jueves, 13 de mayo de 2010
Conceptos claves para reproducción celular
Alelo, Anafase, Autosoma, Cariotipo, Centriolo, Centromero, Ciclo celular, Cinetocoro, Citocinesis, Clon, Clonación, Cromátida, Cromosoma, Cromosoma duplicado, Cromosoma sexual, Diferenciación, Diploide, División celular, Entrecruzamiento, Fisión binaria, Gameto, Haploide, Homologo, Interfase, Locus, Meiosis, Metafase, Microtúbulo, Mitosis, Placa celular, Profase, Recombinación, Reproducción asexual, Reproducción sexual, Telofase, Telómero
Laboratorio Nº 4 "Ciclo celular y Mitosis"
Introducción El ciclo celular es el período comprendido entre la formación de una célula, por división de otra precedente, y el momento en que ella misma se divide para originar dos células hijas. El ciclo celular se puede dividir en dos grandes períodos: interfase y mitosis,
cada uno de los cuales se subdivide en varias fases o etapas. La interfase se encuentra subdividida en 3 etapas:
a) Período G1. Comienza la síntesis de RNA y proteínas.
b) Período S donde ocurre la duplicación del ADN.
c) Período G2, fase postsintética que va desde el final de S hasta el comienzo de la mitosis.
Mitosis. Es la división nuclear asociada con la división de las células somáticas. Cada mitosis única está asociada con una única división celular que produce dos células hijas genética y cromosómicamente idénticas. El ciclo puede ser dividido en varios períodos: M, S, G1, G2 y G0.
Mitosis (M), es generalmente el período más corto del ciclo, que ocupa aproximadamente entre el 5 a 10 % del tiempo total de ciclo. La síntesis del DNA ocurre en S. G1 y G2 son períodos intermedios entre S y M. Juntos G1, S y G2 constituyen la interfase, el período entre dos mitosis consecutivas. Los cromosomas no son observables en la interfase. La etapa G0 es una salida del ciclo celular.
La ganancia neta de la Mitosis es que se hace una copia de cada cromosoma presente en el núcleo y esta estructura doble luego se rompe para dar origen a dos cromosomas hijos, cada uno destinado a diferentes núcleos hijos. Para su estudio se ha dividido la mitosis en cuatro etapas:
i) Profase: Se prduce la condensación de la cromatina, haciéndose visibles los cromosomas con una apariencia doble, cada cromosoma está compuesto de dos mitades longitudinales llamadas cromátidas hermanas, que se juntan en la región denominada centrómero. El nucleolo desaparece, la membrana nuclear se desorganiza y el nucleoplasma y el citoplasma se unen.
ii) Metafase: El huso mitótico se hace prominente. Este consiste en una serie de fibras microtubulares paralelas. Los cromosomas se mueven al plano ecuatorial de la célula y cada uno queda unido a las fibras del huso por su centrómero.
iii) Anafase: Comienza cuando las cromátidas hermanas se separan, cada una moviéndose a polos opuestos. La separación comienza por el centrómero, que también se divide cuando cada cromátida se mueve.
iv) Telofase: La membrana nuclear se vuelve a organizar alrededor de cada núcleo hijo, los cromosomas se desenrollan y el nucleolo reaparece. El huso desaparece y la membrana celular se estrangula en la parte media del huso (citodiéresis), originando dos células idénticas.
Objetivos de la practica: Reconocimiento de las distintas etapas de la mitosis.
Actividades
1.- Etapas de la Mitosis
Se le entregaran fotocopias de las etapas de la mitosis, ordénelas secuencialmente y señale los eventos más importantes de cada etapa.
2.- Estudio de la mitosis en células de la raíz de cebolla.
a.- Llenar un vaso de precipitados con agua y colocar un
bulbo de cebolla sujeto con dos o tres palillos de manera
que la parte inferior quede inmersa en el agua. Al cabo
de 3-4 días aparecerán numerosas raicillas encrecimiento de unos 3 o 4 cm. de longitud.
b. - Cortar con las tijeras unos 2-3 mm del extremo de las raicillas y depositarlo en un vidrio de reloj en el que se han vertido 2-3 ml de orceína A.
c. - Calentar suavemente el vidrio de reloj a la llama del mechero durante unos 8 minutos, evitando la ebullición, hasta la emisión de vapores tenues.
d. - Con las pinzas tomar uno de los ápices o extremos de las raicillas y colocarla sobre un portaobjetos, añadir una gota de orceína B y dejar actuar durante 1 min.
e. Colocar el cubreobjetos con mucho cuidado sobre la raíz. Con el mango de una aguja enmangada dar unos golpecitos sobre el cubre sin romperlo de modo que la raíz quede extendida.
f. - Sobre la preparación colocar unas tiras de papel de filtro, 5 o 6. Poner el dedo pulgar sobre el papel de filtro en la zona del cubreobjetos y hacer una suave presión, evitando que el cubre resbale. Si la preparación está bien asentada no hay peligro de rotura por mucha presión que se realice.
g- Observar al microscopio.
