige un término y explica cómo su significado moderno se corresponde con el significado original de sus raíces.
El término elegido es mixótrofos.
Conformidad. Se especifica el término, como se llama a los organismos con un tipo de nutrición mixta, que son capaces de utilizar diversas fuentes de carbono y energía.
13. Formular y anotar las ideas principales del § 3.3.
Según el tipo de nutrición, todos los organismos vivos se dividen en:
Autótrofos que sintetizan sustancias orgánicas a partir de sustancias inorgánicas.
Heterótrofos que se alimentan de materia orgánica preparada.
Mixótrofos con nutrición mixta.
La fotosíntesis es el proceso de formación de sustancias orgánicas a partir de dióxido de carbono y agua en la luz con la participación de pigmentos fotosintéticos por parte de los fotótrofos.
Se divide en una fase clara (se forman moléculas de agua y H+, que son necesarias para la fase oscura, y también se libera oxígeno) y oscura (se forma glucosa). La ecuación de la fotosíntesis total: 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2. Fluye a la luz en presencia de clorofila. Así, la energía luminosa se convierte en
la energía de los enlaces químicos, y las plantas forman por sí mismas glucosa y azúcares.
La ecuación química del proceso de fotosíntesis se puede representar generalmente de la siguiente manera:
6CO 2 + 6H 2 O + Qlight → C 6 H 12 O 6 + 6O 2.
La fotosíntesis es un proceso en el que la energía electromagnética del sol es absorbida por la clorofila y los pigmentos auxiliares y convertida en energía química, la absorción de dióxido de carbono de la atmósfera, su reducción en compuestos orgánicos y el retorno de oxígeno a la atmósfera.
En el proceso de fotosíntesis, se construyen varios compuestos orgánicos a partir de compuestos inorgánicos simples (CO 2, H 2 O). Como resultado, los enlaces químicos se reorganizan: en lugar de enlaces C - O y H - O, surgen enlaces C - C y C - H, en los que los electrones ocupan un nivel de energía más alto. Por lo tanto, las sustancias orgánicas ricas en energía de las que los animales y los humanos se alimentan y reciben energía (durante la respiración) se crean inicialmente en una hoja verde. Podemos decir que casi toda la materia viva en la Tierra es el resultado de la actividad fotosintética.
La fecha del descubrimiento del proceso de fotosíntesis se puede considerar 1771. El científico inglés J. Priestley llamó la atención sobre el cambio en la composición del aire debido a la actividad vital de los animales. En presencia de plantas verdes, el aire volvió a ser adecuado tanto para la respiración como para la combustión. Posteriormente, el trabajo de varios científicos (J. Ingengauz, J. Senebier, T. Saussure, J. B. Bussengo) descubrió que las plantas verdes absorben CO 2 del aire, a partir del cual se forma materia orgánica con la participación del agua en la luz. . Fue este proceso el que en 1877 el científico alemán W. Pfeffer llamó fotosíntesis. Gran importancia para revelar la esencia de la fotosíntesis, tenía la ley de conservación de la energía, formulada por R. Mayer. En 1845, R. Mayer sugirió que la energía utilizada por las plantas es la energía del Sol, que las plantas convierten en energía química durante la fotosíntesis. Esta posición fue desarrollada y confirmada experimentalmente en los estudios del notable científico ruso K.A. Timiryazev.
La fotosíntesis involucra tanto reacciones de luz como de oscuridad. Se llevaron a cabo una serie de experimentos que demostraron que en el proceso de fotosíntesis, no solo tienen lugar reacciones que tienen lugar con el uso de energía luminosa, sino también reacciones oscuras que no requieren la participación directa de energía luminosa. Podemos citar las siguientes evidencias de la existencia de reacciones oscuras en el proceso de fotosíntesis:
1) la fotosíntesis se acelera al aumentar la temperatura. De esto se deduce directamente que algunas etapas de este proceso no están directamente relacionadas con el uso de la energía de la luz. La dependencia de la fotosíntesis de la temperatura es especialmente pronunciada a altas intensidades de luz. Aparentemente, en este caso, la tasa de fotosíntesis está limitada precisamente por reacciones oscuras;
2) la eficiencia del uso de la energía luminosa en el proceso de fotosíntesis resultó ser mayor con iluminación intermitente. Sin embargo, por más uso efectivo energía de la luz, la duración de los intervalos de oscuridad debe exceder significativamente la duración de los intervalos de luz.
