Pigmentos fotosintéticos

Por el Ing. Agr. Carlos González.

Entre todos los caracteres más externos de los vegetales, el más notable y característico es probablemente el color.  El color no es únicamente un carácter llamativo de la vegetación, sino que, además, algunos de los pigmentos que lo condicionan están estrechamente ligados a las actividades fisiológicas del propio vegetal. Por consiguiente, el estudio de cómo las plantas viven  y se desarrollan requieren el previo conocimiento de los pigmentos vegetales.

¿Qué son los pigmentos?

Si es posible encontrar en el reino vegetal todos los matices y combinaciones de colores del espectro, existe un predominio general de los colores primarios: verde, amarillo, rojo, azul. Estos colores son conferidos a los vegetales por determinados compuestos químicos definidos, llamados pigmentos. El color particular que presenta un determinado órgano vegetal depende generalmente del predominio de uno u otro o la combinación de ellos. Se debe tener claro que cuando un vegetal presenta un color blanco, es debido a la falta de tales pigmentos. La luz solar que incide sobre ellas no es absorbida selectivamente como ocurre en las partes coloreadas, sino que es transmitida o reflejada prácticamente sin sufrir modificación. 

Las Clorofilas. El color verde tan uniformemente presente en los vegetales es debido a la presencia de dos pigmentos estrechamente emparentados llamados clorofila a y clorofila b . Se encuentran prácticamente en todas las plantas con semilla, helechos, musgos y algas. Pueden formarse en las raíces, tallos, hojas y frutos a condición de que estos órganos estén situados por encima del suelo y queden expuestos a la luz. También aunque aparentemente falten en algunas hojas de color rojo o amarillo, cuando se extraen las otras sustancias colorantes de estas, puede comprobarse incluso allí la presencia de las clorofilas, que estaban enmascaradas por los demás pigmentos.

¿Dónde están los pigmentos?

Estos pigmentos se encuentran en el interior de la células vegetales específicamente en una organela llamada cloroplasto . Los cloroplastos son simplemente plástidos que contienen pigmentos clorofílicos. Los compuestos clorofílicos están ligados químicamente con las estructuras internas del cloroplasto (membrana tilacoides) y se hallan retenidos en estado coloidal. Asociados con las clorofilas, existen también en los cloroplastos dos clases de pigmentos amarillos y  amarillo-anaranjados que son los xantofilas y carotenides.

¿Cómo se dividen los solventes?

Los pigmentos clorofílicos son insolubles en el solvente universal llamado agua.  Pero sí son solubles (afinidad química) en solventes orgánicos como por ejemplo alcohol etílico y acetona.  A los solventes que extraen simultáneamente todos los pigmentos de la hoja se los suele llamar extractantes. Existen otros solventes que presentan afinidad por algunos pigmentos y se los llama separadores, como por ejemplo el tetracloruro de carbono y el éter de petróleo.

En el método de extracción simple, como se desarrolla más adelante se utilizará como extractante el alcohol etílico y como separador el tetracloruro de carbono. Estos dos solventes orgánicos responden en forma diferente a los pigmentos clorofílicos, como así también a sus diferencias físicas que hacen que sean dos líquidos no misibles y con diferente peso específico.

En el segundo método por cromatografía se utilizará como extractante la acetona y como separador el éter de petróleo. Este método se trata de una separación más fina de los pigmentos, y se basa en la absorción y solubilidad diferenciales de varias sustancias entre las que se incluyen los pigmentos. Un soporte inerte como papel de filtro para la corrida y unos granos de carbonato de calcio para deshidratar la muestra, son los componentes necesarios para desarrollar la técnica.

¿Qué es la energía radiante o la  luz?

Para el adecuado conocimiento de la fotosíntesis, de la síntesis y propiedades de la clorofila y de muchos otros procesos vegetales, es esencial un conocimiento elemental de las propiedades físicas de la luz y otros tipos de energía radiante. Ésta se propaga a través del espacio en forma de ondas. La luz del sol o la luz blanca procedente de cualquier fuente artificial aparece como homogénea al ojo humano, pero cuando se la pasa a través de un prisma, se descompone en un espectro de colores. El orden que aparecen los colores más importantes en el espectro de la luz blanca son: el rojo, anaranjado, amarillo, amarillo-verdoso, vede, verde-azulado, azul, índigo, violeta. Cada uno de estos colores responde a un rango diferente de longitud de onda de luz. La longitud de onda es la diferencia entre dos crestas de ondas sucesivas. Las longitudes de onda que producen la luz se hallan aproximadamente entre los 3900 Å en el violeta hasta 7600 Å en la zona más alejada al rojo. Por  debajo  de la región de la luz visible, en la escala de energía radiante, sigue la zona del ultravioleta (UV). Aquellos que están por encima de la luz visible responden al infrarrojo (IR.).

