Ciclo básico de energía en la biosfera. Fotosíntesis y Respiración Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa (1998-9)

Ciclo básico de energía en la biosfera

O

OC

2

2

Fotosíntesis y Respiración

Los Elementos y Moléculas de la VidaLosada, Vargas, Florencio y De la Rosa (1998-9)Editorial Rueda, Madrid

PRODUCTOS ORGÁNICOS Y OXÍGENO, RICOS, EN CONJUNTO, EN ENERGÍA

SUSTRATOS INORGÁNICOS, SIN POTENCIAL QUÍMICO ÚTIL

(carbohidratos, hidrocarburos, lípidos, proteínas, ác. nucleicos y oxígeno molecular)

(agua, dióxido de carbono, nitrato o dinitrógeno, sulfato, fosfato)

FO

TO

SÍN

TE

SIS

RE

SP

IRA

CIÓ

N

luz

bioener gía


Agua + +Fotosíntesis

Respiración

ATP

Luz solar

AireAnhídrido carbónico

SueloNitratoSulfatoFosfato

Azúcares

Lípidos

Ácidos nucleicos

Proteínas

Oxígeno

NUTRIENTES BIOMASA

Las Fronteras del ConocimientoMiguel A. de la Rosa (1996)Addison Wesley, Wilmington, Delaware, USA

2 2

3 3

4 2

4 32

-

2-

- -

+4 0

+5 -3-2 0

2 2+6 -2

+5 +5

C C

N NH

S S

P PH ~

O H O)(

O HO O+ +

O H

O O

Fotosíntesis

Respiración

ATP

Luz solar


CLO ROPLASTOS

H

H

NH

NH

NO

SOH S

COCH O)(

H O

H

HN

O

O H O

+

+

-

+

+

-

2-

2

2

2

2 2

4

4

3

4

2

2

2

2 2

LUZ

e

+0,8

+0,6

+0,4

+0,2

-0,2

-0,4

0

E'0 ' pH 7 (V )

Fd


Tipo de luz activa en fotosíntesis


The Z-scheme of photosynthesis

DA Walker (2002) Trends Plant Sci 7, 183-185

The Z-scheme of photosynthesis

Mechanicalanalogy

ee

ee

ee

ee

******

****

**

HH

OOH

((

((

))

))

--

~

~

~

~

22

h

h

I

I

I

Fotosíntesis Respiración


The respiratory electron transport chain

Mechanical analogy

h He P X

He P X

a

b i

+

+

* ~ ~

Transducción secuencial de la energía

~ ~ ~ ~


HOW MUCH ATPDO WE PRODUCE?HOW MUCH ATPDO WE PRODUCE?

AT RESTAdult converts one half body weight equivalent of ATP per day

AT RESTAdult converts one half body weight equivalent of ATP per day

NORMALAdult converts body weight equivalent of ATP per day

NORMALAdult converts body weight equivalent of ATP per day

HARD WORKAdult converts up to 1000 kg ATP per day

HARD WORKAdult converts up to 1000 kg ATP per day

1000 kg

70kg? £1M?70kg? £1M?

CambridgeUniversity

RobertPoole

El Sol: Fuente de energía y vida

Fuerza Intensidad Partículas Intervalo Ejemplorelativa responsables de acción

Nuclear fuerte 1 Protones y neutrones 10-15 m Mantiene los núcleos unidos(quarks)

Electromagnética 1/137 Partículas con carga Infinito Mantiene los átomos unidos

Nuclear débil 10-5 Protones y neutrones 10-16 m Emisión de radiactividad(quarks), electrones

Gravitatoria 6 x 10-39 Todas las cosas Infinito Mantiene el sistema solar

Las cuatro fuerzas de la Naturaleza

Astronautas del Apolo 8: Ahora es Isaac Newton quien está haciendo el mayor trabajo

Newton (Principia, 1687): Every object in the universe attracts every other object


Tiempo Temperatura Situación(K)

0 ¿Infinito? Creación10-43 s 1032 Inflación10-34 s 1027 Bing-bang10-3 s 1012 Quarks y partículas exóticas

llenan el Universo1 s 1010 Neutrones y protones3 min 109 Deuterio, helio, litio105 – 106 años 3 x 103 Materia desintegrada / radiación106 – 1010 años <103 Átomos y galaxias. Compuestos1,05 x 1010 años <103 Tierra1,15 x 1010 años Vida en la Tierra1.5 x 1010 años 3 Universo en la actualidad

Formación del Universo

= 10 K 07

4,002604 Da4 x 1,007825 Da

4 H He + Energía (26,7 MeV)

(28,7 mDa)+ +

++ T

1 mDa = 0,934 MeVE = mc2

+ +0


150 x 106 km

SolTierra

4 MTon / s

8 min 100 Ton / día


Los Elementos y Moléculas de la VidaLosada, Vargas, Florencio y De la RosaEditorial Rueda, Madrid (1998-99)

