Metabolismo Celular El metabolismo comprende una serie de transformaciones químicas y procesos energéticos que ocurren en el ser vivo. Para que sucedan cada una de esas transformaciones se necesitan enzimas que originen sustancias que sean a su vez productos de otras reacciones. El conjunto de reacciones químicas y enzimáticas se denomina ruta o vía metabólica. El metabolismo se divide en: El catabolismo es el metabolismo de degradación de sustancias con liberación de energía. El anabolismo es el metabolismo de construcción de sustancias complejas con necesidad de energía en el proceso. Entre los dos procesos fundamentales de los seres vivos son: La fotosíntesis consiste en una serie de reacciones muy complejas. Sin embargo, podemos decir que mediante este proceso las plantas verdes combinan el agua que absorben del suelo y el dióxido de carbono del aire, utilizando para ello la luz solar que es captada por la clorofila y otros pigmentos. (Tamayo, 1992). Capturan energía en forma de luz y la transforman en energía química. La fotosíntesis se realiza en dos etapas: una serie de reacciones que dependen de la luz y son independientes de la temperatura, y otra serie que dependen de la temperatura y son independientes de la luz. La respiración celular es una serie de reacciones mediante las cuales la célula degrada moléculas orgánicas y produce energía. Todas las células vivas llevan a cabo respiración celular para obtener la energía necesaria para sus funciones. Usualmente se usa glucosa como materia prima, la cual se metaboliza a bióxido de carbono y agua, produciéndose energía que se almacena como ATP. La respiración celular se divide en pasos y sigue distintas rutas en presencia o ausencia de oxígeno. La respiración celular aeróbica es el conjunto de reacciones en las cuales el ácido pirúvico producido por la glucólisis se transforma en CO 2 y H2O, y en el proceso, se producen 36 moléculas de ATP. En las células eucariotas este proceso ocurre en el mitocondria en dos etapas llamadas el Ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones. La respiración celular anaeróbica ocurre en ausencia de oxígeno. Este mecanismo no es tan eficiente como la respiración aeróbica, ya que sólo produce 2 moléculas de ATP, pero al menos permite obtener alguna energía a partir del pirúvico que se produjo en la glucólisis. En esta experiencia queremos comprender la importancia del d el metabolismo celular en la vida de los organismos vivos, también identificar los pigmentos fotosintético y los componentes que intervienen en la fotosíntesis, además diferenciar entre la respiración aeróbica y anaeróbica y por ultimo comprobar la producción de CO 2.
Materiales y Reactivos:
Materiales Levadura Frijoles Remojado Grillos Hojas de espinacas frescas Azúcar de mesa Levadura granular Carrizo plástico flexible Frasco vacío de aceituna Plancha caliente Papel parafilm Papel de cromatografía Lámpara Hidrylla sp Frascos Erlemeyer Mortero Tubos de ensayo Vasos químico de 250 ml Plato Petri Carbonato de Sodio 10 gr. Pipeta Pasteur Pipeta serológica de 5 y 10 ml Dispensador de pipeta
Reactivos Alcohol comercial Solución de Ba(OH)2 Lugol Acetona Éter de Petróleo Agua destilada 1L
Resultados: A. Fotosíntesis Separación Pigmentos Fotosintéticos Interrogantes
¿Qué colores se observan
Observaciones
Amarillo xantofilas Verde olivo clorofila a Verde azulado clorofila b ¿En qué orden aparecen los Verde azulado, verde olivo, amarillo. pigmentos fotosintéticos? Clorofila a y b y xantofilas ¿Qué pigmentos tuvo mayor afinidad El pigmento que tuvo mayor afinidad con el solvente? es el Beta carotenos
Figura 1. Técnica de cromatografía
Producción y Uso de gases en la fotosíntesis
Figura 2. Producción de gas Interrogantes ¿Qué gas se produce? ¿Cuál se utiliza?
