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Grupo de Física cuántica

Yainny Garcia
Distrito Federal, Ve...
Escrito por Yainny Garcia
el 07/03/2011

Hola mi nombre es yainny y tengo dudas de la importancia de la fisica en el prceso de la fotosintesis estoy haciendo un trabajo de eso y no me queda claro soy estudiante de biología en la universidad pedagogica de caracas (venezula) necesito una manita

Luis Arturo Ayarza Aguirre
Lic en biologia, msc bioquimic univer...
Escrito por Luis Arturo Ayarza Aguirre
el 08/03/2011

En primer lugar la fotosíntesis es un proceso dinámico donde entra en juego partículas de alta energía , en este caso son los cuantos de luz. Estos son absorbidos por los pigmentos en otro proceso dinámico la transferencia de energía debido a la exicitación del electrón. El electrón es una partícula subatómica , objeto de e studio de la física cuántica. Si observas el camino del e através d e los procesos fotosintéticos , entonces te darás cuenta de que hay una trnasferencia de energía , luego hayu una transformación de loa energía radiante , ese es el caso de estudio 2 de la físic a cuántica y el tercer caso es qué tipos de pigmentos actúan en la canalización de la energía. La pregunta es , de qué forma actúan los que se encuetran en la tierra y los que se encuentran a grandes profundidades. Aquí hay un verdadero oasis para invesrtigar, mi estimada amiga Yainy.


Luis Arturo Ayarza Aguirre
Lic en biologia, msc bioquimic univer...
Escrito por Luis Arturo Ayarza Aguirre
el 25/04/2011

Sin fotosíntesis no hay vida en nuestro planeta por lo que invito a los nuevos alumnos a que participen en este interesante debate. Les espero.

Romel Flores
Fisica carabobo-uc
Escrito por Romel Flores
el 09/05/2011

Saludos a todos y felicitaciones por su maravillosa respuesta sobre la fotonsintesis pero no he visto un explicacion con la fase oscura.. Si en la luz del dia la planta recibe cierta radiacion que tiene una longitud de onda y frecuencia. Entoces que pasaria en la fase oscura en el desde el punto de vista cuantico

Luis Arturo Ayarza Aguirre
Lic en biologia, msc bioquimic univer...
Escrito por Luis Arturo Ayarza Aguirre
el 15/05/2011

Interesante tu afirmación. Desde el punto de vista cuántico la tranferencia de electrones crea un gradiente quimiosmótico que es aprovechado para crear partículas -moléculas de 02. Aunque este proceso recibe el nombre de fotolisis y sucede en la fase luminosa , pero su interacción y utilidad es durante la noche en la fase oscura.

La formación de NADH2 reducido es un fenómeno cuántico de primera línea ya que se necesitan electrones y protones , lo cuál es una electronización del sistema enzimático adjunto con una protonización. Todo esto para transformar moléculas de pentosas llamadas ribulosas bifosfatadas. Esto conlleva a la inestabilidad de la molécula que se divide en dos dando origen al TGA y TGP

Luis Arturo Ayarza Aguirre
Lic en biologia, msc bioquimic univer...
Escrito por Luis Arturo Ayarza Aguirre
el 21/05/2011

Los saltos electrrónicos del electrón en el fotosistema II y II son un ejemplo interesante de la importancia de una partícula subatómica : el electrón en procesos vitales para la vida del planeta..

Yarineth Marchena
Licenciatura de fisica autonoma de chi...
Escrito por Yarineth Marchena
el 21/06/2011

Es increible darce cuenta que aun en la fotosintecis esta tan relacionada con la fisica cuantica y podemos darnos cuentas que la fisica cuantica abarca todo lo que nos rodea en cuanto a la fotosintecis.

Coherencia cuántica Coherencia cuántica

La coherencia cuántica es un término que hace referencia a la condición de un sistema cuántico (es decir, de partículas subatómicas) cuando sus constituyentes reducen una función de onda en un estado físico de partículas concretas. Cuando una función de onda se concreta, estas partículas se relacionan de una determinada manera unas con otras. Sus relaciones están descritas por la mecánica cuántica .

Fleming y sus colaboradores han conseguido detectar, por medio de mediciones electrónicas espectroscópicas realizadas a una escala de tiempo de femtosegundos (un femtosegundo es la unidad de tiempo que equivale a la milbillonésima parte de un segundo), señales cuánticas u oscilaciones electrónicas coherentes, tanto en las moléculas donantes como en las receptoras, generadas por excitaciones energéticas inducidas por la luz.

