¿Qué es el fenómeno de fluorescencia de los pigmentos fotosintéticos?
La solución de clorofila aparece verde bajo luz transmitida y roja bajo luz reflejada. Este fenómeno se llama fluorescencia de clorofila. ¿Por qué la clorofila es fluorescente? Cuando las moléculas de clorofila absorben cuantos de luz, pasan del estado más estable y de menor energía (el estado fundamental) al estado inestable de alta energía (el estado excitado). Las moléculas de clorofila tienen dos áreas de absorción más fuertes: la luz roja y la luz azul. Si las moléculas de clorofila se excitan con luz azul, los electrones saltan a un segundo estado singlete con mayor energía; si se excitan con luz roja, los electrones saltan a un primer estado singlete con menor energía; La dirección de espín de un electrón en un estado singlete permanece en su estado original. Si la dirección de espín de un electrón cambia durante la excitación o deexcitación, el electrón entra en un estado triplete con un nivel de energía más bajo que el estado singlete. Debido a que el estado excitado es inestable, rápidamente pasa a un nivel de energía más bajo
chl h ─────→chl* (3-6)
Estado fundamental energía del fotón estado excitado
Transición de estado, parte de la energía se libera en forma de calor y otra parte se consume en forma de luz. La luz emitida desde el primer estado singlete hasta el estado fundamental se llama fluorescencia. La luz emitida por las moléculas de clorofila en el primer estado triplete cuando regresan al estado fundamental es fosforescencia. La vida útil de la fluorescencia es muy corta, sólo 10-8 ~ 10-10s. Dado que parte de la energía luminosa absorbida por las moléculas de clorofila se consume mediante la vibración interna de las moléculas, la longitud de onda de la fluorescencia emitida es siempre más larga que la longitud de onda absorbida. Entonces, una solución de clorofila aparece verde bajo la luz incidente y roja bajo la luz reflejada. La fluorescencia emitida en las hojas o cloroplastos es muy débil y difícil de detectar a simple vista. Consume muy poca energía, generalmente no más del 5% de la energía absorbida, porque la mayor parte de la energía se utiliza para la fotosíntesis. Las soluciones de pigmentos son diferentes. Debido a la falta de receptores de energía o aceptores de electrones en la solución, los pigmentos emitirán una fuerte fluorescencia cuando se iluminen.
Además, aunque la energía almacenada en la molécula de clorofila en el segundo estado singlete tras absorber la luz azul es mucho mayor que la en el primer estado singlete tras absorber la luz roja, el exceso es inútil para la fotosíntesis. En muy poco tiempo, las moléculas de clorofila regresan del segundo estado singlete al primer estado singlete y el exceso de energía también se disipa en forma de calor. Por tanto, la luz azul no es tan eficiente como la luz roja en términos de utilización de energía para la fotosíntesis.
Los fenómenos de fluorescencia y fosforescencia de la clorofila indican que la clorofila puede ser excitada por la luz, y la excitación de las moléculas de clorofila es el primer paso para convertir la energía luminosa en energía química. Ahora, la gente puede utilizar fluorómetros de clorofila para medir con precisión la fluorescencia emitida por las hojas, y los cambios en la fluorescencia pueden reflejar el estado de los mecanismos fotosintéticos. Por lo tanto, la fluorescencia de la clorofila se denomina sonda de la fotosíntesis.