Fotobioloxía

Ilustración do espectro electromagnético. O espectro visíbel para o ollo humano corresponde ás cores do esquema.
Bandas de absorción de luz por fotorreceptores nos conos e bastonetes da retina do ollo
Curva de McCree da luz diúrna solar
Fungos Panellus stipticus
Diagrama de fosforilación cíclica. Mostra reaccións de luz na membrana tilacoide, con partes do ciclo resaltadas.
Euprymna berryi, lura sepiólida bioluminiscente de Timor Leste
Fototerapia aplicada en ictericia do neonato
Imaxe que amosa a distribución global da fotosíntese, incluíndo tanto a vexetación oceánica (como o fitoplancto) como a terrestre.
Espectro de actividade fotosintética

Fotobioloxía é o estudo científico das interaccións beneficiosas e nocivas da luz (tecnicamente, radiación non-ionizante) en organismos viventes.[1] O campo inclúe o estudo de fotofísica ou fotobiofísica, fotoquímica ou fotobioquímica, fotosíntese, fotomorfoxénese, procesamento visual, ritmos circadianos, fotomovemento, bioluminescencia, e efectos de radiación ultravioleta.[2]

A división entre radiación ionizante e radiación non ionizante normalmente considérase unha enerxía de fotón superior a 10 eV,[3] que corresponde aproximadamente á primeira enerxía de ionización do osíxeno e á enerxía de ionización do hidróxeno, a uns 14 eV.[4]

Cando os fotóns entran en contacto con moléculas, estas poden absorber a enerxía dos fotóns e excitarse. Despois poden reaccionar con moléculas ao seu redor e estimular cambios "fotoquímicos " e "fotofísicos" das estruturas moleculares.[1]

Fotofísica

[editar | editar a fonte]

A fotofísica[5] é a área da fotobioloxía que se centra nas interaccións físicas da luz e da materia. Cando as moléculas absorben fotóns que coinciden cos seus requirimentos enerxéticos, promoven un electrón de valencia dun estado fundamental a un estado excitado e fanse moito máis reactivos. Este é un proceso extremadamente rápido, pero moi importante para diferentes procesos.[5]

Fotoquímica

[editar | editar a fonte]

A área da fotobioloxía coñecida como fótoquímica estuda a reactividade dunha molécula cando absorbe a enerxía que procede da luz[5]. Tamén estuda o que ocorre con esta enerxía, podería desprenderse como calor ou fluorescencia polo que a molécula volve ao estado fundamental.

Hai tres leis básicas da fotoquímica:

  1. Primeira Lei da Fotoquímica: explica que para que poida ocorrer a fotoquímica hai que absorber a luz.
  2. Segunda Lei da Fotoquímica: explica que só se activará unha molécula por cada fotón que se absorba.
  3. Lei de Bunsen-Roscoe da Reciprocidade: explica que a enerxía nos produtos finais dunha reacción fotoquímica será directamente proporcional á enerxía total que foi absorbida inicialmente polo sistema.

Fotobioloxía vexetal

[editar | editar a fonte]

O crecemento e desenvolvemento das plantas depende moito da luz. A fotosíntese é un dos procesos bioquímicos máis importantes para a vida na terra e é posible só debido á capacidade das plantas para usar a enerxía dos fotóns e convertela en moléculas como NADPH e ATP, para despois fixar o dióxido de carbono e convertelo en azucres. As plantas poden usalas para o seu crecemento e desenvolvemento.[6] Pero a fotosíntese non é o único proceso vexetal impulsado pola luz, outros procesos como a fotomorfoloxía e o fotoperíodo das plantas son extremadamente importantes para a regulación do crecemento vexetativo e reprodutivo, así como para a produción de metabolitos secundarios das plantas.[7]

Fotosíntese

[editar | editar a fonte]

A fotosíntese defínese como unha serie de reaccións bioquímicas que realizan as células fototróficas para transformar a enerxía da luz en enerxía química e almacenala en enlaces carbono-carbono dos hidratos de carbono.[8] Como é ben coñecido, este proceso ocorre dentro do cloroplasto das células vexetais fotosintéticas onde se poden atopar pigmentos absorbentes de luz incrustados nas membranas das estruturas chamadas tilacoides. Hai 2 pigmentos principais presentes nos fotosistemas das plantas superiores: clorofila (a ou b) e carotenos.[6] Estes pigmentos están organizados para maximizar a recepción e transferencia de luz, e absorben lonxitudes de onda específicas para ampliar a cantidade de luz que se pode capturar e usar para as reaccións foto-redox.

