FOTOSINTESIS, RESPIRACION Y

FERMENTACION

Barraza Greyssy

OBJETIVOS

Conocer el proceso de la respiración

Estimar la dinámica de crecimiento de una población con base en el incremento de la tasa de respiración

Conocer el proceso de la fotosíntesis

Identificar los pigmentos fotosintéticos

Analizar el efecto de la intensidad lumínica sobre el proceso fotosintético

FOTOSINTESISLa fotosíntesis es el proceso por el cual los vegetales, utilizando la energía de la luz solar, llevan a cabo una serie de reacciones químicas por las cuales se transforma el CO2 en azucares simples y además se libera O2. A continuación se puede observar la ecuación general de este proceso:

6 CO2 + 6 H2O+ luz! C6H12O6 + 6 O2

La fotosíntesis consta de dos fases estas son:

1 fase fotoquímica

En esta fase se produce la activación de la clorofila de ambos fotosistemas, que libera electrones:

En el fotosistema II, los electrones excitados van activando secuencialmente a electrones de diferentes moléculas en la llamada cadena transportadora de electrones. Su energía es usada para bombear protones de hidrógeno y sintetizar ATP, a partir de un grupo fosfato y ADP, en una reacción llamada fotofosforilación. La energía de la luz produce, además, la descomposición (fotólisis) del agua, en oxígeno, protones y electrones. El oxígeno sale al exterior y los electrones son incorporados al fotosistema II, en reemplazo de los que salieron al inicio de las reacciones.

En el fotosistema I, los electrones excitados también entran en una cadena transportadora y su energía es utilizada para sintetizar NADPH a partir de NADP+, protones provenientes del agua y los electrones cedidos por el fotosistema I.

Cuando actúan ambos fotosistemas, se produce la llamada fotofosforilación no cíclica, que genera ATP y NADPH. Si solo actúa el fotosistema I, el proceso se denomina fotofosforilación cíclica y se genera solamente ATP, sin liberación de oxígeno. Este último proceso es considerado una forma primitiva de la fotosíntesis, pero se suele producir de manera simultánea a la fotofosforilación no cíclica.

2 Ciclo de Calvin- Benson

El ciclo de Calvin llamado también vía de los tres carbonos o C3- porque el primer producto formado contiene tres carbonos- ocurre en el estroma de los cloroplastos y genera, a partir de seis moléculas de dióxido de carbono, una molécula de glucosa.

La enzima que cataliza esta fijación del carbono es la RuBP carboxilasa, llamada comúnmente rubisco. Esta enzima también puede combinarse con oxígeno en un proceso llamado fotorrespiración, que libera CO2 en lugar de fijarlo. Para evitar la fotorrespiración, ciertas plantas han desarrollado una vía previa al ciclo de Calvin, llamada vía de los cuatro carbonos (o C4). Algunas plantas que usan la vía de los cuatro carbonos, como la caña de azúcar y el maíz, crecen en los trópicos y están adaptadas a mayores temperaturas.

Otra variante del ciclo de Calvin-Benson está representada por la vía CAM (en español, metabolismo ácido de las crasuláceas). Este ciclo se diferencia del C4 en un producto intermedio de sus reacciones: un ácido que se acumula en la vacuola de la célula, desde donde es luego tomado para continuar el ciclo. Como parte de las características de este proceso, las estomas se abren de noche y se cierran de día, de forma inversa a las demás plantas. Esto reduce enormemente la pérdida de agua en las plantas CAM, lo que las habilita para vivir en ambientes secos y calurosos. Los cactus y las plantas suculentas presentan la vía CAM.

Factores que afectan la fotosíntesis

1 Factores externos.

Luz: La influencia luz depende de la longitud de onda (calidad) y cantidad.

Longitud de onda: Los fotosistemas que captan la energía luminosa, lo pueden hacer a diferentes longitudes de onda. Sin embargo, si se ilumina una planta con una longitud de onda superior a los 680nm el fotosistema II no actúa. Longitudes de onda entre 280 y 315nm conocida como luz ultravioleta pueden entorpecer la capacidad fotosintética y el crecimiento de las plantas, la cuales se ven enfrentadas por el aumento de la luz ultravioleta a causa de contaminantes humanos que afectan la capa de ozono.

