Clorofila a

La clorofila a es una forma específica de clorofila utilizada en la fotosíntesis oxigénica. Absorbe la mayor parte de la energía de las longitudes de onda de la luz violeta-azul y naranja-roja, y absorbe mal las porciones verdes y casi verdes del espectro. La clorofila no refleja la luz, pero los tejidos que la contienen aparecen verdes porque la luz verde se refleja de manera difusa en estructuras como las paredes celulares. Este pigmento fotosintético es esencial para la fotosíntesis en eucariotas, cianobacterias y proclorofitas debido a su papel como donante primario de electrones en la cadena de transporte de electrones. La clorofila a también transfiere energía de resonancia en el complejo de antena, terminando en el centro de reacción donde se encuentran las clorofilas específicas P680 y P700.

Distribución de clorofila a

La clorofila a es esencial para que la mayoría de los organismos fotosintéticos liberen energía química, pero no es el único pigmento que se puede utilizar para la fotosíntesis. Todos los organismos fotosintéticos oxigenados utilizan clorofila a, pero difieren en pigmentos accesorios como la clorofila b. La clorofila a también se puede encontrar en cantidades muy pequeñas en la bacteria verde del azufre, un fotoautótrofo anaeróbico. Estos organismos utilizan bacterioclorofila y algo de clorofila a pero no producen oxígeno. La fotosíntesis anoxigénica es el término aplicado a este proceso, a diferencia de la fotosíntesis oxigénica, donde el oxígeno se produce durante las reacciones luminosas de la fotosíntesis.

Estructura molecular

La estructura molecular de la clorofila a consiste en un anillo de cloro, cuyos cuatro átomos de nitrógeno rodean un átomo central de magnesio, y tiene varias otras cadenas laterales unidas y una cola de hidrocarburo formada por un éster de fitol.

Estructura de clorofila a molécula mostrando la cola de fito

Anillo de cloro

La clorofila a contiene un ion magnesio encerrado en una gran estructura de anillo conocida como clorina. El anillo de cloro es un compuesto heterocíclico derivado del pirrol. Cuatro átomos de nitrógeno del cloro rodean y unen el átomo de magnesio. El centro de magnesio define de forma única la estructura como una molécula de clorofila. El anillo de porfirina de la bacterioclorofila está saturado y carece de alternancia de enlaces dobles y simples, lo que provoca una variación en la absorción de luz.

Cadenas laterales

Las cadenas laterales están unidas al anillo de cloro de las distintas moléculas de clorofila. Diferentes cadenas laterales caracterizan cada tipo de molécula de clorofila y alteran el espectro de absorción de la luz. Por ejemplo, la única diferencia entre la clorofila a y la clorofila b es que la clorofila b tiene un aldehído en lugar de un grupo metilo en la posición C-7.

Cola de hidrocarburos

El éster fitol de la clorofila a (R en el diagrama) es una larga cola hidrofóbica que ancla la molécula a otras proteínas hidrofóbicas en la membrana tilacoide del cloroplasto. Una vez desprendido del anillo de porfirina, el fitol se convierte en el precursor de dos biomarcadores, pristano y fitano, que son importantes en el estudio de la geoquímica y la determinación de fuentes de petróleo.

Biosíntesis

La vía biosintética de la clorofila a utiliza una variedad de enzimas. En la mayoría de las plantas, la clorofila se deriva del glutamato y se sintetiza a lo largo de una vía ramificada que se comparte con el hemo y el sirohema. Los pasos iniciales incorporan ácido glutámico al ácido 5-aminolevulínico (ALA); Luego, dos moléculas de ALA se reducen a porfobilinógeno (PBG) y cuatro moléculas de PBG se acoplan para formar protoporfirina IX.

La clorofila sintasa es la enzima que completa la biosíntesis de la clorofila a catalizando la reacción EC 2.5.1.62

clorofilida a + phytyl diphosphate ${displaystyle rightleftharpoons }$ clorofila a + difosfato

Esto forma un éster del grupo ácido carboxílico en la clorofilida a con el alcohol diterpénico de 20 carbonos fitol.

Reacciones de la fotosíntesis

Absorbancia de la luz

Espectro luminoso

La clorofila a absorbe la luz en las longitudes de onda violeta, azul y roja. Los pigmentos fotosintéticos accesorios amplían el espectro de luz absorbida, aumentando la gama de longitudes de onda que se pueden utilizar en la fotosíntesis. La adición de clorofila b junto a la clorofila a amplía el espectro de absorción. En condiciones de poca luz, las plantas producen una mayor proporción de moléculas de clorofila b a clorofila a, lo que aumenta el rendimiento fotosintético.

Reunión de luz

La absorción de luz por los pigmentos fotosintéticos convierte los fotones en energía química. La energía luminosa que irradia sobre el cloroplasto incide sobre los pigmentos de la membrana tilacoide y excita sus electrones. Dado que las moléculas de clorofila a solo capturan ciertas longitudes de onda, los organismos pueden usar pigmentos accesorios para capturar una gama más amplia de energía luminosa que se muestra en los círculos amarillos. Luego transfiere la luz capturada de un pigmento al siguiente como energía de resonancia, pasando energía de un pigmento al otro hasta llegar a las moléculas especiales de clorofila a en el centro de reacción. Estas moléculas especiales de clorofila a están ubicadas tanto en el fotosistema II como en el fotosistema I. Se conocen como P680 para el fotosistema II y P700 para el fotosistema I. P680 y P700 son los principales donantes de electrones de la cadena de transporte de electrones. Estos dos sistemas son diferentes en sus potenciales redox para la oxidación de un electrón. La Em_m para P700 es de aproximadamente 500 mV, mientras que la Em_m para P680 es de aproximadamente 1100-1200 mV.

Donación primaria de electrones

La clorofila a es muy importante en la fase energética de la fotosíntesis. Es necesario pasar dos electrones a un aceptor de electrones para que continúe el proceso de fotosíntesis. Dentro de los centros de reacción de ambos fotosistemas hay un par de moléculas de clorofila a que pasan electrones a la cadena de transporte a través de reacciones redox.