FISICOQUÍMICA I
INFORME N° 1 APLICACIÓN DE GASES EN SISTEMAS BIOLÓGICOS INTEGRANTES:
Antezana Aponte, Mariamercedes Fernandez Futuri, Leticia Laya Osorio, Paulo
PROFESORA: Mg. Sc. Elsa Huamán Paredes HORARIO: Jueves de 11:00 am a 1:00 pm
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DISCUSIÓN: El manómetro de Warburg es utilizado frecuentemente para medir la presión de una muestra de gas, el cual consiste en un tubo en forma de U que contiene Hg (Morris, 1975). El brazo izquierdo del tubo se encuentra abierto a la atmósfera, la cual ejerce una cierta presión sobre este brazo. El otro brazo está conectado a un recipiente que contiene gas, este ejerce presión sobre el mercurio. Al principio, el mercurio se encuentra a un mismo nivel en los dos brazos del manómetro, puesto que la muestra de gas se encuentra bajo una misma presión igual a la ejercida por la atmósfera en el Hg (Canales et al , 1999). A medida que transcurre el tiempo, la producción de gas, causado por el metabolismo del carbohidrato por parte de la levadura, aumenta, en ese sentido, esta masa de CO2, genera una mayor presión que la atmosférica, generando un desplazamiento del Hg en el manómetro de Warburg. En efecto, las levaduras son los microorganismos más importantes y más ampliamente utilizados en la industria alimentaria, sin embargo la producción de determinados productos, como resultado de las distintas reacciones químicas, se diferencia desde el punto de vista industrial propio de cada uno. Es así, que al haber llevado a cabo la presente práctica en un medio ausente de O2, el microorganismo experimentó un proceso de fermentación, resultando de éste, CO2 y etanol. Sin embargo, todos los procesos industriales, salvo algunas excepciones, utilizan una misma especie de levadura, o especies similares de ésta, Saccharomyces cerevisiae (Madigan,
Martinko & Parker, 2003). La degradación del carbohidrato llevado a cabo por la levadura conlleva a un aumento en el volumen del gas y se lleva a cabo a través de una serie compleja de reacciones químicas. Estas reacciones están catalizadas por las enzimas presentes en el microorganismo (Ramalho, 1996), es así que el polisacárido es degradado o hidrolizado en moléculas más sencillas. Asimismo, el proceso fue llevado a cabo en un medio de cultivo discontinuo o también llamado sistema cerrado, en otras palabras no se añadió una mayor cantidad del medio que la inicial y por consiguiente, se espera que la concentración del nutriente disminuya y la producción de residuos aumente. Por otra parte, el grafico obtenido a partir de los resultados tomados en el laboratorio, se ajustan al modelo matemático de Michaelis -Menten, el cual proporciona una r epresentación general de la cinética del consumo del sustrato, en este caso, del consumo del azúcar. Asimismo, en el gráfico se aprecia las fases que experimenta el microorganismo durante un intervalo de tiempo dado, estas son: La fase logarítmica, estacionaria y de muerte (Prescott, Harley & Klein, 2002) . En la fase logarítmica, la levadura al encontrarse en un medio rico de nutrientes, experimenta un proceso de crecimiento y división hasta un nivel máximo posible, lo cual es limitado por la ausencia de oxígeno en el medio, lo que ocasiona que la cantidad de biomasa celular producida sea baja pero que se produzcan cantidades notables de CO2 y etanol, es así, que al existir tantos microorganismos con una velocidad de crecimiento constante, en un medio óptimo, estos comienzan a metabolizar rápidamente el azúcar, como consecuencia de ello, los niveles de
producción de CO2 son altos. Sin embargo, en la fase estacionaria, el crecimiento de la población cesa debido a la limitación de los nutrientes en el medio. En ese sentido, al existir un número de microorganismos constante, la producción de CO2 será constante. Por último, la fase de muerte se caracteriza por la disminución del número de levaduras viables, en consecuencia, el volumen de gas producido por éstas, disminuye. Es necesario mencionar, que las actividades de los microorganismos se ven muy afectadas por las condiciones químicas y físicas de su medio, siendo la temperatura, uno de los factores más importantes para realizar dichas actividades (Madigan, Martinko & Parker, 2003). Es así, que al elevar la temperatura de la levadura, las reacciones químicas y enzimáticas del ser unicelular se volvieron más rápidas y el crecimiento se aceleró. No obstante, por encima de la temperatura óptima, algunas proteínas particulares pueden sufrir daños irreversibles. En otras palabras, un aumento de temperatura supone un incremento en el crecimiento y en el metabolismo hasta un punto en que tienen lugar las reacc iones de inactivación. En nuestro caso, la temperatura a la cual se trabajo fue de 40°C, siendo para Saccharomyces cerevisiae la temperatura máxima posible. Sin embargo, se debe de tener en cuenta que durante
la fermentación se genera calor, lo cual puede intervenir en el incremento de la temperatura y de esta manera, sobrepasar a la máxima (Prescott, Harley & Klein, 2002).
SUGERENCIAS -Para posteriores prácticas referentes a este tema, se sugiere utilizar un manómetro, en el cual se pueda apreciar una escala precisa de medición, ya que de esta manera se tratará de disminuir el error experimental que se produce al medir el ascenso o descenso del menisco del fluido, con una regla poco precisa. -Nuestro grupo sugiere, trabajar a más de 40ºC en la estación de verano, ya que es dificultoso alcanzar temperaturas menores, esto es para evitar una discontinua subida-bajada de la temperatura, debido a que el método de Warburg tiene como supuesto fundamental, que el sistema presente una temperatura constante. -Para siguientes experimentos, se recomienda saber con precisión la especie de levadura, ya que cada una, presenta un nivel de temperatura óptima, en el cual se optaría por trabajar.
CONCLUSIONES -El método manométrico propuesto por Warburg aplica la ley de los gases a un volumen constante. -El volumen de gas generado por la levadura a 40ºC fue calculado satisfactoriamente mediante la ecuación de Warburg. -La constante de Warburg (K) para el manómetro resultó 0.247 en la presente práctica.
BIBLIOGRAFÍA Canales, M; Hernández, T; Meraz, S & Peñalosa, I. 1999. Fisicoquímica. Volumen 1. Unidad Nacional Autónoma de México. Madigan, M; Martinko, J & Parker, J. 2003. Brock. Biología de los microorganismos. Décima edición. Editorial Prentice Hall. Morris, J. 1975. Fisicoquímica para biólogos. Segunda edición. Editorial Reverté, S. A. España. Prescott, L; Harley, J & Klein, D. 2002. Microbiología. Quinta edición. Editorial Mc Graw Hill. España. Ramalho, R. 1996. Tratamiento de aguas residuales. Segunda edición. Editorial Reverté, S. A. España.
