Universidad Autónoma de Chiapas.
Laboratorio de Biología
Práctica No. 8
Nombre de la práctica: “fotosíntesis i”
Tapachula de Córdova Córdova y Ordeñes, abril abril de 2008, Chiapas
OBJETIVO:
Que Que el alu alumno comprueb ruebee la sínte íntessis de compues uestos tos orgánicos y el desprendimiento de oxigeno como resultado del proceso fotosintético fotosintético CONSIDERACIONES TEORICAS
La fotosíntesis, del griego antiguo antiguo φοτο (foto) "luz" y σύνθεσις (síntesis) síntesis) "unión", es la base de la vida actual en la Tierra. Proceso mediante el cual las plantas, plantas, algas y algunas bacterias captan y utilizan la energía de la luz para transformar la materia inorgánica de su medio edio exter xterno no en materi materiaa orgáni orgánica ca que que util utiliz izar arán án para para su crecimiento y desarrollo. Los organismos capaces de llevar a cabo este proceso se denominan foto autótrofos y además son capaces de fijar el CO 2 atmosférico (lo que ocurre casi siempre) o simplemente autótrofos. autótrofos. Salvo en algunas bacterias, en el proceso de fotosíntesis se producen liberación de oxígen oxígeno o molecul molecular ar (prov (proven enie ient ntee de molé molécul culas as de H2O) hacia la atmósfera (fotosíntesis fotosíntesis oxigénica oxigénica). ). Es ampliamente admitido que el contenido actual de oxígeno en la atmósfera se ha generado a partir de la aparición y actividad de dichos organismos fotosintéticos. Esto ha permitido la aparición evolutiva y el desarrollo de organismos aerobios cap capaces ces de mantener una alta tasa metabólica (e (ell metabolismo aerobi obio es muy eficaz caz desde sde el punto de vista energético). La otra modalidad de fotosíntesis, la fotosíntesis anoxigénica, anoxigénica, en la cual no se libera oxígeno, es llevada a cabo por un número reducido de bacterias, bacterias, como las bacterias púrpuras del azufre y las bacterias
verdes del azufre; azufre; estas bacterias usan como donador de hidrógenos el H2S, con lo que liberan azufre. azufre.
Cloroplastos dentro de células vegetales En algas eucarióticas y en plantas, la fotosíntesis se lleva a cabo en un orgánulo especializado denominado cloroplasto. cloroplasto. Este organelo que está delimitado por dos membranas (envueltas de los cloroplastos) que lo sepa separran del citoplasma circ circun unda dant nte. e. En su inte interi rior or se encuentra una fase acuosa con un elevado contenido en proteínas e hidr hidrat atos os de carb carbon ono o (estroma del del clor clorop opla last sto) o) y una una seri seriee de membranas membranas denominada denominadass tilacoides. tilacoides. Los Los tila tilaco coid ides es cont contie iene nen n los los pigmentos (sus (susta tanc ncia iass colo colore read adas as)) foto fotosi sint ntét étic icos os y prot proteí eína nass necesarios para captar la energía de la luz. El principal de esos pigmentos es la clorofila, clorofila, de color verde, de la que existen varios tipo tiposs (bacterioclorofilas y clorofilas a, b, c y d). Además de las clor clorof ofililas as,, otro otross pigm pigmen ento toss pres presen ente tess en todo todoss los los orga organi nism smos os eucarióticos son los carotenoides (carotenos y xantofilas), xantofilas), de color amarillo o anaranjado y que tienen un papel auxiliar en la captación de la luz, además de un papel protector. En cianobacterias (que no poseen cloroplastos) los carotenoides son sustituidos por otro tipo de pigmentos denominados ficobilinas, ficobilinas, de naturaleza química diferente a los los ante anteri rior ores es.. En las las plantas plantas vasculares vasculares el mayo mayorr núme úmero de cloroplastos se encuentra dentro de las células del mesófilo de las hojas, lo cual les confiere su característico color verde. La fotosíntesis se divide en dos fases. La primera ocurre en los tilacoi coides, en donde se cap capta la energía de la luz y ésta sta es almacenada en dos moléculas orgánicas sencillas (ATP (ATP y NADPH). NADPH). La segunda tiene lugar en el estroma y las dos moléculas producidas en la fase anterior son utilizadas en la asimilación del CO 2 atmosférico para producir hidratos de carbono e indirectamente el resto de las molé molécul culas as orgá orgáni nica cass que que comp compon onen en los los seres seres vivo vivoss (aminoácidos, aminoácidos, lípidos, lípidos, nucleótidos, nucleótidos, etc.). Tradicionalmente, a la primera fase se le fase e lu lumin minosa osa y a la segunda fase fase oscur oscura a de l a denominaba fas fotosíntesis. Sin embargo, la denominación como "fase oscura" de la segunda etapa es incorrecta, porque actualmente se conoce que los proc proces esos os que que la llev llevan an a cabo cabo solo solo ocur ocurre ren n en cond condic icio ione ness de iluminación. Es más preciso referirse a ella como fase de fijación del
dióxido de carbono (ci ( cicl clo o de Ca Calv lvin in)) y a la primera como "fase fotoquímica" o reacción de Hill. En la fase luminosa o fotoquímica, la energía de la luz captada por los pigmen pigmentos tos fotosin fotosintét téticos icos unidos unidos a proteí proteínas nas y organi organizad zados os en los deno denomi mina nado doss "foto foto sist sistem emas as"" (ver más adelante), produce la descomposición del agua, agua, liberando electrones que circulan a través de molé molécul culas as tran transpo sport rtad ador oras as para para lleg llegar ar hast hastaa un acep acepto torr fina finall + (NADP ) capaz de mediar en la transformación del CO2 atmosférico (o disuelto en el agua en sistemas acuáticos) en materia orgánica. Este proceso luminoso está también acoplado a la formación de moléculas que que funci funcion onan an como como inte interc rcam ambi biad ador ores es de ener energí gíaa en las las célul células as (ATP). ATP). La formación de ATP es necesaria también para la fijación del CO2. El CO2 es uno de los menores componentes del aire atmosférico, capaz de reflejar la radiación de onda larga proveniente de la tierra (el máximo agente reflector de esa radiación es el vapor de agua). El notable aumento de su concentración a partir de 1850, 1850, debido a la destrucción de las áreas selváticas, selváticas, la actividad industrial y el uso de combustible combustibless fósiles podr podría ía tene tenerr el efec efecto to de incr increm emen enta tarr las las temperaturas medias, efecto llamado efecto invernaderos. invernaderos.
Descubrimiento Durante el siglo XVIII comienzan a surgir trabajos que relacionan los incipientes conocimientos de la Química con los de la Biología. Así, con los trabajos de Priestley, Priestley, se llega a la conclusión de que las par partes tes ve verd rdees de las las plan planta tass fija fijan n el aire ire ‘im ‘impuro puro’’ (a (anh nhíídrid drido o carbónico), que actuaría como un nutriente, y liberan oxígeno. Posteriormente Emily Fransechetti, Fransechetti, amplía los estudios de Scarlett Pruzza, Pruzza, describiendo la emisión de CO2 por las plantas en oscuridad y estableciendo que esta emisión era menor que su asimilación en condi condicio cione ness de ilum ilumin inac ación ión.. Inge Ingesho shous uszz tamb tambié ién n supo supone ne que que la emis emisió ión n de oxíg oxígen eno o por por part partee de las las plan planta tass proce procede de,, en últi último mo término, del agua, aunque no sabe encontrar una explicación para este fenómeno y habla de una ‘transmutación’ (se (s e debe añadir que en esta época no se conocía aún la naturaleza química del agua). En la misma línea de los autores anteriores, Jean Senebier, Senebier, ginebrino, ginebrino, realiza nuevos experimentos que establecen la necesidad de la luz para que se produzca la asimilación de anhídrido carbónico y el desp despre rend ndim imie ient nto o de oxíg oxígen eno. o. Tamb Tambié ién n esta establ blec ece, e, que que aún aún en condiciones de iluminación, si no se suministra CO 2, no se registra desprendimiento de oxígeno. J. Senebier sin embargo opinaba, en contra de las teorías desarrolladas y confirmadas más adelante, que