La orceína A reblandece las membranas celulares y la B completa el proceso de tinción.
Con la presión sobre el porta de la preparación se logra una extensión y difusión de las células del meristemo de la cebolla. La preparación presenta el aspecto de una dispersión de células por todo el campo que abarca el microscopio. Se observan células en diversas fases o estados de división celular. Se ven los cromosomas teñidos de morado por la orceína. El aspecto reticulado, así como el mayor tamaño de algunos núcleos, corresponde a las células que se encontraban en los procesos iníciales de la división mitótica.
Describe las fases de la mitosis que has observado y su significado.
¿Por qué los cromosomas se tiñen de morado?
3.- Para completar el punto anterior observe al microscopio con el objetivo de inmersión una preparación de raíz de cebolla teñida con Hematoxilina férrica. Identifique y dibuje algunas etapas de la Mitosis.
¿Cuál es el principal objetivo de la Mitosis?
¿Cómo distinguiría en sus preparaciones una célula interfásica?
cada uno de los cuales se subdivide en varias fases o etapas. La interfase se encuentra subdividida en 3 etapas:
a) Período G1. Comienza la síntesis de RNA y proteínas.
b) Período S donde ocurre la duplicación del ADN.
c) Período G2, fase postsintética que va desde el final de S hasta el comienzo de la mitosis.
Mitosis. Es la división nuclear asociada con la división de las células somáticas. Cada mitosis única está asociada con una única división celular que produce dos células hijas genética y cromosómicamente idénticas. El ciclo puede ser dividido en varios períodos: M, S, G1, G2 y G0.
Mitosis (M), es generalmente el período más corto del ciclo, que ocupa aproximadamente entre el 5 a 10 % del tiempo total de ciclo. La síntesis del DNA ocurre en S. G1 y G2 son períodos intermedios entre S y M. Juntos G1, S y G2 constituyen la interfase, el período entre dos mitosis consecutivas. Los cromosomas no son observables en la interfase. La etapa G0 es una salida del ciclo celular.
La ganancia neta de la Mitosis es que se hace una copia de cada cromosoma presente en el núcleo y esta estructura doble luego se rompe para dar origen a dos cromosomas hijos, cada uno destinado a diferentes núcleos hijos. Para su estudio se ha dividido la mitosis en cuatro etapas:
i) Profase: Se prduce la condensación de la cromatina, haciéndose visibles los cromosomas con una apariencia doble, cada cromosoma está compuesto de dos mitades longitudinales llamadas cromátidas hermanas, que se juntan en la región denominada centrómero. El nucleolo desaparece, la membrana nuclear se desorganiza y el nucleoplasma y el citoplasma se unen.
ii) Metafase: El huso mitótico se hace prominente. Este consiste en una serie de fibras microtubulares paralelas. Los cromosomas se mueven al plano ecuatorial de la célula y cada uno queda unido a las fibras del huso por su centrómero.
iii) Anafase: Comienza cuando las cromátidas hermanas se separan, cada una moviéndose a polos opuestos. La separación comienza por el centrómero, que también se divide cuando cada cromátida se mueve.
iv) Telofase: La membrana nuclear se vuelve a organizar alrededor de cada núcleo hijo, los cromosomas se desenrollan y el nucleolo reaparece. El huso desaparece y la membrana celular se estrangula en la parte media del huso (citodiéresis), originando dos células idénticas.
Objetivos de la practica: Reconocimiento de las distintas etapas de la mitosis.
Actividades
1.- Etapas de la Mitosis
Se le entregaran fotocopias de las etapas de la mitosis, ordénelas secuencialmente y señale los eventos más importantes de cada etapa.
2.- Estudio de la mitosis en células de la raíz de cebolla.
a.- Llenar un vaso de precipitados con agua y colocar un
bulbo de cebolla sujeto con dos o tres palillos de manera
que la parte inferior quede inmersa en el agua. Al cabo
de 3-4 días aparecerán numerosas raicillas encrecimiento de unos 3 o 4 cm. de longitud.
b. - Cortar con las tijeras unos 2-3 mm del extremo de las raicillas y depositarlo en un vidrio de reloj en el que se han vertido 2-3 ml de orceína A.
c. - Calentar suavemente el vidrio de reloj a la llama del mechero durante unos 8 minutos, evitando la ebullición, hasta la emisión de vapores tenues.
d. - Con las pinzas tomar uno de los ápices o extremos de las raicillas y colocarla sobre un portaobjetos, añadir una gota de orceína B y dejar actuar durante 1 min.
e. Colocar el cubreobjetos con mucho cuidado sobre la raíz. Con el mango de una aguja enmangada dar unos golpecitos sobre el cubre sin romperlo de modo que la raíz quede extendida.
f. - Sobre la preparación colocar unas tiras de papel de filtro, 5 o 6. Poner el dedo pulgar sobre el papel de filtro en la zona del cubreobjetos y hacer una suave presión, evitando que el cubre resbale. Si la preparación está bien asentada no hay peligro de rotura por mucha presión que se realice.
g- Observar al microscopio.