Descubrieron, además, que dichas oscilaciones se encuentran y se interfieren unas con otras constructivamente, formando movimientos ondulantes de energía (estados de superposición) que exploran todas las vías de energía potenciales de manera simultánea y reversible, eligiendo aquellas vías de mayor eficiencia energética.

La coherencia cuántica es un término que hace referencia a la condición de un sistema cuántico (es decir, de partículas subatómicas) cuando sus constituyentes reducen una función de onda en un estado físico de partículas concretas. Cuando una función de onda se concreta, estas partículas se relacionan de una determinada manera unas con otras. Sus relaciones están descritas por la mecánica cuántica .

Fleming y sus colaboradores han conseguido detectar, por medio de mediciones electrónicas espectroscópicas realizadas a una escala de tiempo de femtosegundos (un femtosegundo es la unidad de tiempo que equivale a la milbillonésima parte de un segundo), señales cuánticas u oscilaciones electrónicas coherentes, tanto en las moléculas donantes como en las receptoras, generadas por excitaciones energéticas inducidas por la luz.

Descubrieron, además, que dichas oscilaciones se encuentran y se interfieren unas con otras constructivamente, formando movimientos ondulantes de energía (estados de superposición) que exploran todas las vías de energía potenciales de manera simultánea y reversible, eligiendo aquellas vías de mayor eficiencia energética.


la primera evidencia directa de que una coherencia ondulatoria cuántico-electrónica notablemente persistente, toca a una parte importante en los procesos de transporte de energía durante la fotosíntesis”,

Leonardo Herrera
Lic. enfermeria universidad latina
Escrito por Leonardo Herrera
el 26/06/2011

En realidad la fotosintesis es todo el conjunto de reacciones gracias a las cuales las plantas verdes a partir de la energía luminosa transforman el agua y el anhidrido carbónico en oxígeno y sustancias orgánicas ricas en energía ocacionando el procesos de vital impoprtacia fotosintesis.
ya que sin el no sería posible la presencia del oxigeno en la atmosfera. Son muchos los seres vivos que dependen del oxigeno que se libera durante la fotosintesis. Y no solo del oxigeno desprendido sino que la mayor parte de estructuras de los seres vivos para su desarrollo necesitan los productos orgánicos formados durante la fotosintesis junto a materia inorgánica del propio media ambiente. Por tanto puede decirse que la materia que forma a los seres vivos está formada por materia organica.

Pero al final de todo esto es el hombre el que depende de forma más directa de la fotosintesis que el resto de los animales, las plantas y animales emplean el oxigeno con una misión única de subsistencia mientras que el hombre no solo necesita la fotosintesis para existir sino la creciente demanda de alimentos, el aumento de las necesidades hace que dependamos de una mayor cantidad de oxigeno y por tanto de fotosintesis.

Manuel Delgado
Licencitura en fisica universidad aut...
Escrito por Manuel Delgado
el 28/06/2011

sabian que?

La coherencia cuántica electrónica ondulatoria proporciona extrema eficacia a la transferencia energética


La fotosíntesis, clave para la vida en la Tierra, consiste en una serie de procesos por los que plantas y las cianobacterias (bacterias acuáticas que producen su alimentación por medio de la fotosíntesis) captan la energía de la luz y la transfieren a los centros de las reacciones moleculares, convirtiéndola así en energía química con una eficiencia del casi el 100% y a una velocidad casi instantánea.

Según explican estos investigadores en un comunicado del Berkeley Lab, los secretos del funcionamiento de la fotosíntesis y de su alto rendimiento subyacen en el nivel cuántico de la materia, es decir, en los efectos mecánicos de las partículas subatómicas. Los resultados de la investigación han sido publicados en la revista Nature .

En este artículo, los investigadores explican que han obtenido evidencias directas de que el notable tiempo de vida de la coherencia cuántica electrónica ondulatoria juega un importante papel en este proceso de transferencia energética que supone la fotosíntesis.

Según el líder de esta investigación, Graham Fleming , las características ondulatorias del fenómeno de la coherencia cuántica podrían explicar la extrema eficiencia de la fotosíntesis porque capacita al sistema para probar simultáneamente todos los “caminos” o posibles vías de energía potencial antes de elegir el más eficiente de ellos.