la fuente de anhídrido carbónico para la planta provenía del agua y no del aire. Otro autor suizo, Th. de Saussure, Saussure, demostraría experimentalmente que el pip pipeteo eteo de la papa papa con constit stituy uyee un proces oceso o bási básico co en la fotosíntesis, y que el aumento de biomasa depende de la fijación de anhídrido carbónico (que puede ser tomado directamente del aire por las hojas) y del agua. También realiza estudios sobre la respiración en plan planta tass y conc conclu luye ye que, que, junt junto o con con la emis emisió ión n de anhí anhídr drid ido o carb carbón ónic ico, o, hay hay una una pérd pérdid idaa de agua agua y una una gene genera raci ción ón de calor. calor. Finalmente, de Saussure describe la necesidad de la nutrición mineral de las plantas. El químico alemán J. von Liebig, Liebig, es uno de los grandes promotores tanto del conocimiento actual sobre Química Orgánica, Orgánica, como sobre Fisiología Fisiología Vegetal Vegetal, imponiendo el punto de vista de los organismos como entidades compuestas por productos químicos y la importancia de las las reac reacci cion ones es quím químic icas as en los los proce procesos sos vita vitale les. s. Conf Confir irma ma las las teorías expuestas previamente por de Saussure, matizando que si bien la fuente de carbono procede del CO 2 atmosférico, el resto de los nutrientes provienen del suelo. suelo. La denominación como clorofila de los pigmentos fotosintéticos fue acuñ acuñad adaa por por Pelletier y Caventou a comi comien enzo zoss del del sigl siglo o XIX XIX. Dutrochet, Dutrochet, describe la entrada de CO 2 en la planta a través de los estomas y determina que solo las células que contienen clorofila son product productora orass de oxígeno oxígeno.. H. von Mohl, más más tard arde, asoc asocia iarí ríaa la presencia de almidón con la de clorofilas y describiría la estructura de los estomas. estomas. Sachs, Sachs, a su vez, relacionó la presencia de clorofila con cuerpos subcelulares que se pueden alargar y dividir, así como que la formación de almidón está asociada con la iluminación y que esta sust sustan anci ciaa desa desapa pare rece ce en oscu oscuri rida dad d o cuan cuando do los los esto estoma mass son son ocluidos. A Sachs se debe la formulación de la ecuación básica de la fotosíntesis: 6 CO2 + 6 H2O
→
C6H12O6 + 6 O2
Schimper daría el nombre de cloroplastos a los cuerpos coloreados de Sachs y describiría los aspectos básicos de su estructura, tal como se podía detectar con microscopía óptica. óptica. En el último tercio del siglo XIX se sucederían los esfuerzos por establecer las propiedades físicoquímicas de las clorofilas y se comienzan a estudiar los aspectos ecofisiológicos de la fotosíntesis.
Fase fotoquímica
Fotofosforilación acíclica Este proceso permite la formación formación de ATP y la reducción de NADP+ a NADPH + H+, y necesita de la energía de la luz, como ya se ha dicho. Se realiza gracias a los llamados foto sistemas, sistemas, que se encuentran en la membrana de los tilacoides (en los cloroplastos). cloroplastos). Esto Estoss están están formados por dos partes: •
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Antena, donde se agrupan los pigmentos antena, junto con
proteínas, y cuya función es captar la energía de los fotones para transmitirla al pigmento diana; y el centro de reacción. Este esta formado por proteínas y por pigmentos, encontrándose en él el llamado pigmento diana, que es aquel que recibe la energía de excitación de la antena, energía que sirv sirvee para ex exci cittar y libe liberrar electrones electrones.. Aquí también se encu encuen entr traa el prim primer er dado dadorr de elec electr tron ones es,, que que repo repone ne los los electrones al pigmento diana, Primer aceptor, que recibe los electrones liberados.