La orceína A reblandece las membranas celulares y la B completa el proceso de tinción.
Con la presión sobre el porta de la preparación se logra una extensión y difusión de las células del meristemo de la cebolla. La preparación presenta el aspecto de una dispersión de células por todo el campo que abarca el microscopio. Se observan células en diversas fases o estados de división celular. Se ven los cromosomas teñidos de morado por la orceína. El aspecto reticulado, así como el mayor tamaño de algunos núcleos, corresponde a las células que se encontraban en los procesos iníciales de la división mitótica.
Describe las fases de la mitosis que has observado y su significado.
¿Por qué los cromosomas se tiñen de morado?
3.- Para completar el punto anterior observe al microscopio con el objetivo de inmersión una preparación de raíz de cebolla teñida con Hematoxilina férrica. Identifique y dibuje algunas etapas de la Mitosis.
¿Cuál es el principal objetivo de la Mitosis?
¿Cómo distinguiría en sus preparaciones una célula interfásica?
Practica Nº 3 "Bioenergía"
Objetivos
- Diferenciar respiración anaeróbica de aeróbica.
- Definir y comprender la fermentación, conocer sus materiales de partida y sus productos finales.
- Estudiar la tasa de fermentación en células de levadura midiendo la producción de CO2.
- Definir y comprender el proceso de fotosíntesis, señalar los componentes requeridos y sus productos finales.
- Estudiar la tasa fotosintética en plantas de Elodea midiendo la producción de O2.
A) Experimento “Levaduras y fermentación”
Introducción Los heterótrofos obtienen energía oxidando moléculas orgánicas y acoplando las reacciones de oxidación a la síntesis de ATP. El ATP es entonces usado para realizar reacciones metabólicas necesarias para mantener la integridad física del organismo y sustentar todas sus otras actividades.
Algunos organismos son capaces de existir en ausencia de oxígeno molecular y pueden ser perjudicados por la presencia de este elemento.
La respiración anaeróbica, en ausencia de oxígeno es llamada fermentación. Comienza con una sustancia rica en energía como la glucosa, utiliza las enzimas de la glicólisis y finalmente produce etanol y anhídrido carbónico o una mezcla de ácidos orgánicos y otros compuestos. Hay una ganancia neta de solamente dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa oxidada en la fermentación.
La mayoría de los organismos usan oxígeno molecular en el proceso de respiración celular. El ácido pirúvico producido por las reacciones de la glicólisis, entra a otro conjunto de reacciones, el ciclo de los ácidos tricarboxílicos (ciclo TCA, o ciclo de Krebs) en el cual el esqueleto de carbono es completamente oxidado a CO2. El ácido pirúvico también pierde una molécula de CO2 cuando entra a este ciclo. Los transportadores de hidrógeno NAD+ y FAD+, son reducidos por las reacciones de la glicólisis y el ciclo TCA. NADH y FADH2 transfieren luego sus átomos de hidrógeno a un tercer conjunto de enzimas llamadas cadena transportadora de electrones. El flujo de electrones a través de este sistema está acoplado a la síntesis de ATP. La última enzima en la cadena, la citocromo oxidasa que reacciona directamente con oxígeno molecular para producir agua. Este paso es el punto donde el oxígeno que el organismo incorpora es usado y donde se produce agua metabólica. El propósito de oxígeno es volver la citocromo oxidasa a una forma oxidada de modo que pueda coger más electrones desde sus vecinos transportadores de electrones.
La respiración aeróbica de una molécula de glucosa puede dar una producción neta de 38 moléculas de ATP.
Las levaduras son hongos eucarióticos comercialmente muy importantes. Ellas son necesarias para la producción de cerveza, vino, pan y productos químicos industriales.
En este experimento se estudiará la producción de CO2 durante la fermentación de varios carbohidratos por células de levadura.
Actividades
1.- Fermentación de levadura
Experimento 1: debe disponer de una gradilla, una pipeta con agua destilada, tres tubos de ensayo, tres pipetas graduadas de 2 ml, tres pipetas Pasteur con bulbo y trozos de parafilm.
Marque los tubos 1, 2, 3. Llénelos del siguiente modo:
Tubo 1 = 1 ml de sacarosa (2% p/v)+ 1 ml de suspensión de levadura.
Tubo 2 = 1 ml de galactosa (2% p/v)+ 1 ml de suspensión de levadura.
Tubo 3 = 1 ml de agua + 1 ml de suspensión de levadura.
