La luz como fuente primaria de la energía de la fotosíntesis
La luz solar es la fuente primaria de toda la energía que mantiene la biosfera de nuestro planeta. Por medio de la fotosíntesis, las plantas, algas y algunos tipos de bacterias convierten energía física de la luz solar en energía química y este proceso es esencial para el mantenimiento de todas las formas de vida aquí existentes.
La fotosíntesis puede definirse como un proceso físico / químico mediante el cual los organismos fotosintéticos sintetizan compuestos orgánicos a partir de materia prima inorgánica en la presencia de luz solar.
El proceso fotosintético de las plantas ocurre en los cloroplastos y resulta en la liberación de oxígeno molecular y en la captura de dióxido de carbono de la atmósfera, que es utilizado para sintetizar carbohidratos, como lo vemos en la figura a continuación
Figura 1. Esquema simplificado del proceso de fotosíntesis
La fotosíntesis puede ser representada por la siguiente ecuación empírica:
CO2 + H2O + Energía luminosa =====> [CH2O] + O2 + H2O
en que el [CH2O] representa carbohidrato (azúcares). La síntesis de carbohidratos a partir del dióxido de carbono y agua requiere de un gran ingreso de energía. La energía libre para la reducción de un mol de CO2 hasta el nivel de glucosa es de 478 kJ mol-1.
La fotosíntesis es un proceso muy complejo que comprende muchas reacciones físicas y químicas que ocurren de forma coordinada en sistemas de proteínas, pigmentos y otros compuestos asociados a membranas. En general, el proceso fotosintético es analizado en dos etapas interdependientes y simultáneas.
1 – Etapa fotoquímica, antiguamente llamada como “fase clara” y
2 – La etapa química, también conocida como ciclo fotosintético reductivo del carbono, antiguamente llamada “fase oscura”
La luz, fuente primaria de energía en la fotosíntesis, es parte de la radiación electromagnética que es visible al ojo humano. La “luz visible” tiene longitudes de onda que van desde el violeta, con cerca de 380 nm, al rojo con 700nm. Esa franja del espectro de radiación electromagnética también es llamada como radiación fotosintética activa, que vemos en la figura a continuación
Figura 3. Espectro de la radiación de la fotosíntesis activa
En 1900 Planck enunció la teoría cuántica, que establece que la radiación electromagnética es emitida o absorbida en discretas “unidades” de energía llamadas quanta. Matemáticamente la energía de un quantum de radiación puede ser expresada por E = hv , en que E es la energía de un único quantum de radiación v es la frecuencia de la radiación (frecuencia y el número de ondas transmitidas en unidad de tiempo) y h es la constante de Planck (6,625 x 10-34 J. s). La frecuencia v es igual a c/λ , en que c, es la velocidad de la luz (3 x 108 m. s-1 ) y λ es el largo de onda.
La energía luminosa presenta naturaleza ondulatoria y particular. La luz es transmitida en ondas o absorbida y/o emitida en partículas llamadas “fotones” con energía inversamente proporcional a la longitud de onda.
Así, fotones de luz azul, de longitud de onda corta, son más energéticos de lo que fotones de luz roja de mayor longitud de onda. Par que la fotosíntesis ocurra, los pigmentos fotosintéticos (clorofilas) deben absorber la energía de un fotón de dada longitud de onda y entonces utilizar esa energía para iniciar una cadena de eventos de la fase fotoquímica de la fotosíntesis.
De acuerdo con la ley de equivalencia fotoquímica de Einstein, una molécula apenas reaccionará luego de haber absorbido la energía de un fotón (hv). En consecuencia, un mol de clorofila debe absorber 6,024 x 1023 (N) fotones de energía, o sea, Nhv para dar inicio a la reacción. Un mol de luz roja de 700 nm contiene 17,10 x 104 J por cada mol, en cuanto un mol de luz azul contiene 23,93 x 104 J.
