¿Qué es la clorofila?
La clorofila es un pigmento biológico, una molécula capaz de absorber la luz. Esta molécula absorbe la longitud de onda correspondiente al color violeta, azul y rojo, y refleja la luz de color verde. Por ello, la presencia de clorofila es la responsable del color verde de las plantas.
Su estructura consiste en un anillo de porfirina con un centro de magnesio y una cola hidrofóbica, llamada fitol. Es menester resaltar la similitud estructural de la clorofila con la molécula de hemoglobina.
La clorofila se localiza en los tilacoides, estructuras membranosas ubicadas en el interior de los cloroplastos. Los cloroplastos son abundantes en las hojas y demás estructuras de las plantas.
La función principal de la clorofila es captar luz que usará para propulsar las reacciones fotosintéticas. Existen diferentes tipos de clorofila –la más común es la a– que difieren ligeramente en su estructura y en su pico de absorción, con el fin de incrementar la cantidad de luz solar absorbida.
La molécula de clorofila se estudió en 1818, cuando fue descrita por primera vez por los investigadores Pierre-Joseph Pelletier y Joseph Bienaimé Caventou, que acuñaron el nombre “clorofila”. Posteriormente, en 1838 empezaron los estudios químicos de la molécula.
En 1851, Verdeil propuso las similitudes estructurales entre la clorofila y la hemoglobina. Para la época, se exageraba este parecido y se asumía que en el centro de la molécula de clorofila también se encontraba un átomo de hierro. Más tarde se confirmó la presencia de magnesio como átomo central.
Los distintos tipos de clorofila fueron descubiertas en 1882 por Borodin usando evidencia proporcionada por el microscopio.
Pigmentos de clorofila
Un punto clave para que los organismos vivos fotosintéticos tengan la capacidad de usar la energía lumínica es poder absorberla. Las moléculas que llevan a cabo esta función se denominan pigmentos y están presentes en plantas y algas.
Para entender mejor estas reacciones es necesario conocer ciertos aspectos relacionados con la naturaleza de la luz.
La luz se define como un tipo de radiación electromagnética, una forma de energía. Esta radiación se entiende como onda y como partícula. Una de las características de la radiación electromagnética es la longitud de onda, expresada como la distancia entre dos crestas sucesivas.
El ojo humano puede percibir la longitud de onda que va desde 400 hasta 710 nanómetros (nm = 10-9 m). Las longitudes de onda cortas están asociadas a mayor cantidad de energía. La luz del Sol incluye la luz blanca, que consiste en todas las longitudes de onda de la porción visible.
En cuanto a la naturaleza de partícula, los físicos describen los fotones como paquetes discretos de energía. Cada una de estas partículas posee una longitud de onda y un nivel de energía característico.
Cuando un fotón golpea un objeto pueden ocurrir tres cosas: ser absorbido, transmitido o reflejado.
¿Por qué la clorofila es verde?
No todos los pigmentos se comportan de la misma manera. La absorción de luz es un fenómeno que puede ocurrir a distintas longitudes de onda, y cada pigmento tiene un espectro de absorción particular.
La longitud de onda absorbida determinará el color al que visualizaremos al pigmento. Por ejemplo, si absorbe luz a todas sus longitudes veremos al pigmento totalmente negro. Los que no absorben todas las longitudes, reflejan las restantes.
En el caso de la clorofila, esta absorbe las longitudes de onda correspondientes a los colores violeta, azul y rojo, y refleja la luz de color verde. Este es el pigmento que le otorga a las plantas su color característico.
La clorofila no es el único pigmento de la naturaleza
A pesar de que la clorofila es uno de los pigmentos más conocidos, existen otros grupos de pigmentos biológicos, como los carotenoides, que son de tonalidades rojizas o anaranjadas. Por tanto, absorben la luz a una longitud de onda diferente a la de la clorofila, sirviendo como una pantalla de transferencia de energía hasta la clorofila.
Además, algunos carotenoides tienen funciones fotoprotectoras: absorben y disipan la energía lumínica que podría dañar la clorofila, o bien reaccionar con el oxígeno y formar moléculas oxidativas que podrían dañar las estructuras celulares.
Características y estructura de la clorofila
– Color. La clorofila es responsable del color verde de las plantas debido a su capacidad para absorber la luz en las regiones del espectro visible, especialmente en las longitudes de onda azul y roja, dejando reflejada la luz verde.
– Estructura química. Es una molécula compleja que contiene un anillo porfirínico, similar al grupo hemo en la hemoglobina, pero con un átomo central de magnesio en lugar de hierro. Hay varios tipos de clorofila, siendo las más comunes la clorofila a y la clorofila b. La clorofila a es esencial para la fotosíntesis en plantas verdes.
– Función en la fotosíntesis. Desempeña un papel crucial en la fotosíntesis. Absorbe la energía de la luz solar y la utiliza para convertir dióxido de carbono y agua en glucosa y oxígeno. Esta conversión es esencial para la producción de alimentos y la liberación de oxígeno en la atmósfera.
– Ubicación celular. Está en los cloroplastos de las células vegetales y en las células de los organismos fotosintéticos. Está asociada principalmente con las membranas tilacoidales de los cloroplastos, donde se lleva a cabo la fase de luz de la fotosíntesis.