Mezcle las soluciones.
Selle el extremo inferior de una pipeta graduada con parafilm. Usando la pipeta Pasteur llene completamente la pipeta graduada con la solución del tubo 1 por el extremo superior. Coloque sobre el extremo sin sellar de la pipeta graduada el tubo 1 invertido. Invierta luego todo el sistema cuidadosamente manteniendo juntos el tubo de ensayo y la pipeta.
Repita el procedimiento con los tubos 2 y 3
El gas producido se acumulará en el extremo cerrado de la pipeta graduada. Registre el nivel del gas en las pipetas cada un minuto por alrededor de 20 min. Anote los datos en una la tabla.
¿El tipo de carbohidrato fermentado afecta la tasa formación de gas?
¿Que tipo de carbohidrato sustentó la tasa más rápida de fermentación?
¿Qué molécula es desdoblada en la reacción que produce el CO2?
¿Por qué es ventajoso para un organismo realizar fermentación?
Cuando el carbohidrato es fermentado por la levadura, sólo un tercio de los carbonos son liberados en forma de CO2. El resto del carbono es liberado como moléculas de.............................
Experimento 2: 1.- Obtenga 3 frascos de penicilina, 3 tubos de ensayo pequeños. Marque los tubos A, B, C y marque su volumen subdividiéndolo en tercios. Llene los tubos como sigue:
Tubo A = 1/3 volumen de levadura + 2/3 volumen de agua destilada
Tubo B = 1/3 volumen de levadura + 1/3 volumen glucosa (2% p/v)+ 1/3 volumen de agua
Tubo C = 1/3 volumen de levadura + 1/3 volumen de glucosa (2% p/v)+ 1/3 fluoruro de
sodio (NaF 0,01M)
Tape cada tubo con un frasco de penicilina e inviértalos lentamente de manera tal
que en el fondo del tubo quede una pequeña burbuja. Coloque los tubos cuidadosamente
en un recipiente con agua tibia (37ºC) y observe en diferentes momentos, si se producen
cambios en el tamaño de las burbujas.
¿Cuál es el efecto del fluoruro de sodio en el tubo C?
¿En que compartimento celular ocurre la glicólisis anaeróbica?
¿Cómo se regula la glicólisis?
Describa la participación de la insulina y el glucagón en la glicólisis.
Explique ¿Por qué la glicólisis es una vía metabólica esencialmente catabólica?
¿Cómo se relaciona la glicólisis con el ciclo de Krebs?
B) FOTOSÍNTESIS
Introducción La fotosíntesis es un proceso complejo por el cual las plantas capturan la energía luminosa del sol y la transforman en energía química. Es el mecanismo a través del cual ingresa toda la energía requerida en los sistemas vivos del planeta. El proceso fotosintético se representa con la siguiente ecuación química:
Las características del H2O y del CO2, como materia prima de esta reacción, son de particular importancia en el proceso fotosintético. Ambos compuestos abundan en la naturaleza y están presentes, en grandes cantidades, en la mayoría de los hábitats. Las plantas pueden obtenerlas sin gasto de energía, pues dichas substancias se difunden hacia ellas desde el aire y el suelo. Además de la energía luminosa, requiere agua, anhídrido carbónico y pigmento clorofílico.
Pigmentos fotosintéticos: se llama pigmento a cualquier sustancia capaz de absorber luz visible. La clorofila absorbe la luz y altera su estado energético, empujando uno o más electrones a niveles de mayor energía. Esta energía, en la fotosíntesis, es capturada para la formación de compuestos químicos. La clorofila absorbe del espectro visible de luz los colores violeta, azul y rojo, reflejando el verde, que es el color que presenta ante nuestros ojos.
La fotosíntesis se realiza en órganos y tejidos específicos, particularmente en células que tienen cloroplastos. Los principales órganos fotosintetizadores son las hojas y en segundo lugar, los tallos verdes. Tronco y raíces participan captando el agua y transportándola a las hojas. La hoja es el principal órgano fotosintetizador de la planta; su función es captar la energía luminosa y permitir el intercambio entre el medio externo e interno. Esta función es realizada por el limbo de la hoja, es decir, su parte ancha y aplanada. Si se hace un corte transversal en la lámina de la hoja se observan:
1.Órganos y tejidos fotosintéticos
a) La epidermis que es el tejido externo, formada por células sin cloroplastos que recubren la lámina de la hoja. Por fuera está cubierta por una secreción cerosa denominada cutícula, que reduce la pérdida de agua. Recuerda que aquí se encuentran los estomas, sobre todo en el envés de la hoja.
b) El mesófilo, que está formado por células con numerosos cloroplastos que lo hace ser el tejido fotosintético por excelencia. Se organiza en dos conjuntos de células:
- El parenquima de empalizada, con células expuestas a la luz.
