Dr. Luis Alberto Lightbourn Rojas, PhDwww.lightbournr.mx

www.institutolightbourn.edu.mxlalr@bioteksa.com

drlightbourn@institutolightbourn.edu.mx

DISRUPTIVENANOFEMNTOLOGY

INSYSTEMSBIOLOGY

Rotaxanos, Fulvalenos y Catenanos: Nanocompuestos Optimizadores de la

Longitud de Onda para la Fotosíntesis en condiciones criticas

2015

PROBLEMA: El Cambio Climático

El efecto invernadero acrecentado por la contaminación es la causa del calentamiento global. La atmósfera modificada retiene más calor

Calentamiento Global

Fenómeno que retiene parte de la radiación emitida por el sol y que ingresa a la atmósfera

Efecto Invernadero

05 Sequía

04 Fitopatogenos 01Radiación UV

02Temperatura

03Salinidad

Efectos del Cambio Climático en Plantas

Crecimiento y Desarrollo de las PlantasRadiación Solar Fototropismo Fotosíntesis Fotomorfogé

nesis

Temperatura Energía que

afecta la actividad catbólica

Calentamiento Global-TemperaturaAumento en la Temperatura

Sequía

Mayor incidencia de Radiación UV

Gel Sólido Líquido Cristalino

Desorganización de la membrana

q < W q >>> W

ΔE = q - W

Fotosíntesis y Temperatura

Energía Solar

Aire

Agua

Cloroplasto

Fotosíntesis y Temperatura

Agua Fotones

Membrana Tilacoide

Fotones transfieren su energía al fotosistema II

Fase

Lum

inosa

Dióxido

de carbono

Fase

Osc

ura

Las reacciones de la fase luminosa generan diferencia de carga en el tilacoide y el estroma

La cadena de transporte de electrones bombea más protones al estroma

El fotosistema II libera oxígeno y protones

Efecto del Incremento de Temperatura

Respuesta de la Planta a la Luz UV

Reducción del área foliar

Reducción de

elongación de tallos

Deposición de

Cera en Cutícula

Foto inhibición

Síntesis de metabolitos secundarios

Función de metabolitos secundarios

Protección Contra la Radiación UV

Capacidad antioxidante

Modular Cascada de Transducción de Señales

Inicio de la Solución: Antocianinas y NutriciónLAS HOJAS QUE CONTIENEN

ANTOCIANINAS ABSORBEN MÁS RADIACIÓN EN LA REGIÓN VERDE

Y AMARILLA DEL ESPECTRO VISIBLE (RADIACIÓN PAR)

NPKHatier and Gould, 2009; Lightbourn et al., 2011; Singh et al., 2012

Luz Reflejada

Luz Absorbida

Luz Trasmitida

Lightbourn, 2010

Tautocrónia de la Luz

Hollósy, 2002

-1.6-1.2-0.8-0.40.00.40.81.2

Pote

ncia

l Ele

ctro

quím

ico

(vol

ts)

H2OP680

hv hv

P680

Feofitina

Plastoquinona

QH2

Complejo AF

CitocromoPlastocianina P700

P700

A0

Quinona (A1)

Fx

Ferredoxina

NADP+

GLUCÓLISISGlucosa

Glucosa-6-Fosfato

2-Gliceraldehído-3-Fosfáto

2,3 Bifosfoglicerato

2-Piruvato 2 Acetil CoA

2 NAD+ 2 NADH

2 Isocitrato

2 Citrato

2 Oxalacetato

Malato 2 Fumarato

2 Succinato

2 Succinil CoA

2 α-cetoglutarato

2 NAD+

2 NADH

2 NAD+

2 NADH

2 NAD+

2 NADH

Fenómeno Fotosintético

NANOCLÚSTERES DE SELENIO, NÍQUEL, TITANIO Y POLIOXOMOLIBDATO

Zn

Salisbury and Ross, 1994; Lightbourn, 2011

Solución: Almacenamiento de Luz

O2O2

I1

I2

I3

I1 = Radiación Ultravioleta

I2 = Luz Visible

I3 = H+ Inducen la Interconversión entre los estados 5, 6 y 7; el estado 5 no absorbe en la región visible, el estado 6 (amarillo-verde) absorbe a 401 nm (01), el estado 7 absorbe a 563 nm (02) púrpura.

Optimización de la Fotosíntesis

NMe

Me8

N

N

N

H

H+

NMe

Me

9

N

N

N

H

H+

H+

Optimización de la Fotosíntesis

Los (H+) controlan la interconversion reversible entre 8 y 9, en respuesta a los estímulos ultravioleta (I1) y visible (I2). El switch triple intramolecular modula el radio entre las dos formas y la absorbancia (O) de ⑨ a través de transferencia protónica fotoinducida, la tabla de verdad y la secuencia lógica del circuito muestran como se lleva a cabo la comunicación intramolecular.

I2

I1 O1

≈

≈ ≈

NOR

I1

I1

O

X

≈ ≈

≈

≈

≈

≈

Optimización de la Fotosíntesis

a5+9

b5+9

c6+8

e6+8

d6+8

I1

I2

I2

I2

I2

I1I1

I1I1

Optimización de la Fotosíntesis

S

S

S

S

N N

N N

+

+ +

O

O

O

O

O

OH

O

O

O

OH

O

4

TETRAHIAFULVALENO (TTF)

BIPINIDINIUM (BIPY) ABSORBANCIA

BAJA BAJA ALTA

BAJA ALTA BAJA

ALTA BAJA ALTA

ALTA ALTA BAJA

Fulvalenos, Rotaxanos y Catenanos

O

OO

OO

ON

CN

3

≈I1I2 O

1

2

3Emisión HBajaAlta

AltaBaja

+

I O

Emisión Se K+ +

BajaBajaAltaAlta

BajaAltaBajaAlta

BajaAltaAltaAlta

≈I1I2 O

Emisión H Ni+ +

BajaBajaAltaAlta

BajaAltaBajaAlta

BajaBajaBajaBaja

Fulvalenos, Rotaxanos y Catenanos

MeMe

Me

Me

NN

N

N

NN

Ni+2

Me

Me

Me

Me

Me

Me

N Me

N

O

O

O

O

OO

O

OO

O

N

O

t-buEt

t-bu

+

+N

++

POLIETER M

ACROCÍCLICO

BIPIRIDINIUMELECTROACTIVO

5 nm

Ni (II)FOTOACTIVO EN TREISBIPYRIDINA“STOPPER”

Fulvalenos, Rotaxanos y Catenanos

Fulvalenos, Rotaxanos y Catenanos

Muchas Gracias Contacto:www.bioteksa.comlalr@bioteksa.comwww.lightbournr.mx.www.institutolightbourn.edu.mx