Los Elementos y Moléculas de la VidaLosada, Vargas, Florencio y De la RosaEditorial Rueda, Madrid (1998-99)

Io

Júpiter

Tierra

Sol


En 1676, Römer hizo las primeras estimaciones de la velocidad de la luz

3 x 1080

Mas

a d

e u

n c

uer

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en m

ovim

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to

c

mo

Velocidad (m s-1)


Observadoren la Tierra

estrella A

Sol

Posición ficticia de la estrella A

rayo de luz procedente de la estrella A trayectoria supuesta

trayectoria real


10 x 1016

1,00,5

En

ergí

a (J

ulio

s)

0

E/m = c2 = 9 x 1016 J/kg

Masa (kg)

5 x 1016


Full-field image of the Sun from the Soft X-ray Telescope (SXT) obtained on December 1, 2001

White-light coronameter image from the High Altitude Observatory Mauna Loa (Hawaii) ( February 10, 2002)

W J año-1 J Relación Energía solar que 1017 3 x 1024 1000 llega a la biosfera Reservas estimadas 3 x 1023 100 de combustibles fósiles Depósitos comprobados 3 x 1022 10 de combustibles fósiles Reservas de biomasa 3 x 1022 10 (principalmente bosques) Energía solar fijada 1014 3 x 1021 1 por el reino vegetal

Conversión de la energía solar por el reino vegetal en compa-ración con las reservas de combustibles fósiles y de biomasa

W kg año-1 Relación Energía solar fijada 1014 2 x 1014 200 Consumo energético

mundial 1013 20 individual 2 x 103

Requerimientos alimentarios

mundiales 0,5 x 1012 1012 1 individuales 102 2 x 102

Requerimientos energéticos y alimentarios de la población humana en relación con la energía solar fijada por el reino vegetal

J año-1 (x 1020) % Combustibles fósiles 3,03 75 Petróleo 1,29 Carbón 1,05 Gas natural 0,69 Biomasa 0,55 14 Energía hidráulica 0,23 6 Energía nuclear 0,18 5 ______ ____ Total 3,99 100

Fuentes energéticas de consumo a nivel mundial

Fuentes energéticas de consumo a nivel mundial

biomasa

energíahidroeléctrica

energíanuclear

gas natural

carbón

petróleo


Distribución porcentual del consumo de las fuentes de energía

Países Países en vías Total desarrollados de desarrollo mundial Petróleo 37 23 32

Carbón 25 28 26

Gas 23 7 17

Biomasa 3 35 14

Energía hidráulica 6 6 6

Energía nuclear 6 1 5

Promedio anual de la irradiancia solar en diferentes regiones de la Tierra

Lugar Energía (W m-2) Regiones polares 80

Países escandinavos 100

Mediterráneo 160-220

Sáhara 300

Constante solara) 1370

Índice de insolación mediab) 1000

a) Energía incidente perpendicularmente fuera de la atmósfera a una distancia del Sol igual a la distancia media de la Tierra al Sol.

b) Energía incidente sobre la superficie terrestre en la dirección perpendicular a los rayos solares en un día claro sin nubes

Incapacidad del intelecto

Richard Feyman (Premio Nobel, 1965): La progresión de las teorías físicas actuales ha hecho que éstas resulten cada vez más abstractas e incomprensibles. La situación sería como la del gato de Cheshire en la obra Alicia en el país de las maravillas (Lewis Carrol, 1862)


Equivalencia entre masa y energía

Desiderio Papp (Einstein. Historia de un espíritu, 1978): Si la relatividad de las masas es considerada como la corona de la teoría de la relatividad, el descubrimiento de que la masa y la energía representan sólo dos aspectos intercambiables del mismo ente físico, bien puede considerarse como la gema de mayor quilate de la corona.


Serendipismo

Arquímedes: ¡Eureka! (en griego, lo encontré)


C

C

C

C

C

H

H

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O

2

2

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O

2

2+

+

+

+ H

H O

O

O

O

2

2

2

2

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)

)fotosín tesis

respiración


f e o f e o

D 2 D 1

Q QA BF e

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l u m e nM n M n

M n M n

1 7 k D a3 3 k D a

2 3 k D a

ZD

P 6 8 O

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C i tb - 5 5 9

2 H O e

O , 4 H+2

2

C e n t r o d e r e a c c i ó n d e l f o t o s is t e m a I Iy a p a r a t o d e l i s i s d e l a g u a

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Documents

Ciclo básico de energía en la biosfera. Fotosíntesis y Respiración Los Elementos y Moléculas de la Vida Losada, Vargas, Florencio y De la Rosa (1998-9)