-El parenquima esponjoso, con células que dejan espacios entre ellas favoreciendo la difusion del CO2 y O2.
c) El tejido conductor compuesto de xilema y floema que se distribuye en haces vasculares entre las células del mesófilo y se reconocen como la nervadura de la hoja.
2.- Células fotosintéticas y cloroplastos:
El cloroplasto es el lugar específico donde se lleva a cabo la fotosíntesis. En su estructura se distinguen dos membranas, una interna y otra externa, que delimitan un espacio semilíquido llamado estroma. Dentro del estroma se encuentran unos sacos membranosos interconectados en forma de disco que reciben el nombre de
tilacoides. Los tilacoides están apilados en estructuras llamadas granas.
Los cloroplastos contienen pigmentos en sus tilacoiodes como la clorofila y otros carotenoides. La clorofila es el pigmento de la fotosíntesis , responsable del color verde de las plantas . Los carotenoides (rojo, amarillo y anaranjado) son pigmentos auxiliares.
3 Etapas del proceso fotosintético.
El proceso fotosintético se realiza en la membrana interna de los cloroplastos y, específicamente, en agrupaciones de moléculas llamadas fotosistemas.
Conceptualmente, la fotosíntesis puede considerarse como un par de reacciones acopladas mediante moléculas transportadoras de energía , que se producen en sitios diferentes del cloroplasto.
Las reacciones fotosintéticas se clasifican en:
1. Reacciones luminosas o dependientes de la luz.
2. Reacción oscura o independiente de la luz.
1. Reacción luminosa o dependiente de la luz: En estas reacciones participan los fotosistemas, que se han clasificado como I y II de acuerdo a la clorofila que poseen y su tipo de absorción. Las moléculas de clorofila absorben la luz y la transfieren en forma de energía a dos moléculas de bajo contenido energético ADP (Adenosín di fosfato) y NADP (nicotinadenin di nucleotido fosfato) transformándolas en ATP y NADPH+ (Adenosin trifosfato y Nicotin adenin dinucleótido, fosfato reducido o hidrogenado). O sea se transforman en moléculas de gran contenido energético. En esta etapa se produce, también, como consecuencia del proceso lumínico, una reacción muy importante : la fotólisis del H2O que consiste en la ruptura de una molécula de H2O en H+ y O2.
2. Reacción oscura o independiente de la luz: Estas reacciones pueden realizarse durante todo el día o la noche. Para esto utiliza las dos moléculas energéticas producidas en la etapa luminosa ( ATP y NADPH+) . Estas moléculas tienen la particularidad de descomponerse rápidamente porque son inestables en sus enlaces.
El conjunto de reacciones independientes de la luz transfieren su energía a un compuesto más estable que puede ser almacenado y transportado por las células: la glucosa.
Estas reacciones se realizan en el estroma del cloroplasto y llevan el nombre de Ciclo de Calvin en honor al científico que trabajó en ellas.
Factores que afectan al proceso fotosintético
La fotosíntesis realizada en una planta se mide indirectamente por el CO2 consumido o por el O2 liberado.
La fotosíntesis puede verse afectada por diversos factores, tanto internos como externos.
1. Factores internos:
Se deben principalmente a la estructura de la hoja, influye el grosor de la cutícula, la epidermis, el número de estomas y los espacios entre las células del mesófilo. Estos factores influyen directamente en la difusión del CO2 y O2 y también en la pérdida de agua. Cuando la actividad fotosintética es alta se produce mucha glucosa, la cual es almacenada como almidón en los cloroplastos, esto inhibe las reacciones fotosintéticas.
2. Factores externos:
Los principales factores externos que afectan a la fotosíntesis son:
La luz: puede afectar la fotosíntesis por tres de sus propiedades: calidad, cantidad y duración. La luz blanca contiene todo el espectro visible y la calidad de luz necesaria para estimular los pigmentos fotosintéticos.
La cantidad de luz se refiere a la intensidad luminosa. Cuando esta aumenta la fotosíntesis también lo hace, pero si la intensidad de la luz es excesiva esta frena el proceso fotosintético. La duración de la luz, es decir las horas de exposición a la luz durante el día, son también un factor importante para la fotosíntesis. En invierno, por ejemplo, la menor cantidad de luz reduce la tasa fotosintética, por lo que las plantas consumen sus reservas.
La disponibilidad de agua: este factor afecta cuando las células fotosintéticas sufren deficiencias. Corresponde principalmente al agua absorbida por las raíces.
La temperatura: es un factor ambiental muy variable; como los anteriores puede variar durante el día o a lo largo de un año. Los diferentes climas hacen variar la temperatura. Existen plantas de zonas frías que pueden realizar fotosíntesis a 0ºC y otras adaptadas a altas temperaturas (como las plantas del desierto o plantas C4) que producen fotosíntesis entre los 15 y 35º C.