Radiación fotosintéticamente activa (Photosynthetically Active Radiation, PAR)

[editar | editar a fonte]

Debido á cantidade limitada de pigmentos nas células fotosintéticas das plantas, hai un rango limitado de lonxitudes de onda que as plantas poden usar para realizar a fotosíntese. Este rango chámase "Radiación Fotosintéticamente Activa" (PAR, polas siglas en inglés)". Este rango é interesantemente case o mesmo que o espectro visible humano e esténdese en lonxitudes de onda de aproximadamente 400-700 nm.[9] A PAR mídese en μmol s-1 m-2 e mide a velocidade e a intensidade da luz radiante en termos de micro-moles por unidade de superficie e tempo que as plantas poden empregar para a fotosíntese.[10]

Fotomorfoxénese

[editar | editar a fonte]

Este proceso refírese ao desenvolvemento da morfoloxía dos seres vivos en interacción coa luz; en particular o desenvolvemento da morfoloxía das plantas mediada pola luz é controlada por 5 fotorreceptores distintos: UVR8, Criptocromo, Fototropina, Fitocromo r e Fitocromo fr.[11] A luz pode controlar procesos morfoxénicos como o tamaño das follas e o alongamento do brote.

Diferentes lonxitudes de onda de luz producen diferentes cambios nas plantas.[12] A luz infravermella, por exemplo, regula o crecemento do tallo e o enderezamento dos brotes de plántulas que saen do chan.[13] Algúns estudos tamén afirman que a luz vermella e infravermella aumenta a masa de enraizamento dos tomates[14], así como a porcentaxe de enraizamento das vides.[15] Por outra banda, a luz azul e UV regulan a xerminación e o alongamento da planta, así como outros procesos fisiolóxicos como o control estomático[16] e as respostas ao estrés ambiental.[17] Finalmente, críase que a luz verde non estaba bio-dispoñíbel para as plantas debido á falta de pigmentos que absorberan esta luz. Non obstante, no 2004 comprobouse que a luz verde pode influír na actividade estomática, o alongamento do talo das plantas novas e a expansión das follas.[18]

Metabolitos vexetais secundarios

[editar | editar a fonte]

Estes compostos son produtos químicos que as plantas producen como parte dos seus procesos bioquímicos e axúdanlles a realizar certas funcións, así como a protexérense de diferentes factores ambientais. Neste caso, algúns metabolitos como as antocianinas, flavonoides e carotenos poden acumularse nos tecidos vexetais para protexelos da radiación UV e dunha intensidade de luz moi alta.[19]

Fotobiólogos

[editar | editar a fonte]
  • Thomas Patrick Coohill, expresidente da American Society for Photobiology
  • Harold F. Blum, que explorou o cancro de pel inducido pola luz solar