Cantidad de luz: Las plantas que reciben menos luz, por ejemplo, las que se encuentran a la sombra, realizan con menor eficiencia la fotosíntesis. Sin embargo, cuando la intensidad de luz es excesiva, se detiene el proceso fotosintético.

Concentración de dióxido de carbono: El CO2 es la molécula utilizada para producir distintas sustancias orgánicas. La falta de el disminuye la productividad y en exceso el proceso se satura (porque depende de enzimas).

Si la intensidad ruinosa es suficiente y constante al aumentar la cantidad de CO2 aumenta el rendimiento fotosintético, hasta que se alcanza un valor máximo. El CO2 también presenta fluctuaciones diarias y estacionarias; por ejemplo, aumenta durante la noche, cundo aumenta la respiración, en cambio durante el día las plantas retiran CO2 del aire y su concentración diminuye considerablemente. Durante la estación de crecimiento la concentración atmosférica de CO2 también se reduce.

Temperatura: Las plantas poseen una temperatura optima para realizar la fotosíntesis, mas allá de la cual la cual la tasa fotosintética disminuye, el aumento de la temperatura produce una aumento del rendimiento de la fotosíntesis debido al incremento de la actividad de las enzimas, que es máxima, a un determinado valor de temperatura, pero sobrepasado este valor la actividad enzimática disminuye, y con ello, el rendimiento fotosintético. La temperatura el igual que la humedad y la luz, es un factor ambiental muy variable, de hecho varia a lo lago del año, por lo que existen platas que pueden realiza fotosíntesis adaptadas a distintas temperaturas.

2 Factores internos.

Corresponden principalmente a la estructura de la hoja, por ejemplo se incluye el grosor de la cutícula y/o de la epidermis, numero de estomas y los espacios de las células del mesófilo. Estos factores influyen directamente en la difusión del CO2 u O2, así como el la perdida de agua.

Estomas: La difusión de los gases incluido el vapor de agua, hacia el interior y el exterior de la hoja es regulada por los estomas. Los estomas se abren o se cierran con la acción de células oclusivas (o guarda), debido a cambios en la turgencia, de estas células

LA RESPIRACIONLa respiración se acompaña de consumo de oxigeno y producción de CO2.

La respiración puede definirse como el proceso mediante el cual los seres vivos intercambian con el medio, oxigeno y CO2.

En los seres vivos mas evolucionado, el intercambio de los gases se realiza ante el ambiente, los órganos especializados que forman parte del aparato respiratorio y las células. En algunos seres vivos el transporte de gases se realiza a través de la sangre. El oxigeno que se encuentra en el interior oxida las sustancias protoplasmáticas. En este proceso se libera la energía y se produce gas carbónico (CO2).

Las reacciones químicas de la respiración solo se pueden realizar en presencia de enzimas especializadas. Por esta razón muchos autores le denominan reacciones enzimáticas.

La respiración acompaña a la transformación bioquímica de la energía disponible en los orgánicos derivados de alimentos, hasta la energía utilizada para los fenómenos de síntesis y transporte. La transformación anterior, que suele identificarse como metabolismo, requiere a menudo la presencia de oxigeno y comprende la oxidación completa de orgánicos hasta bióxido de carbono y agua (respiración aerobia). Si la oxidación es incompleta, los productos terminales son compuestos orgánicos, no intervienen en forma típica el oxigeno y el proceso se identifica como respiración anaerobia.

El proceso físico que hace que pasen los gases por los tejidos vivos, es el de la difusión pasiva simple.

El intercambio de gases de la respiración también depende de dos movimientos de convección de líquidos. El primero es el transporte masivo del medio externo, aire o agua, a través de las superficies para intercambio respiratorio externo. El segundo es el transporte de líquidos celómicos o a través de las superficies internas del órgano respiratorio. Estos dos transportes de convección se conocen como ventilación y circulación. Y son procesos activos, impulsados por bombas ciliares o musculares.

Por eso los órganos o aparatos respiratorios se hallan estrechamente ligados al sistema circulatorio, en el que se han desarrollado elementos celulares especializados en transportar el oxigeno, lo que consiguen capturando a este mediante pigmentos tales como la hemoglobina.