Procedimiento Experimental
1. Llenar un frasco con un volumen de 120 ml de agua destilada.
2. Colocar la planta acuática (elodea) bajo el embudo y sumergirla dentro del frasco.
3. Llene con agua destilada un tubo de ensayo, inviértelo sobre el vástago del embudo; procurando que el agua dentro del tubo no se caiga. El montaje debe quedar igual como aparece en el esquema.
4. acerque una lámpara encendida al montaje y observe los cambios 60 min. después.
• ¿Qué ocurrió con el nivel del agua dentro del tubo de ensayo?
• ¿Qué se observa en las hojas de la planta de elodea?
5. Sobre la base de tus observaciones, infiere:
¿Cuáles son las causas del fenómeno observado?
- Diferenciar respiración anaeróbica de aeróbica.
- Definir y comprender la fermentación, conocer sus materiales de partida y sus productos finales.
- Estudiar la tasa de fermentación en células de levadura midiendo la producción de CO2.
- Definir y comprender el proceso de fotosíntesis, señalar los componentes requeridos y sus productos finales.
- Estudiar la tasa fotosintética en plantas de Elodea midiendo la producción de O2.
A) Experimento “Levaduras y fermentación”
Introducción Los heterótrofos obtienen energía oxidando moléculas orgánicas y acoplando las reacciones de oxidación a la síntesis de ATP. El ATP es entonces usado para realizar reacciones metabólicas necesarias para mantener la integridad física del organismo y sustentar todas sus otras actividades.
Algunos organismos son capaces de existir en ausencia de oxígeno molecular y pueden ser perjudicados por la presencia de este elemento.
La respiración anaeróbica, en ausencia de oxígeno es llamada fermentación. Comienza con una sustancia rica en energía como la glucosa, utiliza las enzimas de la glicólisis y finalmente produce etanol y anhídrido carbónico o una mezcla de ácidos orgánicos y otros compuestos. Hay una ganancia neta de solamente dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa oxidada en la fermentación.
La mayoría de los organismos usan oxígeno molecular en el proceso de respiración celular. El ácido pirúvico producido por las reacciones de la glicólisis, entra a otro conjunto de reacciones, el ciclo de los ácidos tricarboxílicos (ciclo TCA, o ciclo de Krebs) en el cual el esqueleto de carbono es completamente oxidado a CO2. El ácido pirúvico también pierde una molécula de CO2 cuando entra a este ciclo. Los transportadores de hidrógeno NAD+ y FAD+, son reducidos por las reacciones de la glicólisis y el ciclo TCA. NADH y FADH2 transfieren luego sus átomos de hidrógeno a un tercer conjunto de enzimas llamadas cadena transportadora de electrones. El flujo de electrones a través de este sistema está acoplado a la síntesis de ATP. La última enzima en la cadena, la citocromo oxidasa que reacciona directamente con oxígeno molecular para producir agua. Este paso es el punto donde el oxígeno que el organismo incorpora es usado y donde se produce agua metabólica. El propósito de oxígeno es volver la citocromo oxidasa a una forma oxidada de modo que pueda coger más electrones desde sus vecinos transportadores de electrones.
La respiración aeróbica de una molécula de glucosa puede dar una producción neta de 38 moléculas de ATP.
Las levaduras son hongos eucarióticos comercialmente muy importantes. Ellas son necesarias para la producción de cerveza, vino, pan y productos químicos industriales.
En este experimento se estudiará la producción de CO2 durante la fermentación de varios carbohidratos por células de levadura.
Actividades
1.- Fermentación de levadura
Experimento 1: debe disponer de una gradilla, una pipeta con agua destilada, tres tubos de ensayo, tres pipetas graduadas de 2 ml, tres pipetas Pasteur con bulbo y trozos de parafilm.
Marque los tubos 1, 2, 3. Llénelos del siguiente modo:
Tubo 1 = 1 ml de sacarosa (2% p/v)+ 1 ml de suspensión de levadura.
Tubo 2 = 1 ml de galactosa (2% p/v)+ 1 ml de suspensión de levadura.
Tubo 3 = 1 ml de agua + 1 ml de suspensión de levadura.
Mezcle las soluciones.
Selle el extremo inferior de una pipeta graduada con parafilm. Usando la pipeta Pasteur llene completamente la pipeta graduada con la solución del tubo 1 por el extremo superior. Coloque sobre el extremo sin sellar de la pipeta graduada el tubo 1 invertido. Invierta luego todo el sistema cuidadosamente manteniendo juntos el tubo de ensayo y la pipeta.
Repita el procedimiento con los tubos 2 y 3
El gas producido se acumulará en el extremo cerrado de la pipeta graduada. Registre el nivel del gas en las pipetas cada un minuto por alrededor de 20 min. Anote los datos en una la tabla.
¿El tipo de carbohidrato fermentado afecta la tasa formación de gas?
