Cada segundo se consumen como promedio 10 000 toneladas de Oxigeno. En tres años según el nivel de...

Cada segundo se consumen como promedio 10 000 toneladas de Oxigeno.

En tres años según el nivel de consumo estimado a nivel mundial, se habría agotado.

La tasa de producción de oxigeno fotosintético es aproximadamente 30 veces superior a la velocidad de respiración de los mismos tejidos

IR

Onda cortadirecta

Cielo

Onda cortadel cielo

Onda corta de las nubes

Diferentes clases de radiación

ECUACIÓN GLOBAL

nH2O + nCO2 nO2 + (CH2O)nluz

FOTOSÍNTESIS OXIGÉNICA

(CH2O)n = fotoasimilados

GLUCOSA

SACAROSA

FRUCTUOSA

ALMIDÓN

Photosynthesis

6CO2 + 12H20 C6H12O6 + 6O2 + 6 H2O

Eficiencia de Fotosíntesis

Productos – Reactantes = -454 kJ mol-1 de carbono

8 fotones de luz, = 440 nm (azul)?

Formula para calcular la energia en luz:E = h c /

Donde h = el Constante de Planck = 6.626 10-34 J s-1

c = velocidad de luz = 3.0 108 m s-1

272 kJ mol-1 fotones de luz azul 8 = 2177 kJ mol-1

454 / 2177 100 = 20.1% eficiente

Eficiencia de Fotosíntesis

Productos – Reactantes = -454 kJ mol-1 de carbono

8 fotones de luz, = 680 nm (rojo)

Formula para calcular la energia en luz:E = h c /

Donde h = el Constante de Planck = 6.626 10-34 J s-1

c = velocidad de luz = 3.0 108 m s-1

176 kJ mol-1 fotones de luz rojo 8 = 1408 kJ mol-1

454 / 1408 100 = 32.2% eficiente

Eficiencia de Fotosíntesis

Productos – Reactantes = -454 kJ mol-1 de carbono

8 fotones de luz, = 680 nm (rojo)

Formula para calcular la energia en luz:E = h c /

Donde h = el Constante de Planck = 6.626 10-34 J s-1

c = velocidad de luz = 3.0 108 m s-1

Eficiencia de Fotosíntesis

H───O───H + O═══C═══O

H───C───O───H + O ═══ O│

│

463 463

463

800 800

413 350 498

½ (348)

½ (348)

463 + 463 + 800 + 800 = 2526 kJ mol-1

413 + 348 + 350 + 463 + 498 = 2072 kJ mol-1

Productos – Reactantes = -454 kJ mol-1 de carbono

8 fotones + H2O + CO2 {CH2O} + O2

intermedios: 2 NADPH y 3 ATP

Fotosíntesis

H2O + CO2 + hv {CH2O} + O2

1. hv + Clorofila Clorofila*

2. H2O + Cla* + ADP + NADP+ ATP + NADPH + O2 + Cla

3. ATP + NADPH + CO2 CH2O + ADP + NADP+

Fotosíntesis

H2O + CO2 + hv {CH2O} + O2

Fotoinhibición

hv + O2 = O2* !

Daña de:– D1 proteina de PSII– Membranos (peroxidacion de lipidas)– Oxidacion de chlorofila– Etc.

Fotoinhibicion

Eficiencia fotosintética (EF)

    Solo el 20% de la energía solar se convierte en energía química    La EF teórica de las plantas es del 4%    La EF puede bajar a < 4% si el CO2 alrededor de la hoja se reduce    Sólo parte de la energía química se convierte en biomasa    La EF real del proceso es del 1 al 3%    No hay maneras de alterar el proceso fotosintético    Mantener las condiciones ambientales óptimas     Seleccionar plantas con rutas fotosintéticas apropiadas

Proporción de disminución de la luz debajo del dosel de un monocultivo de calabaza y de maíz, y de un cultivo asociado de maíz - calabaza.