Coherencia cuántica

La coherencia cuántica es un término que hace referencia a la condición de un sistema cuántico (es decir, de partículas subatómicas) cuando sus constituyentes reducen una función de onda en un estado físico de partículas concretas. Cuando una función de onda se concreta, estas partículas se relacionan de una determinada manera unas con otras. Sus relaciones están descritas por la mecánica cuántica .

Fleming y sus colaboradores han conseguido detectar, por medio de mediciones electrónicas espectroscópicas realizadas a una escala de tiempo de femtosegundos (un femtosegundo es la unidad de tiempo que equivale a la milbillonésima parte de un segundo), señales cuánticas u oscilaciones electrónicas coherentes, tanto en las moléculas donantes como en las receptoras, generadas por excitaciones energéticas inducidas por la luz.

Descubrieron, además, que dichas oscilaciones se encuentran y se interfieren unas con otras constructivamente, formando movimientos ondulantes de energía (estados de superposición) que exploran todas las vías de energía potenciales de manera simultánea y reversible, eligiendo aquellas vías de mayor eficiencia energética.

Steffi Del Milagro Arauz Fuentes
Física unachi, panamá
Escrito por Steffi Del Milagro Arauz Fuentes
el 03/07/2011



Foto-sistemas I Y II.

La fotosíntesis involucra las dos tipos de unidades foto-sintetizadoras: la foto-sistema I (FSI) y el foto-sistema II (FSII), los cuales absorben la luz de manera diferente y procesan electrones y energía de diferentes formas.

El centro de reacción de la foto-sistema I es una molécula de clorofila llamada P700, que absorbe más fuertemente las ondas lumínicas con longitud de onda de 700 nanómetros. El centro de reacción de la foto-sistema II es una molécula de clorofila llamada P680, que absorbe más fuertemente las ondas lumínicas con longitud de onda de 680 nanómetros. Los electrones excitados en el foto-sistema I se transfieren al NADPH, mientras que en el foto-sistema II los electrones son transferidos mediante una cadena transportadora de electrones al centro de reacción del foto-sistema I.

El foto-sistema I puede funcionar solo, pero por lo común se encuentra conectada al foto-sistema II para una obtención más eficiente de la energía lumínica. Las plantas ajustan las cantidades relativas de cada foto-sistema en respuesta a las diferentes condiciones de luminosidad. Los dos sistemas están vinculados por la cadena transportadora de electrones.

Los electrones viajan en pares a lo largo de una trayectoria fija desde el foto-sistema II al foto-sistema I. La luz absorbida por los pigmentos de antena y el centro de reacción del foto-sistema II libera electrones fuera del centro de reacción. Los electrones desplazados desde el centro de reacción son reemplazados por dos electrones de agua: una molécula de agua se divide en un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno. Los átomos de hidrógeno, a la vez, se rompen para formar dos electrones y dos protones. Mediante este proceso, el agua alimenta continuamente los electrones en el foto-sistema II: los electrones excitados liberados fuera del centro de reacción son captados por el receptor primario de electrones y pasados a la cadena transportadora de electrones.

La energía se libera cuando los electrones se transfieren desde una molécula a lo largo de una cadena transportadora de electrones. Esta energía es utilizada por las proteínas de transporte para bombear protones (H+) a través de la membrana tilacoide (desde afuera hacia adentro del tilacoide) de un cloroplasto. Un gradiente de protones se establece, con concentraciones más altas de protones acumulados dentro del tilacoide.

Cuando una proteína de canal en la membrana se abre, los portones viajan a través del canal al otro lado. Ellos son movidos por tres fuerzas: la difusión (altas a bajas concentraciones), repulsión de cargas positivas dentro del tilacoide, y atracción a cargas negativas fuera del tilacoide. Cuando los protones se mueven a través de la membrana, liberan energía que se usa para construir ATP a partir de ADP e iones de fosfato.

La formación de ATP desde un gradiente de protones es conocida como fosforilación quimiostática. El término quimi se refiere al gradiente químico de protones, osmótico se refiere a la difusión mediante una membrana, y fosforilación se refiere a la adición de un Ion de fosfato al ADP.

