La extinción no fotoquímica ( NPQ ) es un mecanismo empleado por las plantas y las algas para protegerse de los efectos adversos de la alta intensidad de la luz. Implica la extinción de las clorofilas en estado excitado singlete (Chl) a través de una conversión interna mejorada al estado fundamental (desintegración no radiactiva), disipando así de forma inocua el exceso de energía de excitación en forma de calor a través de vibraciones moleculares. La NPQ se produce en casi todos los eucariotas fotosintéticos (algas y plantas) y ayuda a regular y proteger la fotosíntesis en entornos donde la absorción de energía lumínica excede la capacidad de utilización de la luz en la fotosíntesis . [1]
Cuando una molécula de clorofila absorbe luz, pasa de su estado fundamental a su primer estado excitado singlete. El estado excitado tiene entonces tres destinos principales. O bien la energía es: 1. pasada a otra molécula de clorofila por transferencia de energía de resonancia de Förster (de esta manera la excitación se pasa gradualmente a los centros de reacción fotoquímica ( fotosistema I y fotosistema II ) donde la energía se utiliza en la fotosíntesis (llamado extinción fotoquímica)); o 2. el estado excitado puede volver al estado fundamental emitiendo la energía como calor (llamado extinción no fotoquímica); o 3. el estado excitado puede volver al estado fundamental emitiendo un fotón ( fluorescencia ).
En las plantas superiores, la absorción de luz continúa aumentando a medida que aumenta la intensidad de la luz, mientras que la capacidad de fotosíntesis tiende a saturarse. Por lo tanto, existe el potencial de absorción de exceso de energía luminosa por los sistemas de recolección de luz fotosintética . Este exceso de energía de excitación conduce a un aumento en la vida útil de la clorofila excitada singlete , lo que aumenta las posibilidades de formación de estados tripletes de clorofila de larga duración por cruce entre sistemas . La clorofila triplete es un potente fotosensibilizador del oxígeno molecular que forma oxígeno singlete que puede causar daño oxidativo a los pigmentos, lípidos y proteínas de la membrana tilacoide fotosintética . Para contrarrestar este problema, un mecanismo fotoprotector es el llamado apagado no fotoquímico (NPQ), que se basa en la conversión y disipación del exceso de energía de excitación en calor. NPQ implica cambios conformacionales dentro de las proteínas de recolección de luz del fotosistema (PS) II que provocan un cambio en las interacciones de los pigmentos que causan la formación de trampas de energía. Los cambios conformacionales son estimulados por una combinación de gradiente de protones transmembrana, la subunidad S del fotosistema II ( PsBs ) y la conversión enzimática del carotenoide violaxantina a zeaxantina (el ciclo de la xantofila ).
La violaxantina es un carotenoide que se encuentra aguas abajo de la clorofila a y b dentro de la antena de la PS II y más cercano a la clorofila a especial ubicada en el centro de reacción de la antena. A medida que aumenta la intensidad de la luz, se produce la acidificación del lumen del tilacoide a través de la estimulación de la anhidrasa carbónica, que a su vez convierte el bicarbonato (HCO 3 ) en dióxido de carbono, lo que provoca una entrada de CO 2 e inhibe la actividad de la oxigenasa de la rubisco. [4] Esta acidificación también conduce a la protonación de la subunidad PsBs de la PS II, que cataliza la conversión de violaxantina en zeaxantina, y está involucrada en la alteración de la orientación de los fotosistemas en momentos de alta absorción de luz para reducir las cantidades de dióxido de carbono creado y comenzar el apagado no fotoquímico, junto con la activación de la enzima violaxantina desepoxidasa que elimina un epóxido y forma un alqueno en un anillo de seis miembros de violaxantina, lo que da lugar a otro carotenoide conocido como anteraxantina. La violaxantina contiene dos epóxidos, cada uno unido a un anillo de seis miembros, y cuando ambos son eliminados por la desepoxidasa se forma el carotenoide zeaxantina. Sólo la violaxantina es capaz de transportar un fotón a la clorofila a especial. La anteraxantina y la zeaxantina disipan la energía del fotón en forma de calor, preservando la integridad del fotosistema II. Esta disipación de energía en forma de calor es una forma de extinción no fotoquímica. [5]
La extinción no fotoquímica se mide por la extinción de la fluorescencia de la clorofila y se distingue de la extinción fotoquímica al aplicar un pulso de luz brillante bajo luz actínica para saturar transitoriamente el centro de reacción del fotosistema II y comparar el rendimiento máximo de emisión de fluorescencia en estado de luz y estado adaptado a la oscuridad. La extinción no fotoquímica no se ve afectada si el pulso de luz es corto. Durante este pulso, la fluorescencia alcanza el nivel alcanzado en ausencia de cualquier extinción fotoquímica, conocida como fluorescencia máxima .
Para mayor información, consulte Medición de la fluorescencia de la clorofila y Medición del estrés de las plantas .
La fluorescencia de la clorofila se puede medir fácilmente con un fluorómetro de clorofila. Algunos fluorómetros pueden calcular el NPQ y los coeficientes de extinción fotoquímica (incluidos qP, qN, qE y NPQ), así como los parámetros de adaptación a la luz y la oscuridad (incluidos Fo, Fm y Fv/Fm).
