Absorción de la Luz en la Fotosíntesis

La fotosíntesis depende de la absorción de la luz a través de los pigmentos de las hojas de las plantas. El más importante de ellos es la clorofila-a, pero hay varios pigmentos accesorios que también contribuyen.

La velocidad de fotosíntesis medida como función de la longitud de onda absorbida, se correlaciona bien con las frecuencias de absorción de la clorofila a, y además se hace evidente que hay algunos otros contribuyentes a la absorción.

La trama de los espectros de absorción de las clorofilas, más el beta caroteno se correlaciona bien con la producción fotosintética observada. El cálculo de la eficiencia fotoquímica se hace midiendo la cantidad de oxígeno producido por las hojas, después de la exposición a diversas longitudes de onda.

A partir de estas tramas de absorción y de producción, es evidente que en la fotosíntesis de las plantas sólo se utilizan los extremos rojo y azul de la parte visible del espectro electromagnético. La reflexión y transmisión del centro del espectro, da a las hojas su visual color verde.

¿Por qué las Hojas no son Negras?

La luz debe ser absorbida por los nutrientes que se crean en la fotosíntesis. ¿Entonces por qué reflejan el verde y se pierde toda la parte media del espectro?. Según Moore, et al, esta es una historia muy larga, de hecho ¡una historia antigua!.

Parece que la clorofila toma la parte del espectro que la bacteriorodopsina no toma. La bacteriorodopsina es un pigmento púrpura que se asemeja el pigmento sensible a la luz, en nuestros ojos.

El conocimiento actual es que los primeros organismos fotosintéticos eran bacterias acuáticas, algunas de las cuales existen todavía hoy en día. Una de ellas, la halobacterium halobium, crece en aguas extremadamente saladas. Utiliza el pigmento bacteriorrodopsina. El sistema de clorofila se desarrolló para utilizar la luz disponible, como si se desarrollara en los estratos inferiores de las bacterias púrpuras, y tuvieran que usar lo que se podía conseguir.

Pero ¿qué pasa con el desarrollo de las plantas de tierra? ¿Por qué se mantienen verdes?. Se piensa que tenían mucha luz y no estuvieron presionadas para desarrollar una captación de luz más eficientes. Es decir, la luz no era el factor limitante en la fotosíntesis de las plantas.

Dicho esto, hay una cierta extensión hacia el centro del espectro con el beta caroteno y otros pigmentos.

Eficiencia Fotosintética

La energía derivada de la absorción de la luz se utiliza en vías particulares, para lograr el resultado final de la síntesis de azúcares. Dado que se conocen las vías, se puede calcular la eficiencia máxima teórica. Se sabe que para reducir dos moléculas de NADP⁺, deben ser absorbidos un total de 8 fotones de luz. Funcionando en el ciclo de Calvin, las dos moléculas de NADPH resultantes pueden producir una molécula de hexosa. La energía de fotón de un fotón de energía media a 600 nm es 2,07 eV, y para 8 moles de dichos fotones, la energía absorbida es

Reducir un mol de CO₂ a hexosa se lleva 114 Kcal, por lo que la eficiencia teórica es 114/381 o 30%. Sorprendentemente, Moore, et al. informan que bajo condiciones de laboratorio se ha logrado el 25%. El rendimiento superior que se informó bajo condiciones de cultivo natural con onagras vespertinas en el Valle de la Muerte fue del 8% (¡si se puede llamar condiciones naturales al Death Valley (Valle de la Muerte !). La caña de azúcar ha registrado un 7%, lo que es muy importante para un cultivo de alimentos. La caña de azúcar es una planta C4. Bajo condiciones de fuerte luz solar, por lo general superan a las plantas C3 y otras.

Las plantas agrícolas cultivadas intensivamente dan un promedio del 3% en la eficiencia fotosintética, y la mayoría de los cultivos varían entre 1-4%. Esto es también típico en las algas.