Estructuras fotosintéticas

Desde hace cuatro décadas, en el ambiente científico se ha extendido el interés

por la creación de sistemas artificiales que imiten a la fotosíntesis. Con frecuencia,

lo que se hace es reemplazar a la clorofila por una amalgama de compuestos

químicos, ya sean orgánicos o inorgánicos, que tienen la capacidad de captar la

luz. Sin embargo, se desconoce lo que se debe de hacer con los electrones

liberados en el proceso fotosintético.

En el año 1981 fue fabricado el primer cloroplasto de carácter artificial, que se

encontraba constituido por una mezcla de compuestos orgánicos sintéticos

relacionados con la clorofila y que, al iluminarse, tenía la capacidad de llevar a

cabo la reacción de fotólisis del agua, generando hidrógeno y oxígeno en estado

gas. El tamaño físico del cloroplasto artificial era mucho mayor en comparación

con el de los cloroplastos naturales, y además, su eficacia de conversión de

energía lumínica en química era notablemente inferior. Este primer experimento

fue todo un hito y supuso el primer paso hacia la construcción de un dispositivo

fotosintético obtenido artificialmente que funcionara.

En 1998, el equipo de Thomas Moore, profesor de química del Centro de

Bioenergía y Fotosíntesis de la Universidad Estatal de Arizona, decidió incorporar

al cloroplasto artificial desarrollado años antes, una vesícula rodeada de una

cubierta parecida a las membranas de los cloroplastos naturales. En ella se

hallaban las clorofilas tratadas sintéticamente, junto con otros compuestos que se

añadieron con la intención de generar una acumulación de iones H+ en la parte

interna de la membrana. Pero el hecho más destacable del experimento fue la

incorporación de la enzima ATP-sintetasa, principal responsable del

aprovechamiento del desequilibrio en la concentración de H+ para producir ATP.

Con estas modificaciones, Moore consiguió un comportamiento similar al de los

cloroplastos reales, sintetizando ATP a partir de energía solar, pero con un

número más reducido de componentes que la cadena fotosintética natural. Tal fue

la repercusión del experimento, que en la actualidad se continúan explorando sus

aplicaciones prácticas.

En 1999, científicos norteamericanos unieron químicamente cuatro moléculas de

clorofila, dando lugar a una cadena por la que podían circular los electrones y en

cuyo remate, se encontraba una bola de fullereno C60. Tras incidir la luz en el

sistema, los electrones emitidos eran trasportados hasta la bola de

buckminsterfullereno que se quedaba cargada eléctricamente y mantenía estable

su carga. Pero el principal defecto de este imaginativo proyecto es que los

científicos que lo lideraban desconocían la posible aplicación del fullereno cargado

que se había obtenido por medio del proceso mencionado.20

Se distinguen por ser unas estructuras polimorfas de color verde, siendo la

coloración que presentan consecuencia directa de la presencia del pigmento

clorofila en su interior. Además, presentan una envoltura formada por una doble

membrana que carece de clorofila y colesterol: una membrana plastidial externa y

una membrana plastidial interna.

En las plantas superiores, la forma que con mayor frecuencia presentan los

cloroplastos es la de disco lenticular, aunque también existen algunos de aspecto

ovoidal o esférico. Con respecto a su número, se puede decir que en torno a

cuarenta y cincuenta cloroplastos coexisten, de media, en una célula de una hoja;

y existen unos 500.000 cloroplastos por milímetro cuadrado de superficie foliar. No

sucede lo mismo entre las algas, pues los cloroplastos de éstas no se encuentran

tan determinados ni en número ni en forma. Por ejemplo, en el alga Spirogyra

únicamente existen dos cloroplastos con forma de cinta en espiral, y en el alga

Chlamydomonas, sólo hay uno de grandes dimensiones.

En el interior y delimitado por una membrana plastidial interna, se ubica una

cámara que alberga un medio interno con un elevado número de componentes

(ADN plastidial, circular y de doble hélice, plastorribosomas, enzimas e inclusiones

de granos de almidón y las inclusiones lipídicas); es lo que se conoce por el

nombre de estroma. Inmerso en él se encuentran una gran cantidad de sáculos

denominados tilacoides, que contienen pigmentos fotosintéticos en su membrana

tilacoidal (cuya cavidad interior se llama lumen o espacio tilacoidal). Los tilacoides

pueden encontrarse repartidos por todo el estroma (tilacoides del estroma), o bien,

pueden ser pequeños, tener forma discoidal y encontrarse apilados originando

unos montones, denominados grana (tilacoides de grana). Es en la membrana de

los grana donde se ubican los sistemas enzimáticos encargados de captar la

energía lumínica, llevar a cabo el transporte de electrones y sintetizar ATP.