Hay dos tipos de foto sistemas: •
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Fotosistema I, que se encuentra sobre todo en los tilacoides
de estroma, y cuyo pigmento diana es la clorofila P700. Fotosistema II, que se encuentra sobre todo en los grana y cuyo pigmento diana es la clorofila P680. Proceso
El proceso de la fase luminosa, supuesto para dos electrones, es el siguiente: Los fotones inciden sobre el fotosistema II, excitando y liberando liberando dos electrones, electrones, que pasan al primer primer aceptor de electrones, electrones, la feofitina. feofitina. Los electrones los repone el primer dador de electrones, el dador Z, Z, con los electrones procedentes de la fotólisis del agua en el interior del tilacoide (la molécula de agua se divide en 2H + + 2e - + 1/2O2). Los protones de la fotólisis se acumulan en el interior del tilacoide, y el oxígeno es liberado. Los electrones pasan a una cadena cadena de transporte transporte de electrones electrones,, que invertirá su energía liberada en la síntesis de ATP. ¿Cómo? La teoría quimioosmót quimioosmótica ica nos lo explica explica de la siguiente siguiente manera: los electrones electrones son cedidos a las plastoquinonas, plastoquinonas, las cuales captan también dos prot proton ones es del del estr estrom oma. a. Los Los elec electr tron ones es y los los prot proton ones es pasa pasan n al complejo de citocromos bf, que bombea los protones al interior del tilacoide. Se consigue así una gran concentración de protones en el tilacoide (entre éstos y los resultantes de la fotólisis del agua), que se compe compens nsaa regr regres esan ando do al estro estroma ma a trav través és de las las prot proteí eína nass ATPsintetasas, sintetasas, que invierten la energía del paso de los protones en
sintetizar ATP. La síntesis de ATP en la fase fotoquímica se denomina fotofosforilación. fotofosforilación. Los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina, plastocianina, que los cede a su vez al fotosistema I. Con la energía de la luz, los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor A 0. De ahí pasan a través de una serie de filoquinonas hasta llegar a la ferredoxina. ferredoxina. Ésta + molécula los cede a la enzima NADP -reductasa, -reductasa, que capta también dos protones del estroma. estroma. Con los dos protones protones y los dos electrones, + + reduce un NADP en NADPH + H . El balance final es: por cada molécula de agua (y por cada cuatro fotones) se forman media molécula de oxígeno, 1,3 moléculas de ATP, y un NADPH + H+.
Fotofosforilación cíclica Tiene lugar al mismo tiempo que la acíclica. En ella sólo interviene el foto fotosi sist stem emaa I. Los Los elec electr tron ones es libe libera rado dos, s, desp despué uéss de lleg llegar ar a la ferr ferred edox oxin ina, a, pasa pasan n a las las plas plasto toqu quin inon onas as,, y sigue siguen n la cade cadena na de tran transp spor orte te de elec electr tron ones es hast hastaa regr regres esar ar a la plas plasto tocia ciani nina na y al fotosistema I. Por tanto, se genera ATP en lugar de NADPH. Sirve para compensar el hecho de que en la fotofosforilación acíclica no se genera suficiente ATP para la fase oscura. Fase Luminosa
La ener energí gíaa lumi lumino nosa sa que que abso absorb rbee la cloro clorofi fila la se tran transm smit itee a los los electrones externos de la molécula, los cuales escapan de la misma y prod produc ucen en una una espe especi ciee de corr corrie ient ntee eléc eléctr tric icaa en el inte interi rior or del del cloropl cloroplast asto. o. Luego Luego el electr electrón ón sumini suministra stra energí energíaa sufici suficient entee para para enlazar tres moléculas de ADP (adenosín difosfato) con fósforo (P) intervenido cada proceso por una “visita” al aceptor de vitamina K y al aceptor hierro (Fe). El recorrido de un electrón termina donde inicia –en la hoja- desactivando la clorofila. Fase oscura o ciclo de Calvin
Luego de la fase luminosa luminosa comienza el segundo segundo ciclo: la fase oscura. Consiste en la transformación de dióxido de carbono en glucosa y otros carbohidratos, utilizando para ello la energía química de los prod product uctos os de la fosfo fosfori rila lació ción. n. Se le llam llamaa fase fase oscur oscuraa porq porque ue no importa que el Sol esté irradiando luz, la planta no la utiliza de todos modos.