Notas

[editar | editar a fonte]
  1. ↑ 1,0 1,1 "Smith, Kendrick C. (2014). "What Is Photobiology?"". Photobiology (en inglés). 2014. Consultado o 2 de agosto de 2018. 
  2. ↑ Smith, Kendric. The Science of Photobiology. Springer Science & Business Media. ISBN 9781461580614. 
  3. ↑ Jerry L. Ulcek (Agosto 1999). "Copia arquivada" (PDF). Arquivado dende o orixinal (PDF) o 20 de outubro de 2011. Consultado o 29 de maio de 2021. 
  4. ↑ ""Ionisation Energy"". Chemguide.co.uk; Jim Clark. 2000. 
  5. ↑ 5,0 5,1 5,2 "BASIC PHOTOPHYSICS". Photobiology.info. Consultado o 2019-11-24. 
  6. ↑ 6,0 6,1 Eichhorn Bilodeau, Samuel; Wu, Bo-Sen; Rufyikiri, Anne-Sophie; MacPherson, Sarah; Lefsrud, Mark (2019-03-29). "An Update on Plant Photobiology and Implications for Cannabis Production". Frontiers in Plant Science. (en inglés) 10. ISSN 1664-462X. PMC 6455078. PMID 31001288. doi:10.3389/fpls.2019.00296. 
  7. ↑ Lefsrud, Mark G.; Kopsell, Dean A., Sams, Carl E. (Decembro 2008). "irradiance from Distinct Wavelength Light-emitting Diodes Affect Secondary Metabolites in Kale". HortScience 43: 2243–2244. ISSN 0018-5345. doi:10.21273/hortsci.43.7.2243. 
  8. ↑ Cooper, Geoffrey M. (2018). The cell : a molecular approach (en inglés). ISBN 9781605357072. OCLC 1085300153. 
  9. ↑ McCree, K.J., KJ (Xaneiro 1971). "The action spectrum, absorptance and quantum yield of photosynthesis in crop plants". Agricultural Meteorology 9: 191–216. ISSN 0002-1571. doi:10.1016/0002-1571(71)90022-7. 
  10. ↑ Young, Andrew John (Decembro 1991). "The photoprotective role of carotenoids in higher plants". Physiologia Plantarum 83: 702–708. ISSN 0031-9317. doi:10.1034/j.1399-3054.1991.830426.x. 
  11. ↑ Pocock, Tessa (Setembro 2015). "Light-emitting Diodes and the Modulation of Specialty Crops: Light Sensing and Signaling Networks in Plants". HortScience 50: 1281–1284. ISSN 0018-5345. doi:10.21273/hortsci.50.9.1281. 
  12. ↑ "Scandola PhD, Sabine. "Photobiology: Plant Light Matters"". G2V Optics (en inglés). 
  13. ↑ McNellis, Timothy W.; Deng, Xing-Wang, Deng, Xing-Wang (Novembro 1995). "Light Control of Seedling Morphogenetic Pattern". The Plant Cell 7: 1749. ISSN 1040-4651. JSTOR 3870184. doi:10.2307/3870184. 
  14. ↑ Vu, Ngoc-Thang, Kim, Young-Shik; Kang, Ho-Min; Kim, Il-Seop (Febreiro 2014). "Influence of short-term irradiation during pre- and post-grafting period on the graft-take ratio and quality of tomato seedlings". Horticulture, Environment, and Biotechnology 55: 27–35. ISSN 2211-3452. doi:10.1007/s13580-014-0115-5. 
  15. ↑ Poudel, Puspa Raj, Kataoka, Ikuo; Mochioka, Ryosuke (2007-11-30). "Effect of red- and blue-light-emitting diodes on growth and morphogenesis of grapes". Plant Cell, Tissue and Organ Culture 92: 147–153. ISSN 0167-6857. doi:10.1007/s11240-007-9317-1. 
  16. ↑ Schwartz, A., Zeiger, E. (Maio de 1984). "Metabolic energy for stomatal opening. Roles of photophosphorylation and oxidative phosphorylation". Planta 161: 129–136. ISSN 0032-0935. doi:10.1007/bf00395472. 
  17. ↑ Goins, G.D., Yorio, N.C.; Sanwo, M.M.; Brown, C.S. (1997). ""Photomorphogenesis, photosynthesis, and seed yield of wheat plants grown under red light-emitting diodes (LEDs) with and without supplemental blue lighting".". Journal of Experimental Botany 48: 1407–1413. ISSN 0022-0957. doi:10.1093/jxb/48.7.1407. Consultado o free. 
  18. ↑ Folta, Kevin M. (Xullo 2004). Green Light Stimulates Early Stem Elongation, Antagonizing Light-Mediated Growth Inhibition1. American Society of Plant Biologists. OCLC 678171603. 
  19. ↑ Demmig-Adams, Barbara (2014-11-22). Non-Photochemical Quenching and Energy Dissipation in Plants, Algae and Cyanobacteria. ISBN 978-94-017-9032-1. OCLC 1058692723. 

Véxase tamén

[editar | editar a fonte]

Outros artigos

[editar | editar a fonte]

Ligazóns externas

[editar | editar a fonte]