Determinantes de la variación de la luz

        Estacionalidad. Afecta la intensidad y duración del la luz.         Latitud. Afecta la intensidad y duración del la luz.         Altitud. Afecta la intensidad de luz.         Relieve. Afecta la intensidad y duración del la luz.         Calidad del aire. Afecta la intensidad de luz.         Estructura del dosel vegetal. Afecta la cantidad y calidad.

Características de la luz visible 

Calidad. Proporción de colores que componen la luz: violeta, azul, verde, amarillo, naranja y rojo.  Intensidad. Contenido total de PAR que llega a las plantas por unidad de superficie foliar en cierto periodo de tiempo. Niveles de intensidad: punto de saturación y punto de compensación.  Duración. Tiempo en el que la superficie foliar está expuesta a la luz diariamente. Tiempos de duración: fotoperiodo.

Radiación fotosintéticamente activa (PAR). Longitud de onda de luz absorbida por la clorofila

760390

Comparison of C3 & C4 leaves• C3 - note the lack of chloroplasts in the bundle sheath

• C4 - note the extensive chloroplasts in the bundle sheath

ECUACIÓN DE LA FOTOSÍNTESIS OBTENIENDO COMO PRODUCTO UN MONOSACÁRIDO

6H2O + 6CO2 6O2 + (CH2O)6luz

REACCIÓN ENDERGÓNICA

ANTIGUA:

THEODORE DE SAUSURE, H2O

JEAN SENEBIER, CO2

JAN INGENHOUSZ LUZ

JOSEPH PRIESTLEY, 1771 O2

Balance de energía de una hoja

Irradiación solar absorbidaIrradiación IR de los alrededores

Radiación IR emitidaConvexión y conducción de calorCalor latente

Hacia la hoja Fuera de la hoja

=

Balance de energía de una hoja

Irradiación solar absorbidaIrradiación IR de los alrededores

Radiación IR emitidaConvexión y conducción de calorCalor latente

Fotosíntesis

metabolismo

Hacia la hoja Fuera de la hoja Almacenadapor la hoja

– =

Radiación Neta Es el balance de ondas cortas y ondas largas globales absorbidas – reflejado y re-irradiado

Rneta = Roc abs + Rol abs – Roc refl – Rol refl –Roc rad – Rol rad Es la cantidad de la energía disponible en la Tierra y es la energía para el ciclo hidrológico.

Radiación, Luz, y Temperatura Longitud de onda y frecuencia están relacionados:

c / (en nm) donde es el longitud de onda, c = el velocidad de luz (3 x 108 m s-1), y = la frecuencia en ciclo cada segundo (hertz). Energía esta relacionada a la frecuencia y la longitud de onda como:

E = h

Ehc / (en Wm-2)

donde h = el constante de Planck = 6.626 x10-34J s. Entonces, luz de color azul que tieneun longitud de onda de 460 nm tiene unafrecuencia de 6.52 x 1014 hertz y una energíade 260 kJ por mol de fotones (6.022 x 1023

fotones).

Color Rango de longitud de onda (nm)

Longitud de onda representativa

Frecuencia (Ciclos/S)o hertzios

Energía(KJ/mol)

Ultravioleta <400 254 11.8 x 1014 471

Violeta 400-425 410 7.31 x 1014 292

Azul 425-490 460 6.52 x 1014 260

Verde 490-560 520 5.77 x 1014 230

Amarillo 560-585 570 5.26 x 1014 210

Anaranjado 585-640 620 4.84 x 1014 193

Rojo 640-740 680 4.41 x 1014 176

Infrarrojo >740 1400 2.14 x 1014 85

La energía solar que llega cada año a la atmósfera equivale aproximadamente a 520 x 1022 Kj

Según la ley de Einstein de equivalencia fotoquímica,una molécula reaccionara solo después de haber absorvido un foton de energía (hv).