– Absorción de luz. Absorbe luz en las regiones del espectro azul y rojo, lo que es fundamental para la fotosíntesis. La luz absorbida por la clorofila impulsa la transferencia de electrones y la generación de energía química utilizada para convertir el dióxido de carbono en compuestos orgánicos.
– Producción de diferentes formas. La variabilidad en su estructura da lugar a diferentes formas, como clorofila a y clorofila b. Estas formas tienen ligeras diferencias en sus propiedades espectrales y en su papel específico en el proceso fotosintético.
Localización de la clorofila
La clorofila es uno de los pigmentos naturales de mayor distribución y lo encontramos en distintos linajes de la vida fotosintética. En la estructura de las plantas lo encontramos mayormente en las hojas y otras estructuras verdes.
Vista con microscopio, la clorofila se encuentra en el interior de las células, específicamente en los cloroplastos. A su vez, en el interior de los cloroplastos existen estructuras formadas por membranas dobles, denominadas tilacoides, que contienen la clorofila en su interior, además de lípidos y proteínas.
Los tilacoides son estructuras que parecen varios discos o monedas apiladas, y este ordenamiento tan compacto es totalmente necesario para la función fotosintética de las moléculas de clorofila.
En los organismos procariotas que realizan la fotosíntesis no existen cloroplastos. Por ello, los tilacoides que contienen los pigmentos fotosintéticos se observan como parte de la membrana celular, aislados en el interior del citoplasma celular, o bien construyen una estructura en la membrana interior (patrón observado en las cianobacterias).
Tipos de clorofila
Existen varios tipos de clorofilas, los cuales difieren ligeramente en la estructura molecular y en su distribución en los linajes fotosintéticos. Es decir, algunos organismos contienen ciertos tipos de clorofila y otros no.
- Clorofila a. El tipo principal de clorofila se denomina clorofila a, y en el linaje de las plantas es el pigmento encargado directamente en el proceso fotosintético y transforma la energía lumínica en química.
- Clorofila b. También está presente en las plantas. Estructuralmente se diferencia de la clorofila a porque esta última posee un grupo metilo en el carbono 3 del anillo número II, y el tipo b contiene en dicha posición un grupo formilo. Es considerada un pigmento accesorio y gracias a las diferencias estructurales tiene un espectro de absorción un poco diferente a la variante a. Como resultado de esta característica difieren en su color: la clorofila a es azul verdosa y la b es amarillo verdosa. La idea de estos espectros diferenciales es que ambas moléculas se complementen en la absorción de la luz y logren incrementar la cantidad de energía lumínica que ingresa al sistema fotosintético (de manera que el espectro de absorción se vea ampliado).
- Clorofilas c y d. Existe un tercer tipo de clorofila, la c, que encontramos en las algas marrones, diatomeas y dinoflagelados. En el caso de las algas cianofíceas solamente exhiben clorofila del tipo a. Por último, la clorofila d se encuentra en algunos organismos protistas y también en las cianobacterias.
- Clorofila en las bacterias. Existe una serie de bacterias con capacidad fotosintética. En estos organismos existen clorofilas denominadas conjuntamente bacterioclorofilas, y al igual que las clorofilas de los eucariotas, se clasifican siguiendo las letras a, b, c, d, e y g. Históricamente se manejaba la idea que la molécula de clorofila apareció primero en el curso de la evolución. Hoy en día, gracias al análisis de secuencias, se ha propuesto que probablemente la molécula de clorofila ancestral era similar a una bacterioclorofila.
Funciones de la clorofila
- Captura de energía solar. Su función principal es actuar como un pigmento fotosintético que absorbe la energía de la luz solar. Absorbe luz en las regiones del espectro azul y rojo, y esta energía absorbida la emplea para realizar la fotosíntesis.
- Fotosíntesis. La clorofila es primordial para el proceso de fotosíntesis, que es la conversión de la energía lumínica en energía química. Durante la fotosíntesis, la clorofila captura la luz solar y la utiliza para convertir dióxido de carbono y agua en glucosa y oxígeno. Este proceso es la base de la producción de alimentos en las plantas y juega un papel crítico en el ciclo global del oxígeno.
- Generación de oxígeno. En la fotosíntesis, la clorofila libera oxígeno como un subproducto cuando utiliza la luz solar para dividir el agua. Esto es crucial para la vida en la Tierra, pues aporta la mayor parte del oxígeno presente en la atmósfera.
- Coloración de las plantas. La clorofila es responsable del color característico de las plantas, porque refleja la luz verde mientras absorbe otras longitudes de onda. Esta coloración es importante para el camuflaje de las plantas en entornos naturales y también es un indicador visual de su salud.
- Transferencia de electrones. La clorofila participa en la transferencia de electrones durante la fotosíntesis. La luz absorbida excita los electrones en las moléculas de clorofila, que luego se transfieren a través de una serie de complejos proteicos, generando un flujo de electrones que impulsa la síntesis de ATP y la reducción del NADP+.
Referencias
- Beck, C. B. An introduction to plant structure and development: plant anatomy for the twenty-first century. Cambridge University Press.
- Berg, J. M., Stryer, L., & Tymoczko, J. L. Bioquímica. Reverté.
- Campbell, N. A. Biología: Conceptos y relaciones. Pearson Educación.
- Curtis, H., & Schnek, A. Invitación a la Biología. Ed. Médica Panamericana.
- Koolman, J., & Röhm, K. H. Bioquímica: texto y atlas. Ed. Médica Panamericana.