AÑO DEL DIÁLOGO Y LA RECONCILIACIÓN NACIONAL UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL SUR
ESCUELA: CIENCIAS DE LA SALUD CARRERA: MEDICINA HUMANA
LABORATORIO DE BIOLOGÍA CELULAR CURSO: BIOLOGÍA CELULAR INFORME DE PRÁCTICA PRÁCTICA N°7 TÍTULO: METABOLISMO CELULAR: PROCESO DE RESPIRACIÓN CELULAR PROFESOR: CÁCERES REY, OMAR ALBERTO INTEGRANTES:
COCHACHI SALAZAR, STHEFANY DOLORIER ROSADIO, BRAYAM SCHEBESTA ZEGARRA, MARIA PAULA SESSAREGO PASTOR, CHIARA SIERRA DE LA CRUZ, DANA SOTELO VARGAS, LINDA
HORARIO DE PRÁCTICAS HORA: 9:10-11:00 DÍA: MIÉRCOLES FECHA DE REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA: 16/05/18 FECHA DE ENTREGA DEL INFORME: 23/05/18
INTRODUCCIÓN Para subsistir los seres vivos toman sustancias del medio, las transforman en el interior de las células, utilizan las sustancias resultantes de dichos cambios y eliminan los desechos, todo este proceso se denomina metabolismo celular. El metabolismo es el conjunto de procesos químicos que toma lugar en las células, permite generar energía energía y obtener materia para el crecimiento, la eliminación de los desechos y otras funciones fisiológicas. El metabolismo ocurre en dos fases en anabolismo y catabolismo. El anabolismo es la fase constructiva en el cual la célula toma materiales recibidos de líquido extracelular y lo utiliza para formar partes estructurales, incluso sintetiza sintetiz a energía en ATP. Por otro lado, el catabolismo es un proceso destructivo o de degradación de macromoléculas que tiene como finalidad la obtención de energía. Posteriormente a los mecanismos de nutrición y digestión celular, las células cél ulas usan las moléculas producto de estos procesos como fuente para la elaboración de energía que es necesaria para la actividad acti vidad celular, para lo cual pasan procesos como la desaminación de los aminoácidos, la beta-oxidación de los ácidos grasos y la glucólisis que tienen como objetivo la formación de ácido pirúvico y otras moléculas necesarias para los procesos de respiración celular. El ácido pirúvico obtenido de estos procesos, principalmente de la glucólisis, puede dependiendo del individuo y del medio en el cual se encuentra ir a dos rutas metabólicas la anaeróbica y aeróbica.
MARCO TEÓRICO La respiración celular en presencia de oxígeno se le conoce como respiración aeróbica denominada también catabolismo aerobio degradándose completamente hasta CO2 y agua, este mecanismo se realiza reali za en las mitocondrias que actúan como centrales energéticas de la célula y sintetizan ATP producto de esta degradación. Este proceso sucede en las mitocondrias y se divide en 5 etapas, la glucólisis, descarboxilación, Ciclo de Krebs, cadena transportadora de electrones y fosforilación oxidativa. Produciendo Produciendo 36 ATP en la mayoría de células, pero en las células del corazón y hígado llegan a formar hasta 38 ATP. En este proceso el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria se da en las mitocondrias y la glucólisis en el citosol a diferencia de las procariotas que la glucólisis y el ciclo de Krebs se da en el citosol cit osol y la cadena respiratoria se da en e n la membrana plasmática de las bacterias La otra ruta mencionada es el proceso anaeróbico llamada también catabolismo anaeróbico, que en ausencia de oxígeno transforma el ácido pirúvico en otras moléculas degradándose parcialmente, esta ruta tiene dos procesos más estudiados: el catabolismo láctico que por acción de la lactato deshidrogenasa se transforma en ácido láctico y la vía alcohólica donde el ácido pirúvico se descarboxila formando un acetaldehído y éste es reducido por acción del NADH a alcohol etílico esta respiración se presenta más en bacterias y hongos. Este último últi mo tipo de fermentación la realizan algunas especies de levaduras como la Sacc Saccha harom romyyces ces cere cerevvi sae sae que son utilizadas en la industria de la l a panificación y en la industria cervecera, estas levaduras tienen la capacidad de poder realizar los dos tipos de respiración dependiendo de la abundancia de nutrientes en el medio, cuando se encuentran en un medio rico en carbohidratos escogen la ruta anaeróbica. Este proceso consta de dos rutas:
Fermentación láctica Es cuando los microorganismos toman la glucosa presente y la convierten en ácido láctico, este proceso natural ha sido utilizado utiliza do por el hombre para conservar y producir alimentos como queso y yogurt. A pesar de los desarrollos tecnológicos que han permitido conservar los alimentos sin que pierdan o transformen sus propiedades, la fermentación láctica sigue siendo un método de gran uso en todo el mundo. Esto se debe a sus beneficios económicos y para la salud, pero, sobre todo, a la variedad de sabores que permite producir. Las bacterias que producen el ácido láctico son el Lactobacillus , L actoco actococcus ccus, L euconostoc uconostoc y Strep Streptococc coccus us therm hermo ophillus.