Observaciones Se produce O2 Se utiliza CO2
Producción de almidón
¿Qué compuesto orgánico identifica? El compuesto orgánico que se pudo identificar fue el almidón. ¿En cuál tratamiento se encuentra? Se encuentra en la hoja que estuvo expuesta a la luz. Respiración celular
Anaeróbica
Prepare una solución saturada de sacarosa con agua tibia, añada la levadura y agite. Espere unos minutos y observe. ¿Qué ocurre? La levadura comienza a fermentar el azúcar y crece. ¿Hay cambios en la temperatura? Si, se puso caliente. Coloque en un tubo de ensayo parte de la solución de sacarosa y levadura, inserte un c arrizo flexible ( la parte más corta) dentro del tubo sin tocar la solución, tape totalmente la boca del tubo con papel parafina. En otro tubo de ensayo coloque solución de Ba(OH) 2 e introduzca totalmente el extremo largo del carrizo en la solución y tape herméticamente con papel parafina. ¿Hay formación de precipitado? Si. ¿De qué color es el precipitado? Blanco. ¿Qué indica esto? Producción de CO2. ¿De qué está formado el precipitado? De carbonato de Bario (BaCO3).
Aeróbica
Coloque las semillas de frijol en un tubo de ensayo, introduzca el extremo corto del carrizo en este tubo y tape herméticamente con papel de parafina. En otro tubo de ensayo coloque solución de Ba(OH) 2 e introduzca totalmente el extremo largo del carrizo dentro de la solución y tape herméticamente con papel de parafina. Observe y anote resultados. Se forma un precipitado que es BaCO 3 y también se forma H2O
En un tubo de ensayo con agua coloque fenolftaleína y con la ayuda de una pajilla o carrizo burbujee dentro de este. Observe y anote los resultados. Se burbujeo dentro del tubo de ensayo con un carrizo y la solución de agua con fenolftaleína se mantuvo incolora. Esto es porque la fenolftaleína se mantiene incolora en medio ácido, solo cambia a color rosa en medio básico.
Discusión Pigmentos de las plantas: Los cloroplastos poseen una mezcla de pigmentos con diferentes colores: clorofila-a (verde intenso), clorofila-b(verde), carotenos (amarillo claro) y xantofilas (amarillo anaranjado) en diferentes proporciones. Todas estas sustancias presentan un grado diferente de solubilidad en disolventes apolares, lo que permite su separación cuando una solución de las mismas desciende por a través de una columna de cromatografía verticalmente sobre una película de un disolvente orgánico, ya que las más solubles se desplazarán a mayor velocidad, pues acompañarán fácilmente al disolvente a medida que éste desciende. Las menos solubles avanzarán menos en la columna. Aparecerán, por tanto, varias bandas de diferentes colores que estarán más o menos alejados de la disolución alcohólica según la mayor o menor solubilidad de los pigmentos. Estas bandas poseerán diferente grosor, dependiendo de la abundancia del pigmento en la disolución Los pigmentos que se encuentran en las plantas absorben diferentes porciones de la luz visible: Clorofila a = pigmento principal Clorofila b = pigmentos secundarios (transfieren la energía) Carotenos = absorben a la clorofila a para ser usada Xantofilas = en la fotosíntesis) Mientras mayor afinidad tenga el pigmento con el solvente, mayor y más rápido será su movimiento y mayor será la distancia recorrida en el papel. Bandas observadas en el papel de cromatografía: Beta carotenos – anaranjados; Xantofilas – amarillas (múltiples); clorofila a – verde azul; clorofila b – verde oliva. Cromatografía: Procesos que consiste en la separación de compuestos químicos por su afinidad a un solvente en particular. Entre las aplicaciones más interesantes de la absorción se cuentan, sin duda alguna, las que derivan del uso de la cromatografía, que han alcanzado en la actualidad gran importancia en muchas ciencias. (Sierra, 1945) La técnica de cromatografía funciona en la separación de los pigmentos porque ciertos pigmentos tienen más dificultades a ser movido a lo largo de la cromatografía en papel por los solventes que otros. Cuando un pigmento se compone de moléculas más grandes, no reaccionará con el solvente tanto como para mover el papel, resultando en que aparece más abajo en el papel que otros pigmentos con moléculas más pequeñas. Cuando Observamos la aparición de bolitas de aire en el tubo de ensayo. Esto denota el desprendimiento de oxígeno que se forma como producto de la fotosíntesis.
