universidad de colima - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/pdf/marcos antonio diaz...

46
UNIVERSIDAD DE COLIMA FACULTAD DE MEDICINA CENTRO UNIVERSITARIO DE INVESTIGACIONES BIOMEDICAS OBTENCION Y CARACTERIZACION DE VESICULAS DE MEMBRANA TILACOIDEA DE CLOROPLASTOS DE AMARANTHUS HYBRIDUS”. I TESIS Para obtener el Título de: MAESTRO EN CIENCIAS con Especialidad en Fisiología Presenta Marcos Antonio Díaz Polanco Colima, Col., Enero 1 996.

Upload: vocong

Post on 11-Oct-2018

212 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

UNIVERSIDAD DE COLIMA

FACULTAD DE MEDICINA

CENTRO UNIVERSITARIO DE INVESTIGACIONESBIOMEDICAS

“ OBTENCION Y CARACTERIZACION DE VESICULAS DEMEMBRANA TILACOIDEA DE CLOROPLASTOS DE

AMARANTHUS HYBRIDUS”.

I T E S I S

Para obtener el Título de:

MAESTRO EN CIENCIAS

con Especialidad en Fisiología

Presenta

Marcos Antonio Díaz Polanco

Colima, Col., Enero 1 996.

Page 2: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

INTRODUCCION . . . . . . . . . . . . . . 1

ANTECEDENTES . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . ll

OBJETIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

MATERIAL Y METODOS . . . . . . , , . . . . , . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . , . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . 14

RESULTADOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

DISCUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9

CONCLUSIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5

APENDICE . . . . . . . . . . . . . . . . . , , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . , . . . . . . . , . , . . . . . . .36

LITERATURA CITADA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 0

Page 3: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

1

Los cloroplastos son los organelos vegetales responsables de llevar a

cabo la fotosíntesis, que es el proceso biológico mediante el cual la energía de

la luz solar es absorbida y utilizada para la formación de compuestos orgánicos

a partir de dióxido de carbono y agua. Los cloroplastos en plantas superiores

son cuerpos discoidales o elipsoidales que miden entre 2 µ y 10 µ de diámetro

y 1 µ de grosor (Gold, 1990). Una célula típica de hoja de espinaca contiene

entre 20 y 60 cloroplastos (Butterfass, 1979), cada uno de los cuales tiene un

volumen promedio de 34 µm3 y dimensiones de 5.5 x 2.1 m (Menke, 1962).

Estar-r rodeados por dos membranas, cada una de aproximadamente 5 nm de

grosor; una membrana externa y una membrana interna; estas membranas estan

separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990).

Los estudios de permeabilidad han demostrado que la membrana interna

regula el transporte de metabolitos, mientras que la membrana externa es

altamente permeable a muchas sustancias de bajo peso molecular (Heldt &

Sauer, 1971; Murakami et al., 1975; Douce & Joyard, 1979). Cuando son

examinadas con microscvpía electrónica por criofractura, la membrana interna

muestra mas partículas que la membrana externa (Sprey & Laetsch, 1976;

Simpson, 1978b; Cline et al., 1985), en cvncvrdancia con el mayor numero de

actividades enzimáticas y de transporte asociadas con aquella (Douce &

Joyard, 1979; Keegstra, 1986).

El estroma es el compartimento del cloroplasto comprendido entre la

membrana interna y la membrana tilacvide. Incluye las enzimas asociadas con

el ciclo de Calvin, particularmente ribulosa bifosfato carboxilaw’vxigenasa,

que contribuyen a la masa de componentes protéicvs, aunque también otras

Page 4: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

2

enzimas están presentes (Robinson & Walker, 198 I ; J. W. Anderson, 198 1). El

estroma contiene multiples copias de DNA (aproximadamente 30 por

cloroplasto en muchos tipos de células de plantas superiores), 70s ribosomas,

mRNA’s y todos los otros elementos necesarios para la síntesis de proteínas

(Ellis, 1976). Granos de almidón y plastoglobulinas son otros de los

componentes estromales comunes (Coombs & Greenwood, 1976).

Las membranas conteniendo clorofila, responsables de las reacciones

dependientes de luz, son vesículas lamelares aplanadas (tifacsides) que suelen

ocupar una gran parte del volumen de los cloroplastos de organismos

eucarióticos. Las superficies exteriores de las membranas lamelares están a

menudo acomodadas muy de cerca a las superficies exteriores de las otras

lamelas dando lugar a un apilamiento de extensión variable llamado grana.

Todos los tilacoides del estroma y de grana dentro de un cloroplasto forman un

sistema de membrana continuo, el cual está organizado en una red altamente

compleja que encierra una cámara anastomosada, normalmente referida como

el lúmen ó espacio tilacoidal (ver dibujo 1).