Estos microorganismos microorganismos responsables de la fermentación se encuentran en la leche, en productos de origen vegetal e inclusive en la tierra. El ácido láctico, que es la l a sustancia resultante de la fermentación, transforma ligeramente la composición de los productos. Estas transformaciones, bien aplicadas, ayudan a su conservación en inclusive mejoran sus propiedades nutricionales. Éste ácido tiene un sabor suave y reduce el PH de los alimentos. Esta transformación t ransformación hace que los productos se vuelvan inhabitables para algunos microorganismos que ocasionan su descomposición. Gracias a ello es posible alargar la vida de los productos sin necesidad de refrigeración o procesos químicas. La presencia del dióxido de carbono también es importante para la conservación de los alimentos. Esto es posible porque reemplaza el oxígeno y de esta manera estabiliza sustancias que ayudan en la descomposición y preserva el color de los productos.
Fermentación alcohólica: Que es el proceso en el cual los microorganismos que procesan los hidratos de carbono para obtener como producto final un alcohol en forma de etanol, dióxido de carbono (CO2) en forma de gas y unas moléculas de ATP que consumen los propios microorganismos en su metabolismo celular energético anaeróbico este proceso también es usado por los humanos para producir vinos y cervezas.
La fermentación alcohólica tiene como finalidad biológica proporcionar energía anaeróbica a los microorganismos microorganismos unicelulares (levaduras) en ausencia de oxígeno. Para ello disocian las moléculas de glucosa y obtienen la energía necesaria para sobrevivir, produciendo el alcohol y CO2 como desechos consecuencia de la fermentación. Una de las principales características de estos microorganismos es que viven en ambientes completamente carentes de oxígeno (O2), sobre todo durante la reacción química. Por eso se dice que la fermentación alcohólica es un proceso anaeróbico. Descubrimiento ancestral. En la presente práctica, utilizando un espirómetro artesanal, se observará la acción de diferentes carbohidratos como facilitadores en el proceso de respiración celular anaeróbica y la acción de una antimetabolito que interferirá en el proceso de respiración celular inhibiendo una de las etapas de la glucólisis. Para lo cual el empleo de la levadura es el tipo de experimento en el que se observa de forma más rápida la demostración de la respiración celular.
La acción del inhibidor sobre la respiración celular: La enzima enolasa cataliza la reacción que convierte el 2 fosfoglicerato (2PG) en fosfoenolpiruvato (PEP), la enolasa para reaccionar requiere de la presencia de iones de magnesio que mantiene su estructura y de iones manganeso como cofactor. En el siguiente experimento se usará el flúor para precipitar los iones magnesio y así inhibir la reacción. Esta inhibición se puede detectar como una disminución en la velocidad del proceso respiratorio, (disminución en la producción del CO2) en las células de levadura. l evadura. Debido a que los fluoruros son extremadamente venenosos para los humanos, maneje las soluciones con sumo cuidado en este ejercicio y asegúrese de lavarse las manos tan pronto como termine.
