Mecanismos de disipación de energía

Las moléculas que contienen electrones en un estado excitado generalmente no se mantienen así por mucho tiempo. Existen diferentes mecanismos por medio de los cuales las moléculas pueden disipar la energía retenida por los electrones estados excitados. Dos de estos mecanismos se muestran en la Figura 3, Desintegración. Por medio de un mecanismo conocido como fluorescencia, un electrón desciende de un estado excitado a un estado basal mediante la emisión de un fotón. El fotón emitido en forma de fluorescencia es diferente al inicialmente absorbido por el electrón ya que una parte de la energía se pierde en el proceso. Al restarse esta pérdida de energía, el fotón emitido presenta una longitud de onda mayor al fotón absorbido. Otra alternativa para la disipación de energía de un electrón excitado es que éste retorne al estado basal mediante la liberación de energía en forma de calor mediante un proceso conocido como extinción.

Otro mecanismo de disipación es la transferencia de energía de un electrón excitado hacia otra molécula; usualmente esto se refiere a la transferencia de energía de un pigmento a otro (Figura 4, Transferencia de electrones). Así, si dos pigmentos se encuentran lo suficientemente cerca el uno del otro, y sus enlaces dobles conjugados se encuentran propiamente orientados, la energía de excitación del primer pigmento puede ser trasferida hacia el segundo. Debido a que una pequeña cantidad de energía puede ser perdida por vibración molecular entre los procesos de absorción y transferencia, el electrón receptor del segundo pigmento tendrá una cantidad de energía ligeramente menor a la inicialmente recibida por el electrón en el primer pigmento. Debido a esta pérdida de energía señalada, la transferencia entre pigmentos es un proceso unidireccional e irreversible.

Los ejemplos anteriores, que involucran un electrón excitado con una dirección de giro opuesto al electrón en el estado basal, son conocidos como estados simples (singlet en inglés). Sin embargo, algunas veces la dirección de giro de un electrón excitado puede ser invertida; caso que es muy poco frecuente. No obstante, cuando esto sucede, el electrón es movido a un nuevo orbital de menor energía, lo que lleva al electrón a lo que se conoce como un estado triplete (Figura 5, Estado triplete).

El nivel de energía de un estado triplete es mayor al de un estado basal, pero menor al de un estado simple excitado. Una vez en el estado triplete, el electrón debe permanecer ahí hasta que su dirección giratoria sea nuevamente revertida. Debido a que estas alteraciones en la dirección giratoria de los electrones son eventos muy poco frecuentes, los estados tripletes pueden durar, en términos bioquímicos, un tiempo prolongado (que puede ser en ocasiones de hasta un segundo). Cuando la dirección de giro de un electrón en el estado triplete es revertida, su energía puede ser liberada en forma de un fotón, de una manera similar a la fluorescencia. Sin embargo, los fotones emitidos de electrones en un estado triplete tienen una longitud de onda mayor que aquellos emitidos en forma de fluorescencia.

A la emisión de fotones de electrones en estados tripletes se le conoce como fosforescencia. Como será descrito a continuación, las moléculas que contienen electrones en estados tripletes son potencialmente dañinas desde el punto de vista biológico. Antes de seguir adelante, haga CLICK ABAJO para ver una animación sobre los conceptos que recién han sido discutidos.

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