Mateo Gavilanes¹ & Alexia Rosero¹

Escuela de Ciencias Biológicas e Ingeniería, Laboratorio de Biología 1, Yachay Tech University, 100119 Urcuquí, Ecuador

2023

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Resumen

La práctica actual está enfocada en identificar los pigmentos fotosintéticos presentes en Coriandrum sativum (cilantro) y Brassica oleracea (col morada). Para esto se utilizaron técnicas como la cromatografía de papel y la solubilidad diferencial que indican la presencia de clorofila en el cilantro y antocianinas en la col morada. Esta práctica es de gran importancia ya que permite comprender el proceso de la fotosíntesis y su papel en la producción de energía. 

PALABRAS CLAVE: pigmentos fotosintéticos, cromatografía de papel, clorofila, antocianina.  

Introducción

La fotosíntesis es la base de producción de energía en los ecosistemas. En este proceso, los organismos autótrofos convierten la energía solar en energía química que se utiliza para sustentar funciones vitales y generar oxígeno. Aquí el papel de los pigmentos fotosintéticos es de suma importancia y se pueden llegar a considerar la base de la vida. “Son aquellas moléculas localizadas en las membranas tilacoidales de las plantas superiores y de las algas, que son capaces de absorber la energía radiante” (Pérez, 2000).  

Existen dos tipos de pigmentos: los primarios tienen la finalidad de captar la energía lumínica, en las eucariotas es la clorofila a y en organismos procariotas es la bacterioclorofila a. Además, existen los pigmentos accesorios que amplían el espectro de absorción de los pigmentos primarios y protegen contra la luz excesiva. 

Para el estudio y comprensión de estos pigmentos, la cromatografía de papel se presenta como una valiosa técnica analítica. Esta práctica es utilizada para separar, identificar y cuantificar los diferentes componentes de una mezcla. La IUPAC define a la cromatografía como un método físico de separación mediante el cual los componentes de una mezcla se separan por distribución entre dos fases: una estacionaria y otra móvil (IUPAC, 1993). 

El presente experimento está enfocado en el estudio de los pigmentos fotosintéticos de dos muestras vegetales en específico Coriandrum sativum (cilantro) y Brassica oleracea (col morada).

Materiales y Métodos

Reactivos: 40 mL de etanol al 85%, 10 mL de hexano.

Materiales: 250 gramos de Coriandrum sativum,

250 gramos de Brassica oleracea, agua destilada, vasos de precipitación de 50 mL y de 100 mL, 2 tubos capilares, 4 tubos de ensayo estándar con tapa, varilla de vidrio, pinza, gradilla, pipeta Pasteur, placa calefactora, cámara cromatográfica, papel cromatográfico.  

Actividad 1. Extracción de pigmentos (clorofilas y carotenoides) de las hojas de una planta

En la placa calefactora, se coloca un Beaker con 50 mL de agua destilada hasta que hierva. Luego, se sumergen pedazos pequeños de col morada al recipiente por 15 segundos para evitar perder los pigmentos. 

A continuación, se calientan 100 mL de etanol (evitando que hierva) y se colocan los pedazos de col. Mezclar con la varilla de vidrio por 5 minutos hasta extraer el pigmento. Se debe realizar el mismo proceso con el cilantro, tal y como se indica en la Figura 2. 

Actividad 2. Separación de clorofilas, carotenos y xantofilas por cromatografía de papel

Se toma una pequeña cantidad del pigmento con el tubo capilar y se traza una línea sobre el papel cromatográfico. La línea debe estar a 1,5 cm de distancia desde el filo del papel. En la cámara cromatográfica se debe colocar el papel cromatográfico verticalmente. Retirar el papel antes de que el primer pigmento llegue al borde superior.

Actividad 3. Separación de pigmentos por

solubilidad diferencial

En los tubos de ensayo con los pigmentos, agregar hexano. Mezclar y dejar reposar hasta que se vean dos capas separadas, que corresponden al etanol y al hexano.

Actividad 4. Fluorescencia: captura y emisión de energía lumínica

Para observar la fluorescencia se acerca el tubo de ensayo con la solución de clorofilas a una linterna o lámpara. 

Resultados

Actividad 1. Extracción de pigmentos (clorofilas y carotenoides) de las hojas de una planta

Tras el proceso de extracción de pigmentos del cilantro, se puede apreciar a simple vista la presencia de clorofila por el color verde. Por otro lado, el color púrpura en la col morada se debe a la presencia de antocianinas. 

Las Tabla 1 muestra las diferencias entre los pigmentos del cilantro y la col morada, así como su longitud de onda y el color característico del pigmento.

Actividad 2. Separación de clorofilas, carotenos y xantofilas por cromatografía de papel

Para el caso del cilantro, se puede observar cómo se han separado los pigmentos. La franja de color verde más intenso indica la clorofila A, el color verde claro representa la clorofila B. Además, la banda amarilla-anaranjada denota la presencia de xantófilas. 

En el caso de la col morada, los carotenos y las xantofilas no ascendieron en gran medida por el papel cromatográfico, siendo la antocianina el pigmento visible. 

Actividad 3. Separación de pigmentos por solubilidad diferencial

Cuando coloca hexano en el pigmento de la col morada ocurre una separación de fases debido a la diferencia de polaridades. En la separación de fases del cilantro, se presenta una capa con una tonalidad verde más oscura.

Actividad 4. Fluorescencia: captura y emisión de energía lumínica

Al acercar la lámpara a la solución, se nota que cambia de un color verde a un color rojo intenso debido a la concentración de clorofila.

Discusión

Actividad 1. Extracción de pigmentos (clorofilas y carotenoides) de las hojas de una planta.