OBJETIVOS
OBJETIVOS GENERALES
Entender que es la respiración celular, su importancia y los pasos principales de la misma.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Diferenciar la respiración anaeróbica y aeróbica. Reconocer e interpretar las varianzas de la l a longitud del respirómetro en relación con las concentraciones del antimetabólico.
Identificar las consecuencias del antimetabólico NaF en relación con la producción de CO2.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
MATERIALES USADOS:
9 tubos de ensayo pequeños 9 tubos de base grandes 1L de agua destilada 3 ml de solución glucosa al 5% 3 ml de solución fructosa al 5% 3 ml de solución sacarosa al 5% 3 ml de solución almidón al 5%
3ml de NaF 0.10 molar 3ml de NaF 0.01 molar 8 pipetas de plástico 4 gradillas 4 varillas de vidrio 1 plumón marcador para vidrio 1 incubadora a 37°C 1 regla milimetrada 100 gr de levadura seca
PROCEDIMIENTO (RESPIRÓMETRO ARTESANAL): 1. Nosotros llenamos con agua uno de los pequeños tubos de ensayo (en el experimento usamos la suspensión de levaduras y las otras sustancias en lugar de agua). 2. Luego invertimos el tubo de ensayo sobre el tubo de base plana. Lo hicimos rápidamente, de tal manera que se derrame la menor cantidad posible de líquido del tubo de ensayo. ensayo. 3. Posteriormente, si hay burbuja de aire, medimos con la regla graduada en milímetros, si este contiene células de levadura respirando, el dióxido de carbono tenderá a acumularse desplazando así más líquido. Después de un rato, el volumen de la cámara de aire constituye una medida de la cantidad de respiración que haya tenido lugar.
PREPARACION DE MUESTRAS UTILIZANDO ANTIMETABOLITOS A los tubos de ensayo enumerados del 1 al 5, los llenamos de la siguiente manera: R E AC ACTI TI VO
1
2
3
4
5
Levadura
3 ml
3 ml
3 ml
3 ml
3 ml
Agua A gua desti sti lad lada
5ml
-
-
-
-
Glucosa
-
5ml
2ml
2ml
2ml
NaF NaF (0,01 (0,01 M)
-
-
3 ml
-
-
NaF NaF (0,05 (0,05 M)
-
-
-
3 ml
-
NaF NaF (0,10 (0,10 M)
-
-
-
-
3 ml
*Llenamos el tubo hasta el borde
Cada uno de nosotros invertimos cada tubo de ensayo dentro de un tubo de base plana para armar el respirómetro. re spirómetro. Luego medimos la cámara de aire formada y llevamos los respirometros a la incubadora 37°C durante una hora. Finalizado el tiempo, volvimos a medir la cámara de gas de cada tubo.
RESULTADOS
EXPERIMENTO: Preparación de muestras utilizando antimetabólicos. Después de haber realizado el procedimiento descrito y haber observado y medido las longitudes de los respirómetros en cada caso, estos fueron los resultados:
TUBO TUB O 1 TUB O 2 TUB O 3 TUB O 4 TUB O 5
LONGITUD INICIAL(mm)
LONGITUD F I NAL (mm (mm)
L. F I NAL – L. L. I NICI AL ( P r oducci ucci ón de de C O 2 ) )
9mm
9mm
9mm – 9mm 9mm = 0mm
7mm 7mm 9mm
48mm 20mm 15mm
48mm – 7mm 7mm = 41mm 20mm – 7mm 7mm = 13mm 15mm – 9mm = 6mm
8mm
12mm
12mm – 8mm 8mm = 4mm
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
EXPERIMENTO: Preparación de muestras utilizando antimetabolitos.
