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La energía lumínica

La energía lumínica o luminosa es la que generan y transportan las ondas de luz.

Cuando la luz se traslada puede actuar como una onda electromagnética o como una partícula, ya que puede interactuar con otras materias. Esas partículas se denominan fotones. El lumen es la unidad de estudio de la energía luminosa que determina la energía lumínica durante un periodo, así como la sensibilidad variable del ojo con respecto a las ondas de luz. La energía lumínica se desplaza a través de ondas y a la velocidad de la luz, por ello no se puede almacenar.

El sol es la principal fuente de luz que existe, y transmite una importante cantidad de energía luminosa capaz de mantener el desarrollo de la vida en el planeta Tierra. Sin embargo, existen otras fuentes de energía luminosa, como el fuego o los rayos láser.

El sol emite gran cantidad de energía en forma de radiación electromagnética (energía solar) que se mide como longitudes de ondas (λ). Cada una de estas radiaciones son características. Se trata de la luz visible que los humanos podemos apreciar. El espectro de la radiación solar es solo una fracción de energía dentro del espectro de la radiación. La energía lumínica se incorpora al proceso de la fotosíntesis cuando los pigmentos absorben la luz. En las plantas, estos absorben la luz visible que vemos como blanca (compuesta por un arco iris de colores conocido como el espectro de la luz visible), entre 400-700 nm para realizar la fotosíntesis.
La Energía Lumínica

Espectro de la radiación solar

Energía en forma de radiación electromagnética (energía solar) que se mide como longitudes de ondas en nanómetros (λ).
La Energía Lumínica

Absorción de la luz en las algas.

La clorofila «a» absorbe el color azul violeta y luego el rojo naranja. La clorofila «b» absorbe azul y rojo naranja, pero ambos no absorben el verde.
Las interacciones con los pigmentos o moléculas de las algas y la luz solar, son aprovechadas para los procesos fotosintéticos (absorción de la luz por la clorofila); pero parte de esta energía se disipa como calor y otra es emitida en forma de fotones en un proceso conocido como fluorescencia que, dependiendo de las moléculas que intervengan, va a emitir un fotón de acuerdo con una longitud de onda específica.

La fluorescencia de las plantas es utilizada para medir la eficiencia de un organismo fotosintético de acuerdo con el estrés ambiental o artificial que se genere en su entorno (Khan & Academy, 2019).

Por ejemplo, en las clorofilas a, b, c, d, xantofilas, carotenos, etcétera, la clorofila a, absorbe el color azul violeta y luego el rojo naranja. La clorofila b absorbe azul y rojo naranja, pero ambos no absorben el verde. Precisamente el pigmento refleja el color verde. La clorofila a, que se encuentra en todos los organismos fotosintéticos, nos muestra la absorción de la luz por las clorofilas y los carotenoides.
Sirven como antenas para absorber el «cuanto de luz», que es, según la hipótesis de Planck, toda la radiación electromagnética que está cuantificada y se produce en finitos «paquetes» de energía que llamamos fotones.
Transmiten esta energía de una clorofila a otra mediante un proceso de “transferencia de resonancia”.
Están en estrecha asociación con las enzimas; sufren una oxidación química, es decir, un electrón de alto potencial se expulsa de la molécula y se puede utilizar para reducir otro compuesto. De esta manera, la energía de los cuantos de luz se convierte en energía química.
Con esta introducción podemos entender cómo la energía luminosa, proveniente del sol en forma de fotones, es atrapada por los sistemas de enlaces dobles conjugados de los pigmentos vegetales. Esto es debido a que cada pigmento en particular, solo puede atrapar fotones cuya cantidad de energía sea exactamente igual a la requerida para elevar uno de sus electrones a un estado excitado, teniendo en cuenta que cada pigmento tiene un color característico.

Tanto las clorofilas como los carotenoides de las plantas marinas son sintetizados a través de rutas metabólicas que producen también otras biomoléculas importantes. La Tabla muestra la clasificación de las algas y sus pigmentos. Las clorofilas y los carotenoides se encuentran organizados en dos fotosistemas dentro de las membranas internas de los cloroplastos.

En cada fotosistema, la mayor parte de los pigmentos actúa como antenas para capturar energía luminosa. Solo una pequeña porción de pigmentos especializados forma lo que se conoce como centros de reacción y toman parte en la transferencia fotosintética de electrones. La absorción de luz en los dos fotosistemas eleva el nivel de energía de los electrones en dos fases consecutivas, para transferirlos del agua al NADP+. La nicotinamida adenina dinucleótido fosfato en su forma oxidada y NADPH+ en su forma reducida, son una coenzima. Ambos fotosistemas son necesarios, ya que la diferencia de energía entre los electrones del agua y los del NADPH es mayor que la energía contenida en un solo fotón. De manera simultánea a la transferencia de electrones, los protones (H+) acumulados en el interior de los tilacoides, son movidos hacia la parte exterior o estroma por la ATPasa, lo cual provee la energía necesaria para la síntesis de ATP.

Con un abastecimiento adecuado de NADPH y ATP, los cloroplastos son capaces de completar el proceso de la fotosíntesis. Esta puede ser detectada por varios equipos, como los microscopios confocales láser de barrido o por los monocromadores para encontrar emisiones típicas de compuestos presentes en una cromatografía líquida de alta eficacia, si los compuestos o los reactivos de reveladores son fluorescentes. Por medio de microscopios confocales podemos captar las longitudes de ondas, en las que los spectrums nos muestran manifestaciones de luz fluorescentes en luz visible e inclusive en ultravioleta o infrarrojo no visible. Diferentes pigmentos, entre estos los fotosintéticos y diversas moléculas de alta energía, tienen la capacidad de emitir fluorescencia cuando son impactados por fuentes energéticas que pueden ser detectadas mediante varias técnicas espectrofotométricas; entre estas, la microscopía de fluorescencia y la microscopía confocal.

La energía lumínica absorbida por las moléculas de clorofila en las hojas, tiene tres posibles destinos: la mayor parte se usa en la fotosíntesis, que es la energía fotoquímica. Otra parte de la energía, la que no puede emplearse en fotosíntesis, se disipa en forma de calor. Finalmente, una parte de la energía puede ser reemitida, como luz, en forma de fluorescencia.