La clorofila, el pigmento verde que es responsable de la fotosíntesis en las plantas, absorbe la luz con gran eficiencia en el espectro azul y rojo, pero refleja fuertemente la luz verde. En el cilantro, la clorofila A y B son los pigmentos principales porque absorben la mayor parte de la energía lumínica necesaria para la fotosíntesis. También contenía otros pigmentos accesorios como xantofilas y carotenoides, estos son importantes para la fotosíntesis porque capturan la luz complementaria y son esenciales para el funcionamiento completo del proceso fotosintético. Además de ampliar el espectro de luz capturado, también protegen a las plantas contra el daño causado por la luz excesiva al disipar la energía lumínica, como el calor.

Actividad 2. Separación de clorofilas, carotenos y xantofilas por cromatografía de papel

El papel cromatográfico utilizado en esta técnica generalmente está hecho de celulosa, que es un polisacárido presente en las plantas y constituye la principal componente estructural de las paredes celulares vegetales. “La celulosa, su principal constituyente, consiste en largas moléculas de glucosa unidas mediante enlaces B-1,4-Oglucósido y estabilizadas a través de puentes de hidrógeno” (Torossi, 2007). La celulosa es una sustancia polar debido a su naturaleza química, lo que significa que tiene cargas parciales y grupos funcionales polares, como los hidroxilos (-OH).

La polaridad del papel es esencial en esta técnica, ya que permite que interactúe con los pigmentos, muchos de los cuales también son polares, a medida que el solvente móvil se mueve a lo largo del papel.

El proceso de absorción es crucial en la cromatografía de papel. Cuando se coloca el papel cromatográfico en el recipiente cerrado con el solvente (fase móvil), el solvente asciende por capilaridad debido a la fuerza de atracción entre las moléculas del solvente y las moléculas polares del papel. Este fenómeno se conoce como absorción capilar.

A medida que el solvente asciende por el papel, arrastra consigo los pigmentos presentes en la muestra de cilantro y col morada. Los pigmentos se disuelven en el solvente móvil en función de su afinidad y solubilidad con el solvente, a su vez esto provoca la separación de los pigmentos en diferentes bandas.

En resumen, los pigmentos con mayor afinidad por el solvente móvil se moverán más rápidamente a lo largo del papel, mientras que aquellos con mayor afinidad por el papel permanecerán más cerca del punto de aplicación.

Actividad 3. Separación de pigmentos por solubilidad diferencial

Las antocianinas son pigmentos polares que contienen varios grupos funcionales con cargas parciales y enlaces dobles conjugados en su estructura química. Estas características hacen que las antocianinas tengan una afinidad por solventes polares, como el agua o el alcohol, donde pueden formar interacciones dipolo-dipolo y puentes de hidrógeno con las moléculas del solvente. Por otro lado, el hexano es un solvente apolar que contiene únicamente enlaces covalentes de carbono e hidrógeno, sin grupos funcionales polares. Al carecer de cargas parciales y puentes de hidrógeno, el hexano no puede establecer interacciones fuertes con las antocianinas polares, lo que hace que estas moléculas sean prácticamente insolubles en este solvente no polar. Por esta razón, en este caso se logra apreciar la separación de los pigmentos.  

Actividad 4. Fluorescencia: captura y emisión de energía lumínica

Al exponer los pigmentos del cilantro a la luz de 100w se pudo denotar la fluorescencia gracias a los carotenoides y las moléculas de clorofila. Algunas moléculas de clorofila pueden absorber energía extra que no se utiliza de inmediato en la fotosíntesis. Esta energía adicional se libera en forma de fluorescencia, que es una emisión de luz de mayor longitud de onda que la luz absorbida inicialmente. Mendoza y Francisco (2022), mencionan “La transformación de los excitones en fotones puede producir radiación térmica (calor) o fluorescencia, que se define como la emisión de radiación visible por parte de una sustancia que ha absorbido previamente radiación electromagnética de longitud de onda menor”. 

Conclusiones

Varios resultados de la práctica indicaron que la preponderancia de xantofilas y antocianinas en la col morada se debe a su nivel de absorción de luz verde-amarilla.

Se ha descubierto a través de la cromatografía del papel que las clorofilas A y B son las más importantes debido a que absorben la mayor parte de la energía lumínica necesaria para la fotosíntesis. Además, contenía otros pigmentos accesorios como xantofilas y carotenoides, comprendiendo su importancia para la fotosíntesis porque capturan la luz complementaria necesaria y son necesarios para que el proceso fotosintético funcione correctamente.

De esta manera por la solubilidad diferencial, la fluorescencia también se observó gracias a los diversos pigmentos fotosintéticos presentes en cada uno de los compuestos conformados por el cilantro y la col morada. Como resultado de la captura de energía lumínica, los electrones se excitan y liberan más energía en forma de fluorescencia, que es una emisión de luz de mayor longitud de onda que la luz absorbida.

Referencias   

Benavides Mendoza, A., & Francisco Francisco N.  (2022).  Recientes aplicaciones de la fluorescencia de la clorofila en los cultivos vegetales.

EPISTEMUS, 16(33). https://doi.org/10.36790/epistemus.v16i33.285

IUPAC. Pure Appl. Chem. (1993).

Pérez, M. (2000).El Ciclo de las Xantofilas en Plantas Sometidas a Estrés Nutricional o Climático. Recuperado el 28-07-2023 de https://core.ac.uk/download/pdf/228879751.pdf

Torossi, F. (2007). Una experiencia sencilla con fundamentos complejos: la separación de pigmentos fotosintéticos mediante cromatografía sobre papel. Universidad Nacional de Entre Ríos. 

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