Por tanto, un mol de un compuesto debe absorver N (N= 6.023 x 1023, No. de avogadro) fotones de energía (Nhv) para poder iniciar una reacción

Frecuentemente, "PPFD"(Photosynthetic Photon Flux Density –Flujo de Fotones Fotosintéticos) esusado para incluir las dos ideas. Lasunidades antiguas incluían "Einsteins"que son los mismos de moles: 1 µmolm-2 s-1 = 1 µE m-2 s-1 = 6.02 x 1017

fotones m-2 s-1

La unidad de "PFD" (Photon Flux Density – Densidad del Flujo de Fotones) es usada para la cantidad de fotones y es en micromoles por metro cuadrado por tiempo: µmol m-2 s-1 (aproximadamente 2000 µmol m-2 s-1 máximo solar cerca del medio día o 45 mol m-2 d-1).

Un fotón debe tener una energía determinada para poder excitar a un solo electrón de la molécula

de pigmento e iniciar la fotosíntesis.

Un mol de luz roja tiene 18.4 x 104 joules

El "PAR" (Photosynthetically Active Radiación – Radiación Fotosintéticamente Activa) es usada para describir luz entre 400-700 nm generalmente y no indica números de fotones pero implica energía y las unidades son Watts.

6 CO2 + 6 H2O + Energía luminosa =(con clorofila)==> C6H12O6 + 6 O2

. La siguiente ecuación considera, que el oxígeno que se libera proviene del agua:

6 CO2 + 12 H2O + Energía luminosa =(con clorofila)=> C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

En las plantas y otros organismos fotosintéticos existen diferentes tipos de clorofilas. La clorofila a se encuentra en todos los organismos fotosintéticos (plantas, ciertos protistas, proclorobacterias y cianobacterias). Los pigmentos accesorios absorben energía que la clorofila es incapaz de absorber. Los pigmentos accesorios incluyen clorofila b (en algas y protistas las clorofilas c,d y e), xantofila(amarilla) y caroteno, anaranjado ( como el beta caroteno, un precursor de la vitamina A ).

Fotochimica

resonancetransfer

resonancetransfer

abso

rpti

on b

lue

ligh

t

abso

rpti

on r

ed li

ght

radiationless transitions

fluorescence

ground state

excited state

La energía de excitación de la molécula del dador es transferida por resonancia a la molécula del aceptor.

Una de la condiciones para éste tipo de transferencia es que el estado fluorescente de la molécula dadora debe poseer una energía mayor o igual a la del estado fluorescente de la molécula aceptora.

ie. La banda fluorescente de la molécula dadora debe traslapar la banda de absorción de la aceptora

RESONANCIA INDUCTIVA

FLUORESCENCIA

ACEPTORA

FLUORESCENCIA

DADORA

• La absorción es realizada por la clorofila principalmente.

• Clorofila está estable alrededor de 10-9 segundos después la absorción de un fotón. Después hay tres opciones:

1. Transferencia de la energía a otro pigmento.

2. Disipación de la energía en forma de calor.

3. Fluorescencia.

Fotochimica

LA TRANSFERENCIA DE ENERGÍA DE EXCITACIÓN DE CLOROFILA a A CLOROFILA b ES 100% EFICIENTE.

LA TRANSFERENCIA DE CAROTENOS A CLOROFILA a ES DE 40%.

LAS MOLÉCULAS DEBEN ESTAR CERCANAS PARA OBTENER UN TRANSFERENCIA EFICIENTE

EFECTO EMERSON

INCREMENTO DEL ROJO

DECREMENTO DEL ROJO

DOS LONGITUDES DE ONDA SIMULTANEAS

UNA SOLA LONGITUD DE ONDA INCIDENTE

PRESUNCIÓN DE LA EXISTENCIA DE

DOS FOTOSISTEMAS

Las reacciones de oscuridad se efectúan en el estroma; mientras que las de luz ocurren en los tilacoides.  

La energía de los fotones puede expresarse en electrón volts (eV) el cual es igual a la energía que necesita un electrón cuando pasa a través de un potencial de un volt y ello equivale a 1.6 x 10-19 J.