En muchos vertebrados e innumerables invertebrados, el medio interno circulante de liquido celómicos, hemolinfa o sangre, contiene un pigmento respiratorio como seria hemocianina o la hemoglobina, que se liga reversiblemente con O2, CO2, y protones+. Los pigmentos respiratorios aumentan el intercambio de gases de la respiración al aumentar la capacidad para el transporte masivo de ellos y también al influir en la presión parcial de gases y sus gradientes entre las superficies del intercambio tisular.

tipos de respiración Respiración Anaerobia: Esta se realiza en ausencia de oxigeno del aire. Es la

descomposición parcial de la glucosa sin la participación de oxigeno. La respiración anaerobia se conoce con el nombre de fermentación que es la industrialización de bebidas alcohólicas.

Respiración Aerobia: Esta se realiza en presencia de abundante oxigeno del aire el cual se usa para descomponer la glucosa.

La respiración aerobia se divide en dos tipos:

Externa: Es el intercambio de O2 y CO2 entre el organismo y su medio. En casi todos los organismos multicelulares y en casi todos los vertebrados, con excepción de unas cuantas salamandras que carecen de pulmones y branquias, la respiración externa se hace en estructuras especializadas llamados órganos respiratorios, como los ya dichos pulmonares y branquiales.

Interna: Esta consiste en el proceso gradual de reacción química entre el O2 y las pequeñas moléculas orgánicas procedentes del alimento.

Respiración Directa: Se realiza a través de una membrana que se encuentra en contacto con el aire.

Respiración Indirecta: Es cuando las células no se encuentran en contacto con el medio y los gases tienen que llevarse hacia el cuerpo y hacia la célula. Para esta respiración es necesario un conjunto de órganos especializados para el intercambio gaseoso.

El conjunto de órganos y tejidos responsables de suministrar oxígeno al organismo y liberar CO2 recibe el nombre de aparato respiratorio.

FERMENTACION

La fermentación es un proceso que realizan muchos microorganismos, efectuando reacciones sobre algunos compuestos orgánicos y liberando energía. Hay muchos tipos diferentes de fermentación, pero en condiciones fermentativas solamente se efectúa una oxidación parcial de los átomos de carbono del compuesto orgánico y, por consiguiente, sólo una pequeña cantidad de la energía potencial disponible se libera.

La fermentación es un proceso que realizan muchos microorganismos, efectuando reacciones sobre algunos compuestos orgánicos y liberando energía. Hay muchos tipos diferentes de fermentación, pero en condiciones fermentativas solamente se efectúa una oxidación parcial de los átomos de carbono del compuesto orgánico y, por consiguiente, sólo una pequeña cantidad de la energía potencial disponible se libera.

Clasificación de las reacciones de fermentación según el agenteHay dos clases bien definidas que son:

Fermentación microbiana: Promovidas o catalizadas por microorganismos. La reproducción de los microorganismos conlleva a que la reacción tenga un comportamiento autocatalítico siendo la concentración de los microorganismos variable. Dentro de este tipo de reacción hay 2 clases bien definidas:

Cultivos de tejidos o macro organismos (células vegetales y animales).

Reactores microbianos en sí (cultivo de microorganismos).

Reacciones enzimáticas: Catalizadas por enzimas, el agente catalítico no se reproduce y cuando se opera discontinuamente este permanece constante.

Clasificación de las reacciones de fermentación según el consumo de oxígeno

- Aeróbicas: Aquí los microorganismos necesitan de oxígeno para poder sobrevivir. Por ejemplo la reacción de transformación de la glucosa

O2 + C6H12O6 CO2 + BIOMASA

- Anaeróbicas: Aquí los microorganismos no necesitan de oxígeno para su supervivencia. Por ejemplo la reacción de transformación de la glucosa por vía glucolítica

C6H12O6 2C2H5OH + CO2 + ENERGÍA

PROCEDIMIENTO 1

Fermentación

Se preparo una gran cantidad de solución de glucosa

Separamos 3ml de Glucosa en un tubo de ensayo y le agregamos reactivo de Benedic y se puso en el Baño de María

Tomamos 2ml de la muestra del sacarímetro y se le agrego el reactivo de Benedic. Luego se sometió al baño de María

Luego de separar la muestra de 3ml, tomamos una espátula y untamos la punta con levadura para disolverla en la solución restante

Llenamos el sacarímetro de Eihorn, cuidando que no queden burbujas de aire para conseguir un ambiente anaerobio.