El dióxido de carbono (CO 2) es necesario para la fotosíntesis. Él se encuentra tanto en el aire como disuelto en el agua. El bicarbonato de sodio al disolverse en el agua produce más CO2. El bicarbonato de sodio contribuyo al proceso de fotosíntesis debido que el Ion de bicarbonato se forma en agua a partir de la disociación del ácido carbónico. A su vez el ácido carbónico aparece en agua como resultado de la reacción de esta con el dióxido de carbono, proveniente de atmosfera. Así pues, tenemos la relación entre la fotosíntesis y bicarbonato - fotosíntesis comienza con el CO 2 y la formación de bicarbonato es una etapa inicial intermediaria indispensable en la asimilación del CO2. Eso significa, que la adición artificial de bicarbonato al medio donde ocurre la fotosíntesis podría estimularlo. Se pudo reconocer cuál de las 2 hojas contenía almidón mediante la prueba de Lugol al agregar este indicador a las 2 hojas después de 5 minutos se observó que la que estaba expuesta a la luz se tiño de un color morado típico de un polisacárido en este caso el almidón. En la fotosíntesis, las plantas producen glúcidos, además de oxígeno. El almidón es un glúcido. El almidón en presencia de Lugol toma una coloración azul negruzca; sin embargo, este color no se ve fácilmente si hay clorofila presente. La respiración celular es el conjunto de reacciones bioquímicas por las cuales determinados compuestos orgánicos son degradados completamente, por oxidación, hasta convertirse en sustancias inorgánicas, proceso que rinde energía (en forma de ATP) aprovechable por la célula. La respiración anaeróbica se da en ausencia de oxigeno, interviene una cadena transportadora de electrones involucrada en el proceso de oxidación. Al momento de añadir el azúcar a la sacarosa, inmediatamente comenzó la fermentación y se vio claramente como la levadura se alimentaba del azúcar para crecer, el vaso quimico se puso caliente debido a que este es un proceso exotérmico. Cuando esta misma solución de sacarosa con levadura se puso en un tubo de ensayo, conectado por un carrizo a otro tubo de ensayo con Hidroxido de Bario, se formo un precipitado en las paredes del tubo de ensayo. Este precipitado es el Carbonato de Bario y esta sería la ecuación de la reacción: Ba(OH)2 + CO2 = BaCO3 + H2O. Con las semillas de frijol se observo el mismo fenómeno, al cabo de unos días se formo el precipitado en las paredes del tubo de ensayo, indicando la presencia del BaCO 3. Al burbujear el tubo de en sayo que contenia una solución de fenolftaleína con agua se observó que se mantuvo incolora debido a que la fenolftaleína es incolora en pH acido. Luego la profesora le agrego Ba(OH) 2 y la solución cambió drásticamente a color fucsia. La ecuación general de la respiración aeróbica es la siguiente:
Conclusión
Las hojas expuestas a la luz realizan fotosíntesis, por ello; encontramos almidón en ella. Durante el proceso de fotosíntesis se forman compuestos que tienen mucha energía, mientras que en la respiración celular se desdobla glucosa para desprender energía. Los cloroplastos poseen una mezcla de pigmentos con diferentes colores: clorofilaa (verde intenso), clorofila-b (verde), carotenos (amarillo claro) y xantofilas (amarillo anaranjado).
El dióxido de carbono (CO 2) es necesario para la fotosíntesis. Él se encuentra tanto en el aire como disuelto en el agua. La respiración anaeróbica es un proceso biológico de óxido reducción de azúcares y otros compuestos en el que el aceptor terminal de electrones es una molécula, en general inorgánico, distinto del O2. La respiración aeróbica es un tipo de metabolismo energético en el que los seres vivos extraen energía de moléculas orgánicas, como la glucosa.