En la actualidad, todos estos fenómenos de la luz pueden ser explicados si se admite que la luz tiene naturaleza particulada (formada por partículas). Conforme a este concepto, un rayo de luz puede ser imaginado como una corriente de pequeñas partículas, cada una de las cuales se llama fotón. Cuando tales fotones chocan contra una sustancia adecuada, su energía puede ser transferida  a los electrones sobre los que golpean, realizando así reacciones fotosintéticas.

La manifestación energética de un fotón se llama cuanto. El valor energético del cuanto varía inversamente con la longitud de onda.

¿Qué es  un espectroscopio?

Un espectroscopio es un aparato que nos puede decir a partir de un extracto alcohólico de hojas verdes, qué longitudes de onda o colores son capaces de ser absorbidos por los pigmentos clorofílicos. 

Se trata de colocar una lámpara puntiforme de gran intensidad encendida frente a un espectroscopio, el cual en su parte anterior presenta un orificio por donde pasa el haz de luz. Seguidamente hay un prisma que descompone la luz y la proyecta en una pantalla, en la cual se puede observar con una lente ocular, los diversos colores mencionados anteriormente. El paso a seguir es colocar entre la lámpara y el aparato un tubo de ensayo conteniendo el extracto alcohólico de las hojas verdes. Luego se pone el ojo sobre el ocular y se observa cuáles fueron los colores o longitudes de onda absorbidas por los pigmentos clorofílicos (espectro de la clorofila) y cuales son dejadas pasar sin ningún problema. Por último se puede también ver sobre el extracto alcohólico la fluorescencia, es decir, aparece el color verde por transparencia y el color rojo parduzco por reflexión.

 

Métodos de separación de pigmentos:

a) Separación de pigmentos vegetales por separación simple.

b) Separación de pigmentos vegetales por cromatografía sobre papel.

 

a.      a.      Separación de pigmentos vegetales por separación simple.

Elementos:

Mortero - Embudo cribado -Kitasato - Papel de filtro - Tubos de ensayo - Alcohol - Tetracloruro de carbono - Hojas de espinaca o Acelga - Bomba de vacío.

Objetivo:

Extraer los pigmentos fotosintéticos y separarlos mediante una técnica sencilla de fases.

Técnica:

1. Lavar las hojas de espinacas o acelga, retirar los nervios y ponerlas en un mortero, junto con el solvente extractante (acetona).

Triturar la mezcla hasta que las hojas se decoloren y el disolvente adquiera un color verde intenso. Fotografía 1.

2.     2.      Filtrar con un embudo, papel de filtro y bomba de vacío. Fotografía 2

Fotografía 1

Fotografía 2

3.      3.      Pasar el filtrado en dos tubos de ensayo (a y b) en partes iguales. El tubo a se lo dejará para trabajar con el espectroscopio en un lugar sombrío.

4.      4.      Al tubo b, se le agregará tetracloruro de carbono y luego se lo agitará por unos segundos. Se lo dejará reposar en una gradilla por 10 minutos.(Fotografía 7)

5.      5.      Los pigmentos se irán separando según su adsorción o afinidad con los solventes.(Fotografía 8)

Fotografía 7

Fotografía 8

 

 

b) Separación de pigmentos vegetales por cromatografía sobre papel.

Elementos:

Mortero- Embudo cribado -Kitasato - Papel de filtro - Tubos de ensayo - Acetona - Éter de Petróleo - Hojas de espinaca o Acelga - Cloruro de Calcio- Bomba de vacío - Capilar o Pipeta Pasteur - Vaso de precipitado.

Objetivo:

Extraer los pigmentos fotosintéticos y separarlos mediante una técnica compleja de cromatografía en papel.

 

Técnica:

1. Lavar las hojas de espinacas o acelga, retirar los nervios y ponerlas en un mortero, junto con el solvente extractante (acetona).

Triturar la mezcla hasta que las hojas se decoloren y el disolvente adquiera un color verde intenso. Fotografía 1.

2. Filtrar con un embudo, papel de filtro y bomba de vacío. Fotografía 2

3. Pasar el filtrado en un tubo de ensayo, colocar 3 a 5 perlas de Cloruro de calcio. Dejar reposar de 5 a 10 min.

4. Tomar con un capilar o pipeta el sobrenadante del tubo anterior. Sobre un rectángulo de papel de filtro de unos 15 centímetros de ancho por 10 centímetros de alto doblado en V (para que se mantenga en pie) se traza con lápiz, una línea de siembra a 3 cm de la base. Sobre la línea se realizan de 5 a 8 pasadas con el capilar cargado de pigmento dejando entre cada pasada que se evapore acetona.

5. Se coloca el papel ya sembrado en un vaso de precipitado que contendrá el solvente separador (éter de petróleo), dejándolo unos 5 a 10 min. Fotografía3

6. Los pigmentos se irán separando según su adsorción o afinidad con el solvente. Fotografía 4

 

Este es el aspecto final de la cromatografía obtenida con las hojas de espinacas o acelga

 Bibliografía utilizada: www.cnba.uba.ar/botanica