Luego colocamos el sacarímetro delante de una hoja milimetrada apoyada sobre la pared y observamos

Comprobación de la glucosa

Tomamos 2ml de la solución del sacarímetro y lo echamos en un tubo de ensayo, se agrego unos cristales de Bicromato Potásico, luego 2ml de acido sulfúrico diluido. Calentamos al baño de María

Comprobación de la presencia de Etanol

ANALISIS DE RESULTADOS 1

Solución de Glucosa + levadura

Glucosa en el sacarímetro

Sacarímetro y papel milimetrado

listos

Cada 10 min se marcaba en la hoja milimetrada el descenso de la

solución

Anotaciones en la hoja milimetrada

Que paso?A medida que transcurría el tiempo, las levaduras llevaban a cabo el proceso de la fermentación en la solución de glucosa. Consumían la solución desdoblando las moléculas de glucosa para obtener energía. Produciendo CO2 y alcohol. Por ello el volumen de la solución cambio.

La fermentación alcohólica tiene como finalidad biológica proporcionar energía anaeróbica a los 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.

Solución de glucosa con levaduras y bicromato

potásico

Solución de glucosa con levaduras y

Benedic

Solución de glucosa

Comprobación de la Glucosa y de la presencia de alcohol

1 2 3

1 2 3

La prueba de Benedict identifica azúcares reductores (aquellos que tienen su OH anomérico libre), como la lactosa, la glucosa, la maltosa, y celobiosa Por ello, dio positiva en el tubo 3, al cambiar de color. En el 2 alcanzamos a notar una ligera enmarcación del color en al solución.

El bicromato potásico, junto con el acido sulfúrico, identifican los aldehídos (glucosa)

PROCEDIMIENTO 2

Análisis de los pigmentos Foto sintetizadores, por medio de la cromatografía de papel

En mortero maceramos hojas frescas de espinaca, sin las nervaduras; en 5ml de acetona al 80%. Luego, apartamos las hojas maceradas y acumulamos el filtrado. Tomamos una muestra del filtrado y una tira de papel filtro con extremo recto , en este agregamos unas gotas del filtrado , previniendo que se acumulen residuos de las hojas maceradas y esperamos a que seque

Colocamos 2ml de la solución de acetona-éter del petróleo en el fondo de un tubo de ensayo

Cortamos la tira de papel de filtro sobre la que se coloco la muestra de pigmentos, a tal altura que quede el extremo inferior que lleva la muestra, apenas sumergido en el solvente y el extremo superior a la altura del tubo, en el cual hicimos un desdobles para que la tira de papel se sostenga en el borde del tubo

Pusimos la tira de papel en el tubo de ensayo, y colocamos este sobre una gradilla y tapamos la boca del tubo

ANALISIS DE RESULTADOS 2

Macerando las hojas frescas de espinaca

Maceración

Papeles filtro y macerado

Entre los distintos métodos que existen para separar y obtener esos pigmentos se encuentra el de la cromatografía, que es una técnica que permite la separación de las sustancias de una mezcla y que tienen una afinidad diferente por el disolvente en que se encuentran. De tal manera que al introducir una tira de papel en esa mezcla el disolvente arrastra con distinta velocidad a los pigmentos según la solubilidad que tengan y los separa, permitiendo identificarlos perfectamente según su color.Al observar el papel donde hemos hecho la cromatografía de la espinaca, vemos cuatro bandas o zonas, que corresponden a los distintos pigmentos fotosintéticos presentes en las hojas de espinaca. Según su grado de solubilidad con el éter de petróleo se reconocen estas bandas y en este orden: clorofila b, clorofila a, xantofila y carotenos. Como podemos observar en el esquema.

CUESTIONARIO

1. ¿A que se le conoce como fotorrepiracion inútil y que tipo de plantas son menos susceptibles de padecerla?

R/ La fotorrespiración es un proceso que ocurre en el mesófilo de la hoja, en presencia de luz, y en donde la concentración de O2 es alta. Se realiza en plantas C3 (¿?especialmente en época de verano en donde la planta aumenta la frecuencia con la que cierra sus estomas para evitar pérdida de H2O ¿? no).

 la fotorrespiración produce gasto de RuBP y CO2; es un proceso de gasto energético pero permite recuperar 3 moléculas de carbono en los 3-fosfoglicerato. Se pierde un átomo de carbono en el CO2liberado.