Desde el foto-sistema dos, los electrones "gastados" de la cadena transportadora de electrones entran en el centro de reacción del foto-sistema I, donde reemplazan los electrones excitados liberados por la energía lumínica fuera del pigmento. Nuevamente, los electrones viajan en pares. Los electrones excitados del centro de reacción del foto-sistema I son tomados por un receptor primario de electrones y pasados al transportador de electrones, NADP+. Los dos electrones excitados más un protón se combina con NADP+ para formar una molécula de NADPH.

Los dos átomos de hidrogeno de una molécula de agua fueron despojados de sus electrones, los cuales se movieron dentro del centro de reacción del foto-sistema II. Uno de los protones restantes luego se unió a uno de los electrones para formar un átomo de hidrogeno dentro de una molécula de NADPH. El otro protón se unirá, durante las reacciones independientes de la luz, con el otro electrón recobrado por el NADPH para formar un segundo átomo de hidrógeno. El átomo de oxígeno de la molécula de agua se combina con otro átomo de oxigeno (simultáneamente otra molécula de agua se despojo de sus electrones) para formar gas oxigeno (O2), que se difunde fuera de la célula.

Cuando la antena de la foto-sistema I transfiere la energía luminosa a la clorofila P700 del centro de reacción, la P700 absorbe energía y se excita; su potencial de reducción pasa a ser muy negativo. A continuación, sede su electrón excitado o de alta energía a un aceptor específico, probablemente a una molécula especial de clorofila a o una proteína ferro sulfurosa. El electrón es transferido finalmente a la ferredoxina, desde donde puede moverse en dos direcciones. En la vía cíclica, el electrón se mueve en una ruta cíclica a través de una serie de transportadores de electrones y vuelve a la P700 oxidada. La vía se denomina cíclica porque el electrón procedente del a P700 vuelve a esta después de recorrer la cadena transportadora de electrones fotosintética. En el proceso solo participa el foto-sistema I.

Los electrones también pueden recurrir la vía no cíclica en la que intervienen los dos foto--sistemas. La P700 es excitada y cede electrones a la ferredoxina, como en el caso anterior. Sin embargo, en la rutan no cíclica la ferredoxina reducida reduce el NADP+ a NADPH. Debido a que los electrones cedidos al NADP+ no pueden ser utilizados para reducir la P700 oxidada, se requiere la participación del foto-sistema II. Este cede electrones a la P700 oxidada y genera ATP en el proceso. Parece que se forman un ATP y un NADPH cuando dos electrones recorren la vía no cíclica.

Es la reacción foto-dependiente más común, participa tanto el foto-sistema I como el II. La luz energizada por los electrones, que pasan por una cadena de transporte de electrones desde la fuente original de estos, el agua, al aceptor final, NADP+. El recorrido en zigzag del os electrones que se observa algunas veces recibe el nombre de esquema Z. Por cada dos electrones que se integran es esta vía, hay un rendimiento de energía de dos moléculas de ATP y una de NADPH.

En el foto-sistema I una molécula de pigmento de un complejo antena de ese foto-sistema absorbe un fotón de luz. La energía absorbida se transfiere al centro de reacción, donde excita un electrón de una molécula de P700. Dicho electro excitado (energizado) se transfiere a un aceptor primario, que as u vez lo transfiere a la ferredoxina, una proteína de membrana que contiene hierro . Esta lo transfiere a NADP+.

La cadena de transporte de electrones debe aportar dos electrones a fin de reducir el NADP+ a NADPH. Cuando el NADP+ acepta los dos electrones, esto se unen a los protones (H+), de aquí que la forma reducida del NADP+ sea el NADPH, que se libera en el estroma. La molécula de P700 adquiere carga positiva cuando cede un electrón al aceptor primario; el electrón faltante es repuesto por uno cedido por el foto-sistema II.

Al igual que la foto-sistema I, e II se activa cuando una molécula de pigmento de un complejo antena absorbe un fotón de energía lumínica. Esta energía es transferida al centro de reacción, donde hace que un electrón de una molécula de P680 pase a un nivel de energía más alto. Este electrón de alta energía es captado por un aceptor primario y después pasa por una cadena de moléculas aceptara hasta que es donado al P700 en el foto-sistema I.