pigmentos de fotosíntesis
Para que la luz influya organismo vegetal y, en particular, para ser utilizado en el proceso de fotosíntesis, es necesaria su absorción por los pigmentos fotorreceptores. Pigmentos son sustancias coloreadas. Los pigmentos absorben luz de cierta longitud de onda. Las partes no absorbidas del espectro solar se reflejan, lo que determina el color de los pigmentos. Así, el pigmento verde clorofila absorbe los rayos rojos y azules, mientras que los rayos verdes se reflejan principalmente. La parte visible del espectro solar incluye longitudes de onda de 400 a 700 nm. Las sustancias que absorben todo el espectro visible aparecen de color negro.
Los pigmentos concentrados en plástidos se pueden dividir en tres grupos: clorofilas, carotenoides, ficobilinas.
al grupo clorofilas incluyen compuestos orgánicos que contienen 4 anillos de pirrol conectados por átomos de magnesio y tienen un color verde.
Actualmente, se conocen unas diez clorofilas. Se diferencian en la estructura química, el color, la distribución entre los organismos vivos. Todas las plantas superiores contienen clorofilas a y b. La clorofila c se encuentra en las diatomeas, la clorofila d se encuentra en las algas rojas.
Los principales pigmentos sin los cuales no se lleva a cabo la fotosíntesis son la clorofila a para las plantas verdes y las bacterioclorofilas para las bacterias. Por primera vez, se obtuvo una idea precisa de los pigmentos de la hoja verde de las plantas superiores gracias al trabajo del botánico ruso más grande M.S. Colores (1872-1919). Desarrolló un nuevo método cromatográfico para separar sustancias y pigmentos de hojas aisladas en su forma pura.
El método cromatográfico para separar sustancias se basa en sus diferentes capacidades de adsorción. Este método consiguió aplicación amplia. EM. El color pasó el extracto de la hoja a través de un tubo de vidrio lleno de polvo: tiza o sacarosa (columna cromatográfica). Los componentes individuales de la mezcla de pigmentos diferían en el grado de adsorción y se movían a diferentes velocidades, como resultado de lo cual se concentraron en diferentes zonas de la columna. Al dividir la columna en partes separadas (zonas) y usar el sistema de solvente apropiado, fue posible aislar cada pigmento. Resultó que las hojas de las plantas superiores contienen clorofila a y clorofila b, así como carotenoides (caroteno, xantofila, etc.). Las clorofilas, como los carotenoides, son insolubles en agua, pero fácilmente solubles en solventes orgánicos. La clorofila a y b difieren en color: la clorofila a es azul verdosa y la clorofila b es amarillo verdosa. El contenido de clorofila a en la hoja es unas tres veces mayor que el de clorofila b.
carotenoides son pigmentos amarillos y anaranjados de estructura alifática, derivados del isopreno. Los carotenoides se encuentran en todas las plantas superiores y en muchos microorganismos. Estos son los pigmentos más comunes con una variedad de funciones. Los carotenoides que contienen oxígeno se llaman xantofilas. Los principales representantes de los carotenoides en las plantas superiores son dos pigmentos: caroteno (naranja) y xantofila (amarillo). A diferencia de las clorofilas, los carotenoides no absorben los rayos rojos y tampoco tienen la capacidad de emitir fluorescencia. Al igual que la clorofila, los carotenoides en los cloroplastos y cromatóforos se encuentran en forma de complejos insolubles en agua con proteínas. Los carotenoides, al absorber ciertas partes del espectro solar, transfieren la energía de estos rayos a las moléculas de clorofila. Así, contribuyen al aprovechamiento de rayos que no son absorbidos por la clorofila.