Necesita 3 orgánulos, el cloroplasto, el peroxisoma y la mitocondria.

Recientemente se pensaba que la fotorrespiración -aparentemente, una

pérdida ruinosa de carbono fotosintético- era un proceso útil e inevitable

causado por los efectos envenenadores del oxígeno. Algunos fisiólogos no

consideran correcto este punto de vista; sin embargo, los argumentos

relacionados con el papel útil de la fotorrespiración no son concluyentes.

Se ha argumentado que si la fotorrespiración fuera totalmente inútil o nociva,

se habría perdido durante los prolongados periodos de la evolución vegetal.

Por otra parte, la oxigenasa característica de la RuBPcasa (enzima ribulosa

difosfato) pudiera ser ineludiblemente inherente a la naturaleza de la

carboxilasa. Se ha alegado también que la fotorrespiración es innecesaria ya

que las plantas C-4 no fotorrespiran. No obstante, éste es un tema debatible

2. ¿Para que se le agrega levadura al pan y que pasa con el alcohol que produce durante la elaboración del pan?

R/ La adición de la levadura al pan provoca la fermentación de la masa antes del horneado, y como consecuencia le proporciona un volumen y una esponjosidad debido a la producción de pequeñas burbujas de dióxido de carbono (CO2) que se quedan inmersas entre la masa húmeda de la harina. La fermentación del pan ocurre en diversas etapas. La denominada 'fermentación primaria' empieza a ocurrir justamente tras el amasado y se suele dejar la masa en forma de bola metida en un recipiente para que 'repose' a una temperatura adecuada. Durante esta espera la masa suele adquirir mayor tamaño debido a que la levadura (si se ha incluido) libera dióxido de carbono (CO2) durante su etapa de metabolismo: se dice en este caso que la masa fermenta. La masa parece que se va 'inflando' a medida que avanza el tiempo de 'reposo'. La temperatura de la masa durante esta fase del proceso es muy importante debido a que la actividad metabólica de las levaduras es máxima a los 35 °C, pero de la misma forma a esta temperatura se produce CO2 a mayor ritmo pero al mismo tiempo también malos olores. Tras el reposo se produce una segunda fermentación; antes de que ésta ocurra se le suele dar a la masa su forma definitiva: barra, trenza, etcétera. Hay panaderos que vuelven a dar un ligero amasado antes de proporcionar la forma definitiva, con el objetivo de elongar las burbujas de gas en la masa. Esta segunda fermentación es previa al horneado.  el horneado, con su elevada temperatura "mata" el horneado, con su elevada temperatura "mata" las levaduras (si se hizo el pan con levadura), pero la 'aireación' que hinchó la masa tras la fermentación permanece. Desde el punto de vista reológico el horneado convierte una masa viscoelástica en un pan elástico. las levaduras (si se hizo el pan con levadura), pero la 'aireación' que hinchó la masa tras la fermentación permanece. Desde el punto de vista reológico el horneado convierte una masa viscoelástica en un pan elástico. 

3. ¿Por qué es necesario el oxigeno para que suceda la respiración celular?

R/ La respiración celular es el conjunto de reacciones bioquímicas por las cuales determinados compuestos orgánicos son degradados completamente, por oxidación, hasta su conversión en Sustancias inorgánicas, proceso que rinde energía aprovechable por la célula.

En la respiración aeróbica el O2 actúa como aceptor último de

los electrones desprendidos de las sustancias orgánicas oxidadas. Por ejemplo, a partir

de la glucosa o de ácidos grasos, los productos resultantes consisten, exclusivamente,

en H2O, formada a expensas del O2 aceptor, y en CO2, ambos compuestos inorgánicos.

Es la forma más extendida, propia de una parte de las bacterias y de los

organismos eucariontes, cuyas mitocondrias derivan de aquéllas. Se llama aerobios a

los organismos que, por este motivo, requieren O2.

La ecuación química es

C6H12O6 + O2 CO2 + H2O + ATP

4. ¿Qué objeto tiene la fermentación en los organismos superiores?

R/ En el caso del hombre, fermentar ciertas sustancias sirven para fines económicos y alimenticios, como es en caso del pan, el vino, la sidra, la cerveza, los biocombustibles, etc.

GRACIAS