Fotosíntesis

¿Alguna vez te has preguntado por qué cada otoño las hojas de los árboles cambian de verde a tonos amarillos, naranjas y rojos? ¿Qué es lo que le da a las hojas sus colores brillantes en primer lugar? La respuesta está en los orgánulos de las plantas, llamados cloroplastos, que contienen pigmentos que absorben ciertas longitudes de onda de la luz solar y reflejan otras. Un pigmento en particular, la clorofila, es el más abundante en verano. Absorbe longitudes de onda de alta energía, púrpura, azul y rojo de la luz solar, y refleja las longitudes de onda verdes que dan a las hojas su apariencia verde. Hay otros pigmentos en las hojas, como los carotenoides, que reflejan la luz roja y amarilla. En otoño las hojas dejan de reponer sus pigmentos. Dado que la clorofila se degrada más rápido que los otros pigmentos, los colores de estos carotenoides se desenmascaran.

La presencia de diferentes pigmentos en una hoja verde se puede demostrar con papel de cromatografía, un polímero hidrofílico que separa las moléculas en función de su solubilidad en un solvente en particular. Primero, el extracto de hoja se carga en el papel. Cuando el papel se sumerge en un solvente hidrofóbico orgánico, el solvente viaja a lo largo del papel debido a la acción capilar y en el camino separa diferentes pigmentos en el extracto de hoja. Los pigmentos que son más hidrófobos se transportan más arriba en el papel. Mientras que los pigmentos hidrófilos se unen a la celulosa, lo que dificulta su movimiento. Una vez que todos los pigmentos se clasifican por su hidrofobicidad, podemos calcular el factor de retención o los valores de Rf. El valor Rf es la relación entre la distancia recorrida por un pigmento y la distancia recorrida por el disolvente. Cada pigmento tiene un valor Rf único y podemos identificar fácilmente los pigmentos comparando los valores calculados con los estándares. La fotosíntesis, el proceso por el cual las plantas convierten el dióxido de carbono, el agua y la energía luminosa en energía química y oxígeno, se lleva a cabo principalmente en las hojas de una planta, y la clorofila juega un papel fundamental en este proceso. Los cloroplastos contienen docenas de moléculas de clorofila, cada una de las cuales realiza una tarea específica e interactúa de formas complejas. En última instancia, la energía de la luz hace que las moléculas de clorofila cedan electrones que se utilizan en otros procesos metabólicos. Por lo tanto, la clorofila necesita un suministro continuo de electrones para reemplazar los que pierde. Estos electrones de reemplazo provienen de la división de las moléculas de agua en protones, electrones y moléculas de oxígeno. A altas tasas de fotosíntesis, el agua se divide más rápido para reponer electrones y el oxígeno se genera rápidamente.

Este fenómeno nos ayuda a evaluar la tasa de fotosíntesis en el laboratorio simplemente suspendiendo discos de hojas en una solución de bicarbonato donde el bicarbonato actúa como una rica fuente de carbono. Al comienzo del experimento del disco de hojas, los gases son expulsados de los discos de las hojas aplicando presión negativa con un vacío en una jeringa. Los discos de las hojas, con sus gases expulsados, se vuelven más pesados y se hunden hasta el fondo de la solución de bicarbonato cuando se transfieren a un vaso de precipitados. Cuando se lleva a cabo la fotosíntesis, el agua en el medio ambiente se divide para reponer los electrones de clorofila. El oxígeno resultante hace que los discos sean más ligeros, lo que hace que floten hacia la superficie con el tiempo. Los entornos que permiten tasas más altas de fotosíntesis tienen discos que flotan más rápido.

En este laboratorio, primero separará e identificará los pigmentos en las hojas de espinaca utilizando papel de cromatografía. A continuación, evaluará la tasa de fotosíntesis en agua y en solución de bicarbonato con un experimento de disco de hojas.