Ficobilinas- pigmentos rojos y azules que se encuentran en las cianobacterias y algunas algas. Los estudios han demostrado que las algas rojas y las cianobacterias, junto con la clorofila a, contienen ficobilinas. La estructura química de las ficobilinas se basa en cuatro grupos pirrol.
Las ficobilinas están representadas por pigmentos: ficocianina, ficoeritrina y aloficocianina. La ficoeritrina es una ficocianina oxidada. Las ficobilinas forman compuestos fuertes con proteínas (proteínas de ficobilina). La conexión entre las ficobilinas y las proteínas solo se destruye con ácido.
Las ficobilinas absorben los rayos en las partes verde y amarilla del espectro solar. Esta es la parte del espectro que se encuentra entre las dos principales líneas de absorción de la clorofila. La ficoeritrina absorbe rayos con una longitud de onda de 495-565 nm y la ficocianina, 550-615 nm. La comparación de los espectros de absorción de las ficobilinas con la composición espectral de la luz en la que tiene lugar la fotosíntesis en cianobacterias y algas rojas muestra que están muy cerca. Esto sugiere que las ficobilinas absorben la energía de la luz y, como los carotenoides, la transfieren a la molécula de clorofila, después de lo cual se utiliza en el proceso de fotosíntesis. La presencia de ficobilinas en las algas es un ejemplo de la adaptación de los organismos en proceso de evolución al aprovechamiento de partes del espectro solar que penetran en la columna de agua del mar (adaptación cromática). Como es sabido, los rayos rojos correspondientes a la principal línea de absorción de la clorofila son absorbidos a su paso por la columna de agua. Los rayos verdes penetran más profundamente, que no son absorbidos por la clorofila, sino por las ficobilinas.
Propiedades de la clorofila
Todas las clorofilas son sales magnésicas de pirrol. En el centro de la molécula de clorofila hay magnesio y cuatro anillos de pirrol conectados entre sí por puentes de metano.
Según la estructura química, las clorofilas son ésteres de un ácido orgánico dicarboxílico, la clorofilina, y dos residuos de alcohol, el fitol y el metilo.
La parte más importante de la molécula de clorofila es el núcleo central. Consiste en cuatro anillos de cinco miembros de pirrol conectados por puentes de carbono y que forman un gran núcleo de porfirina con átomos de nitrógeno en el medio, asociado con un átomo de magnesio. La molécula de clorofila tiene un anillo de ciclopentanona adicional, que contiene grupos carbonilo y carboxilo unidos por un enlace éter con alcohol metílico. La presencia en el núcleo de porfirina de un sistema de diez dobles enlaces conjugados en círculo y magnesio determina el color verde característico de la clorofila.
La clorofila c se diferencia de la clorofila a solo en que, en lugar de un grupo metilo en el segundo anillo pirrol, tiene un grupo aldehído COH. La clorofila es azul verdosa, mientras que la clorofila b es verde claro. Están adsorbidos en diferentes capas del cromatograma, lo que indica diferentes propiedades químicas y físicas. Según los conceptos modernos, la biosíntesis de la clorofila B procede a través de la clorofila a.
La fluorescencia es una propiedad de muchos cuerpos bajo la influencia de la luz incidente, a su vez, para emitir luz: la longitud de onda de la luz emitida suele ser mayor que la longitud de onda de la luz excitante. Una de las propiedades más importantes de las clorofilas es su pronunciada capacidad de fluorescencia, que es intensa en solución y suprimida en la clorofila contenida en los tejidos de las hojas, en los plástidos. Si observa una solución de clorofila en los rayos de luz que la atraviesan, parece verde esmeralda, pero si la observa en los rayos de luz reflejada, se vuelve roja: este es el fenómeno de la fluorescencia.
Las clorofilas difieren en los espectros de absorción, mientras que en la clorofila b, en comparación con la clorofila a, la banda de absorción en la región roja del espectro se desplaza algo hacia los rayos de longitud de onda corta, y en la región azul-violeta, el máximo de absorción se desplaza hacia los rayos largos. -rayos de longitud de onda (rojos).