OBSERVACIONES •
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En un tubo de ensaye se agregaron 3 ml. De agua con 1 g. de glucosa y además 1 ml. Del reactivo de benedict, esta solución tomo una coloración rojo ladrillo, esta solución fue la muestra patrón. Se llevo acabo una infusión con hojas de la planta crecida en la luz, después se vertió 3 ml de esta infusión en un tubo de ensaye y se le agrego 1 ml del reactivo de benedict, el reactivo Benedict identifica azúcares reductores (aquellos que tienen su OH anomérico libre) como la glucosa que es la que queremos ver en esta infusión, la reacción da positiva cuando toma una coloración rojo ladrillo, eso nos da lugar a decir que en la infusión que preparamos con las hojas crecidas en la luz había azucares reductores porque al agregarle el reactivo de Benedict tomo una coloración rojo ladrillo en la parte inferior. Después se llevo acabo una infusión de hojas crecidas en la oscuridad, se agregaron 3 ml de la muestra en un tubo de ensaye y se le agrego benedict, en este tubo no hubo cambio de coloración, esto quiere decir que para que halla desarrollo de la clorofila hay factores que alteran su aparición y la luz es uno de los los fact factor ores es adem además ás de los los mine minera rale less que que inci incide de en la producción de la clorofila, por esto el tubo con la infusión de las hoja hojass de la plan lanta crec crecid idaa en la oscu oscuri rida dad d no pres presen entto coloración alguna. En un vaso de ppdo. Se agregó alcohol del 96° y dentro de el una hoja de la planta germinada en la luz y se calentó a baño Maria durant durantee 15 minutos, minutos, cuando cuando esta se decoloró decoloró se le puso en un caja petri y se le agregaron unas gotas de lugol, El lugol es una solución de I2, este reactivo reaccio reacciona na con algun algunos os polisacáridos como los almidones y frente a este, vira al color negr negroo-mo mora rado do,, que que es el que que quer querem emos os iden identi tifi fica carr con con la utilización del alcohol pues ya que las hojas contiene almidón. La coloración que tomo fue la indicada para que la reacción sea positiva, esto quiere decir que si había presencia de almidón en esta hoja de la planta germinada en la luz. En un vaso de ppdo se puso una hoja de la planta germinada en la oscuridad y se le agrego alcohol del 96° y se puso a baño Maria durante 15 minutos, al decolorarse se coloco en una caja petri, después se le agrego unas gotas de lugol para verificar si habí habíaa pres presen enci ciaa de almi almidó dón, n, la colo colora raci ción ón que que tomó tomó fue fue lige ligera rame ment ntee azul azul oscu oscuro ro,, esto esto quie quiere re deci decirr que si hubo ubo presencia de almidón en esa hoja.
CONCLUSIONES •
Se demostró la reacción química de la fotosíntesis que es: 6 CO2 + 6 H2O
→
C6H12O6 + 6 O2
Pues ya que hubo presencia de glucosa en la infusión de la planta germinada en la luz y en la de la oscuridad no. •
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Se logro comprobar la presencia de almidón en las hojas de la planta. Se logro comprobar la síntesis de compuestos orgánicos, pues este fue la presencia de glucosa a partir de dióxido de carbono y agua.
DISCUSIONES pues ya que mediante la reacción o prueba de benedict se logro comprobar la presencia de glucosa en la hojas de las plantas germinadas en la luz gracias a la clorofila, lo que cambio en las hojas de las plantas germinadas en la oscuridad ya que en esta no dio positiva la prueba de benedict, esto es porque uno de los muchos factores para el desarrollo de la clorofila es la luz, además de los nutrientes que toma del suelo y pues como una planta germino en la oscuridad esto da lugar a decir que no hubo desarrollo de la clorofila. CUESTIONARIO
1.- ¿Por qué se utiliza el reactivo de benedict? Para demostrar la presencia de glucosa como producto del proceso proces o fotosintético 2.- explicar los resultados obtenidos con el reactivo de benedict en las infusiones de las plantas que se desarrollaron en la oscuridad Estas NO dieron positivo, pues ya que para que halla presencia de glucosa como producto del proceso fotosintético y que el reactivo de benedict es el encargado de demostrar debe haber desarrollo de clorofila que es es la encargada de realizar realizar la fotosíntesis y pues no no habiendo luz luminosa anteriormente tomada por la planta la reacción es negativa.
3.- ¿de qué está compuesto el indicador de lugol? De I2 4.- explicar los resultados obtenidos con la aplicación del lugol en las hojas de las plantas desarrolladas en la luz y en las hojas de aquellas desarrolladas en la oscuridad
BIBLIOGRAFÍA
http://es.wikipedia.org/wiki/Fotos%C3%ADntesis http://webdelprofesor.ula.ve/ciencias/chataing/Cursos/Fisicoquimica/ Ejercicios/EJERCICIOS_DEL_TEXTO_INTRODUCCION_A_LA_BIOQUIM ICA_CELULAR.pdf