¿Que tipo de carbohidrato sustentó la tasa más rápida de fermentación?
¿Qué molécula es desdoblada en la reacción que produce el CO2?
¿Por qué es ventajoso para un organismo realizar fermentación?
Cuando el carbohidrato es fermentado por la levadura, sólo un tercio de los carbonos son liberados en forma de CO2. El resto del carbono es liberado como moléculas de.............................
Experimento 2: 1.- Obtenga 3 frascos de penicilina, 3 tubos de ensayo pequeños. Marque los tubos A, B, C y marque su volumen subdividiéndolo en tercios. Llene los tubos como sigue:
Tubo A = 1/3 volumen de levadura + 2/3 volumen de agua destilada
Tubo B = 1/3 volumen de levadura + 1/3 volumen glucosa (2% p/v)+ 1/3 volumen de agua
Tubo C = 1/3 volumen de levadura + 1/3 volumen de glucosa (2% p/v)+ 1/3 fluoruro de
sodio (NaF 0,01M)
Tape cada tubo con un frasco de penicilina e inviértalos lentamente de manera tal
que en el fondo del tubo quede una pequeña burbuja. Coloque los tubos cuidadosamente
en un recipiente con agua tibia (37ºC) y observe en diferentes momentos, si se producen
cambios en el tamaño de las burbujas.
¿Cuál es el efecto del fluoruro de sodio en el tubo C?
¿En que compartimento celular ocurre la glicólisis anaeróbica?
¿Cómo se regula la glicólisis?
Describa la participación de la insulina y el glucagón en la glicólisis.
Explique ¿Por qué la glicólisis es una vía metabólica esencialmente catabólica?
¿Cómo se relaciona la glicólisis con el ciclo de Krebs?
B) FOTOSÍNTESIS
Introducción La fotosíntesis es un proceso complejo por el cual las plantas capturan la energía luminosa del sol y la transforman en energía química. Es el mecanismo a través del cual ingresa toda la energía requerida en los sistemas vivos del planeta. El proceso fotosintético se representa con la siguiente ecuación química:
Las características del H2O y del CO2, como materia prima de esta reacción, son de particular importancia en el proceso fotosintético. Ambos compuestos abundan en la naturaleza y están presentes, en grandes cantidades, en la mayoría de los hábitats. Las plantas pueden obtenerlas sin gasto de energía, pues dichas substancias se difunden hacia ellas desde el aire y el suelo. Además de la energía luminosa, requiere agua, anhídrido carbónico y pigmento clorofílico.
Pigmentos fotosintéticos: se llama pigmento a cualquier sustancia capaz de absorber luz visible. La clorofila absorbe la luz y altera su estado energético, empujando uno o más electrones a niveles de mayor energía. Esta energía, en la fotosíntesis, es capturada para la formación de compuestos químicos. La clorofila absorbe del espectro visible de luz los colores violeta, azul y rojo, reflejando el verde, que es el color que presenta ante nuestros ojos.
La fotosíntesis se realiza en órganos y tejidos específicos, particularmente en células que tienen cloroplastos. Los principales órganos fotosintetizadores son las hojas y en segundo lugar, los tallos verdes. Tronco y raíces participan captando el agua y transportándola a las hojas. La hoja es el principal órgano fotosintetizador de la planta; su función es captar la energía luminosa y permitir el intercambio entre el medio externo e interno. Esta función es realizada por el limbo de la hoja, es decir, su parte ancha y aplanada. Si se hace un corte transversal en la lámina de la hoja se observan:
1.Órganos y tejidos fotosintéticos
a) La epidermis que es el tejido externo, formada por células sin cloroplastos que recubren la lámina de la hoja. Por fuera está cubierta por una secreción cerosa denominada cutícula, que reduce la pérdida de agua. Recuerda que aquí se encuentran los estomas, sobre todo en el envés de la hoja.
b) El mesófilo, que está formado por células con numerosos cloroplastos que lo hace ser el tejido fotosintético por excelencia. Se organiza en dos conjuntos de células:
- El parenquima de empalizada, con células expuestas a la luz.
-El parenquima esponjoso, con células que dejan espacios entre ellas favoreciendo la difusion del CO2 y O2.
c) El tejido conductor compuesto de xilema y floema que se distribuye en haces vasculares entre las células del mesófilo y se reconocen como la nervadura de la hoja.
2.- Células fotosintéticas y cloroplastos:
El cloroplasto es el lugar específico donde se lleva a cabo la fotosíntesis. En su estructura se distinguen dos membranas, una interna y otra externa, que delimitan un espacio semilíquido llamado estroma. Dentro del estroma se encuentran unos sacos membranosos interconectados en forma de disco que reciben el nombre de
tilacoides. Los tilacoides están apilados en estructuras llamadas granas.