Citas Bibliográfica Consultado: 07 de octubre de 2013 Tema: proceso de fotosíntesis Dirección: http://www.cienciaenlaescuela.acfiman.org/cienciaparanosotros/fasciculo25.pdf Consultado: 06 de octubre de 2013 Tema: El método cromatográfico Dirección: http://digitum.um.es/jspui/handle/10201/6341 Bibliografía: 6 de Octubre de 2013 Tema:Respiración http://www.investiciencias.com/index.php/articulos/respiracion/respiracion
Otras páginas consultadas: http://academic.uprm.edu/~jvelezg/lab8.pdf
http://www.escolessas.com/escolessas/laie/racoestudiant/apunts/biologia/metab olismo.pdf http://www.slideshare.net/puasd/extraccion-yseparaciondepigmentosvegetales Anexos Cuestionario
1. Defina reacción endergónica, reacción exergónica, organismo autótrofo, organismo heterótrofo: reacción endergónica: es una reacción química en donde el incremento de energía libre es positivo. reacción exergónica: es una reacción química donde la variación de la energía libre de Gibbs es negativa. Esto nos indica la dirección que la reacción seguirá. organismo autótrofo: es la calificación que recibe un ser vivo que puede crear materia orgánica propia a través de elementos inorgánicos. organismo heterótrofo: ser vivo que no puede tomar una sustancia inorgánica y crear materia orgánica para sí mismo, lo que lo obliga a alimentarse de otros seres vivientes. 2. escriba la formula balaceada de la fotosíntesis: 6 CO2 + 6 H 2 O---------> C6 H12 O6+ 6 O2 3. Mencione los factores que deben estar presentes para que se realice la fotosíntesis:
1) La luz.- las plantas realizan la fotosíntesis en relación a la cantidad de luz que reciben. 2) La temperatura.- La temperatura debe oscilar entre los 10º y 35º C. de lo contario, las enzimas se podrían destruir. 3) Pigmentos fotosintéticos: la clorofila es la molécula que permite la captación de energía luminosa en el proceso de fotosíntesis. 4) Dióxido de carbono: La fotosíntesis crece al aumentar la cantidad de CO2, hasta llegar a un límite a partir del cual el rendimiento se
estabiliza. 5) Agua: Si es escasa, los estomas de cierran e impiden el intercambio de gases entre las hojas y la atmósfera. 6) Minerales: La carencia de Calcio, Nitrógeno y Magnesio afecta al desarrollo de las plantas. 4. ¿Cuál es la diferencia entre respiración externa o mecánica y la respiración interna o celular? R) La diferencia entre la respiración externa e interna, es que, la externa es intercambio de gases entre los pulmones y la sangre, mientras que la interna es entre la sangre y las células. 5. 5. ¿Mencione las diferencias entre respiración anaeróbica y aeróbica? R) Respiración celular: se divide en aeróbica y anaeróbica, la primera es un proceso por el cual las células aeróbicas obtienen energía a partir de la oxidación de los carbohidratos (azúcares), este proceso hace uso de oxígeno. y la anaeróbica es un proceso por el cual las células anaeróbicas realizan su degradación en ausencia de oxígeno de la molécula de glucosa, produciendo una oxidación incompleta de la glucosa. He escuchado que cuando haces ejercicio en el gimnasio con pesas, haces ejercicio "anaeróbico" y que cuando corres o nadas haces ejercicio "aeróbico", ¿cuál es la diferencia? Anaeróbica: no utiliza el oxígeno para obtener energía, sino que depende del glucógeno que tengas en el musculo; es por esto que después de un par de semanas y entrenando demasiado el musculo se ve plano, ya que las reservas de glucógeno se ven disminuidas. Aeróbica: utiliza el oxígeno con agente reductor, en este caso de las grasas.