Una molécula de P680 que don aun electrón excitado al aceptor primario adquiere carga positiva. Esta molécula de P680 es un agente oxidante tan fuerte, que es capaz de extraer los electrones del átomo de oxígeno (esto es, oxidarlo) de una molécula de agua. En una reacción catalizada por una sola enzima, el proceso de fotolisis ("rotura por luz") descompone el agua en sus componentes: dos electrones, dos protones (H+) y oxígeno. Cada electrón es donado a una molécula de P680 y los protones se liberan en el espacio interior tilacoidal. Dado que el oxigeno no existe en forma atómica en las células, el producido por la rotura de una molécula de agua se escribe 1/2O2. Deben escindirse dos moléculas de agua para liberar una molécula de oxigeno (O2), que finalmente se libera a la atm ósfera. La fotolisis del agua e suma reacción notable, pero su nombre es un tanto engañoso por que da la idea de que se descompone agua por efecto del a luz. En realidad, la luz escinde el agua de manera indirecta, al oxidar moléculas de P680.

En presencia de luz, hay un flujo unidireccional continuo de electrones desde su fuente original, el agua, hasta su aceptor final, NADP+. El agua experimenta fotolisis enzimática para reponer los electrones energizados que las moléculas de P680 del foto-sistema II donan a la cadena de transporte de electrones. Aquellos electrones foto-excitados viajan por la cadena de transporte que conecta el foto-sistema II con el I y sustituyen a los electrones energizados que las moléculas de P700 donan y a fin de cuentas reducen el NADP+.

A medida que los electrones se transfieren a lo largo del a cadena de transporte que conecta el foto-sistema II con el I, pierden energía.

Parte del a energía liberada se utiliza para bombear protones a través de la membrana tilaciodal, desde el estroma hasta el espacio interior tilacoidal, l oque produce un gradiente de protones. La energía de este gradiente se aprovecha para producir ATP a partir de ADP por quimiósmosis. ATP y NADPH, los productos del a s reacciones foto-dependientes, se liberan ene l estroma, donde ambos son necesarios para las reacciones de fijación de carbono.

Solo el foto-sistema I participa en la foto fosforilación cíclica, que es la reacción foto dependiente más sencilla. La vía es cíclica por que los electrones energizados que se originan en la molécula P700 del centro de reacción tarde o temprano regresan a ella. En presencia de luz , hay un flujo continuo de electrones a través de una cadena de transporte dentro del a membrana tilaciodal. Al pasar de un aceptor a otro, los electrones pierden energía, parte del a cual sirve para bombear protones de un lado a otro del a membrana. Una enzima, (sintetiza de ATP) presente en la membrana tilacoidal utiliza la energía del gradiente de protones para manufacturar el ATP. No se produce NADPH, no se escinde agua ni tampoco se genera oxigeno . Por si sola, la FOTOFOSFORILACIÓN cíclica no serviría como base para la fotosíntesis , porque se necesita NADPH parar educir CO2 carbohidratos .

Aun no se deludida la importancia de la foto fosforilación cíclica para la fotosíntesis del as plantas . Aquella ocurre en las células vegetales cuando el NADP+ es insuficiente para aceptar electrones del a ferredoxina. Los biólogos en general concuerdan en que este proceso fue empleado por bacteria santiguas para producir ATP a partir de energía lumínica. Una reacción análoga a la FOTOFOSFORILACIÓN cíclica vegetal se encuentra en algunas bacterias fotosintéticas modernas



Adrian Dominguez
Ingenieria química http://aceites-esen...
Escrito por Adrian Dominguez
el 07/07/2011

Quiero aprender un poco de fisica, solo participo para recibir sus aportes a mi mail. Saludos Genios

Luis Arturo Ayarza Aguirre
Lic en biologia, msc bioquimic univer...
Escrito por Luis Arturo Ayarza Aguirre
el 19/07/2011

Gracias adrian por tu sinceridad. Espero que puedas aprender mucho

Luis Arturo Ayarza Aguirre
Lic en biologia, msc bioquimic univer...
Escrito por Luis Arturo Ayarza Aguirre
el 24/07/2011

Es fantástico pensar que la cpatación de luz es un fenómeno cuántico de primera categoría.

Que la distribución de la energía en la molécula de clorofila se origina por reacomodamiento electrónico, siendo e´ste otro fenómeno cuántico de primera línea.

En tercer lugar la regeneración de la molécula de clorofila representa un fenómeno de amplio interés científico , ya que se necesita energía y la participación activa de secciones de la misma molécula para capturar fotones de luz. El fenómeno del electrón localizado en los anillos pirrólicos.

Adrian Dominguez
Ingenieria química http://aceites-esen...
Escrito por Adrian Dominguez
el 24/07/2011

Gracias Luis, un abrazo