La levadura es un hongo unicelular. En este experimento observamos la producción de CO2 como producto metabólico de la fermentación, esto nos ayuda a entender el funcionamiento de la respiración celular en la S. cerevisiae. El CO2 evidencia la cantidad de sustrato fermentado por la levadura, que a su vez nos da información valiosa sobre el consumo que favorece el crecimiento de este organismo. En esta oportunidad hemos observado como responde la levadura l evadura en cinco diferentes muestras: 3ml H 2O + 3ml levadura (tubo 1), 3ml levadura + 5ml glucosa (tubo 2), 3ml levadura + 2ml glucosa + 3ml NaF 0.01M (tubo 3), 3ml levadura + 2ml glucosa + 3ml NaF 0.05M (tubo 4), 3ml levadura + 2ml glucosa + 3ml NaF 0.10M (tubo 5). La función del fluoruro de sodio (NaF) es inhibir la respiración celular y esto se da porque el flúor flúor precipita los iones de magnesio magnesio y manganeso lo que impide que la respiración celular, ya que el magnesio y el manganeso son necesarios para que la enolasa funcione adecuadamente, lo que implica la disminución de la producción de CO2 en la levadura. Las cinco muestras fueron sometidas a una temperatura de 37°C durante 30 minutos, esta temperatura fue escogida debido a que las enzimas e nzimas de la levadura trabajan de una manera más eficiente, ya que si hubieran estado a temperatura ambiente(22°C) el proceso de respiración celular hubiera sido mucho más lento y hubiéramos necesitado más de 30 minutos. En el tubo 1 observamos que la producción de CO 2 es mínima ya que solo se observa una longitud del respirómetro de CO 2 de 0mm y esto se debe a que el agua no contribuye con fuentes de energía para el proceso de respiración. En el tubo 2 se obtuvo la mayor producción de CO 2, la longitud del respirómetro fue de 41mm y esto se se debe a que que las levaduras las levaduras obtuvieron energía disociando las moléculas las moléculas de glucosa de glucosa y generando productos como el alcohol el alcohol y CO2. La glucosa es una de las mejores fuentes de energía para realizar la respiración celular. En el tubo 3 la producción de CO 2 fue baja. La longitud l ongitud del respirómetro fue de 13mm, aunque hubo presencia de glucosa. Lo que diferencia esta muestra del tubo 2 es que en este hay un inhibidor, que es el NaF (0.01M), y lo mismo ocurre en los tubos 4 y 5. Pero varía la concentración del NaF de menos a más, provocando así una mayor inhibición y por ende menos producción de CO 2.
En el tubo 4 la longitud del respirómetro fue de 6mm y en el tubo 5 fue de 4 mm, siendo así el quinto tubo el de menos producción de CO 2. El tubo 5, si bien es cierto que también estuvo en presencia de glucosa, pero el NaF a una concentración al 0.1 M, causó la inhibición casi completa de la respiración celular y por eso la poca producción de CO 2. Entre el tubo 2 y el tubo 5 hay una diferencia de longitud de respirómetro de 37mm y eso se debe, en el caso del tubo 1, a que no hay mejor fuente de energía que la glucosa lo que hará que la respiración celular sea eficiente y así producir más CO 2.
COCLUSIÓNES
El agua no es fuente ideal para la respiración de la levadura, lo cual implica cero producción y liberación de CO 2. La Glucosa es el sustrato ideal para que la levadura realice una eficiente respiración, y producción de CO 2. El fluoruro de sodio(NaF) a una concentración de 0,01 molar no tiene efecto suficiente en la producción de CO 2, por tanto, tampoco en relación a la longitud del respirómetro, en el caso para el tubo 3. El aumento de la concentración del inhibidor del floruro de sodio es primordial en la producción producción del CO2; a mayor concentración de fluoruro de sodio(NaF), menor producción de CO 2.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Alberts B, Bray D, Hopkins K, et al. Introducción a la Biología Celular Edición: 3ª Ed Panamericana. 2011 2. Gerald Karp. Biología celular y molecular: Conceptos y experimentos. Edición 7ª. Ed. McGraw Hill. 2014 3. Respiración celular. [online] Available at:https://mejorconsalud.com/respiración-celular/ at:https://mejorconsalud.com/respiración-celular/ [Accessed 19May 2018]. 4. Biology-pages. [online] at: https://quimica.laguia2000.com https://quimica.laguia2000.com/general/fermentacion-alcoholica /general/fermentacion-alcoholica [Accessed 19May 2018].