Los cloroplastos contienen pigmentos en sus tilacoiodes como la clorofila y otros carotenoides. La clorofila es el pigmento de la fotosíntesis , responsable del color verde de las plantas . Los carotenoides (rojo, amarillo y anaranjado) son pigmentos auxiliares.
3 Etapas del proceso fotosintético.
El proceso fotosintético se realiza en la membrana interna de los cloroplastos y, específicamente, en agrupaciones de moléculas llamadas fotosistemas.
Conceptualmente, la fotosíntesis puede considerarse como un par de reacciones acopladas mediante moléculas transportadoras de energía , que se producen en sitios diferentes del cloroplasto.
Las reacciones fotosintéticas se clasifican en:
1. Reacciones luminosas o dependientes de la luz.
2. Reacción oscura o independiente de la luz.
1. Reacción luminosa o dependiente de la luz: En estas reacciones participan los fotosistemas, que se han clasificado como I y II de acuerdo a la clorofila que poseen y su tipo de absorción. Las moléculas de clorofila absorben la luz y la transfieren en forma de energía a dos moléculas de bajo contenido energético ADP (Adenosín di fosfato) y NADP (nicotinadenin di nucleotido fosfato) transformándolas en ATP y NADPH+ (Adenosin trifosfato y Nicotin adenin dinucleótido, fosfato reducido o hidrogenado). O sea se transforman en moléculas de gran contenido energético. En esta etapa se produce, también, como consecuencia del proceso lumínico, una reacción muy importante : la fotólisis del H2O que consiste en la ruptura de una molécula de H2O en H+ y O2.
2. Reacción oscura o independiente de la luz: Estas reacciones pueden realizarse durante todo el día o la noche. Para esto utiliza las dos moléculas energéticas producidas en la etapa luminosa ( ATP y NADPH+) . Estas moléculas tienen la particularidad de descomponerse rápidamente porque son inestables en sus enlaces.
El conjunto de reacciones independientes de la luz transfieren su energía a un compuesto más estable que puede ser almacenado y transportado por las células: la glucosa.
Estas reacciones se realizan en el estroma del cloroplasto y llevan el nombre de Ciclo de Calvin en honor al científico que trabajó en ellas.
Factores que afectan al proceso fotosintético
La fotosíntesis realizada en una planta se mide indirectamente por el CO2 consumido o por el O2 liberado.
La fotosíntesis puede verse afectada por diversos factores, tanto internos como externos.
1. Factores internos:
Se deben principalmente a la estructura de la hoja, influye el grosor de la cutícula, la epidermis, el número de estomas y los espacios entre las células del mesófilo. Estos factores influyen directamente en la difusión del CO2 y O2 y también en la pérdida de agua. Cuando la actividad fotosintética es alta se produce mucha glucosa, la cual es almacenada como almidón en los cloroplastos, esto inhibe las reacciones fotosintéticas.
2. Factores externos:
Los principales factores externos que afectan a la fotosíntesis son:
La luz: puede afectar la fotosíntesis por tres de sus propiedades: calidad, cantidad y duración. La luz blanca contiene todo el espectro visible y la calidad de luz necesaria para estimular los pigmentos fotosintéticos.
La cantidad de luz se refiere a la intensidad luminosa. Cuando esta aumenta la fotosíntesis también lo hace, pero si la intensidad de la luz es excesiva esta frena el proceso fotosintético. La duración de la luz, es decir las horas de exposición a la luz durante el día, son también un factor importante para la fotosíntesis. En invierno, por ejemplo, la menor cantidad de luz reduce la tasa fotosintética, por lo que las plantas consumen sus reservas.
La disponibilidad de agua: este factor afecta cuando las células fotosintéticas sufren deficiencias. Corresponde principalmente al agua absorbida por las raíces.
La temperatura: es un factor ambiental muy variable; como los anteriores puede variar durante el día o a lo largo de un año. Los diferentes climas hacen variar la temperatura. Existen plantas de zonas frías que pueden realizar fotosíntesis a 0ºC y otras adaptadas a altas temperaturas (como las plantas del desierto o plantas C4) que producen fotosíntesis entre los 15 y 35º C.
Procedimiento Experimental
1. Llenar un frasco con un volumen de 120 ml de agua destilada.
2. Colocar la planta acuática (elodea) bajo el embudo y sumergirla dentro del frasco.
3. Llene con agua destilada un tubo de ensayo, inviértelo sobre el vástago del embudo; procurando que el agua dentro del tubo no se caiga. El montaje debe quedar igual como aparece en el esquema.
4. acerque una lámpara encendida al montaje y observe los cambios 60 min. después.
• ¿Qué ocurrió con el nivel del agua dentro del tubo de ensayo?
• ¿Qué se observa en las hojas de la planta de elodea?
5. Sobre la base de tus observaciones, infiere:
¿Cuáles son las causas del fenómeno observado?
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