DIBUJO 1. El cloroplasto contiene tres membranas distintas (la membrana externa,la membrana interna y la membrana tilacoide) que define tres compartimentos internosseparados: el espacio intermembrana, el estroma y el espacio tilacoide. La membranatilacoide contiene todos los sistemas generadores de energía del cloroplasto.

Page 5: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

3

La relación espacial precisa entre tilacoides de grana. y de estroma fue

establecida por medio de reconstrucciones de cloroplastos seccionados en serie

(Heslop-Harrison, 1963; Wehrmeyer, 1964 a, b; Paolillo, 1970; Thomson,

1974). Los modelos tridimensionales derivados de tales estudios describen

pilas de tilacoides de grana siendo intersectados en angula por tilacoides de

estroma paralelos, igualmente espaciados que giran hacia arriba y alrededor de

las pilas. En cada intersección entre un tilacoide de estroma y uno de grana, se

observa una región de membrana angosta parecida a un cuello que interconecta

los dos tipos de tilacoide. Muchos de estos rasgos pueden ser verificados en

micrografks de criofractura (Staehelin & Arntzen, 1986)

Los tilacoides contienen todos los elementos funcionales que son

necesarios para atrapar y transducir la energía de la Iuz en formas de energía

química. Estos incluyen complejos captadores de luz, dos tipos de centros de

reacción, diversos transportadores de electrones, un sistema para sintetizar

ATP, y enzimas para extraer electrones del agua. Los estudios bioquímicos y

estructurales han revelado que estos componentes están empaquetados en al

menos cinco tipos principales de complejos proteínicos intramembrana

discretos (Staehehn & Arntzen, 1986). Ver dibujo 2.

Page 6: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

4

himen

msmbrãnás filá.6õidss

2kt+Wman I

21

‘+.----II-i w&s--.“...-w.“..e.-----“.---c’

u-Oid Mb PSR-LH

LHCmbvil

\ Icyt flbr PSI-LH

DIBIJJO 2. Organización de los componentes de la membrana del cloroplasto queparticipan en las reacciones de acoplamiento electrónico del transporte de electronesfotosintético. Flechas de&~:das, sólidas reacciones de transferencia de electrones; flechasubiertLis transiciones químicas; flecha ~WZSUS movimientos de protones; flecha-discontinuas rutas de reciclamiento para PQ. Participan tres complejos de proteínaestructuralmente distintos en la ruta de transporte de electrones lineal de agua a NADP: uncomplejo PS II, el cual esta unido a un complejo de citocromos f/bg por un grupo demoléculas de plastoquinona solubles en lípidos, y un complejo PS 1 que recibe loselectrones del complejo de citocromos vía plastocianina, una proteína soluble en agua.También se indica un ciclo de transporte de electrones por quinonas, o ciclo Q, el cualcausa la translocacion de un protón adicional por cada dos electrones que pasan a través dela cadena de transporte electrónico lineal. Los protones depositados dentro del lumen deltilacoide salen a través del complejo CFo-CFl ATP sintetasa translocador de protones. Loscomplejos de pigmento-proteína que recolectan luz (LHC) sirven a ambos fotosistemas;estos se asocian preferencialmente ya sea con PS I ó PS II y son designados LHC i ó LHC 1Irespectivamente. Una población de LHC II es móvil y puede servir ya sea a PS I ó PS IIviajando lateralmente entre las lamelas estromales (enriquecidas con centros PS 1) y pilasde grana (enriquecidas con PS II). (Staehelin & Arntzen, 1983).

El primer evento en la fotosíntesis es la captación de luz por alguno de

los pigmentos que forman el complejo captador de luz. La excitación

Page 7: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

5

electrónica inducida por la luz es transmitida al centro de reacción,

probablemente constituido por un dímero de clorofila, resultando en una

oxidación al ser transferido un electrón a la quinona. El hueco que se genera es

llenado por el elesMm resultante de la oxidacibn del agua. (Staehelin &

Arntzen, 1986) Ver dibujo 3.

LUZ MOLECULAS RE

TRANSPQRT&NDQ

N ELECTRDN D E Ubi ELECTROH DE“ALTA ENERCIA”

“PAR ESPECIAL” DMOLECULAS OE CLOROFILA DEL COMPLEJOCENTRO DE REACCION PROTEINA-PIGMENTO DEL

CENTRO DE REACCION

DIBUJO 3. El noventa y cinco por ciento o más del total de pigmento del complejocaptador de luz funciona para cosechar la energía de la luz y transferirla al resto delpigmento que está localizado en un componente del centro de reacción fotoquímico dondeocurre el evento fotoquímico primario. La combinación del complejo captador de luz conaquellos pigmentos del centro de reacción a los cuales alimentan con energía, es unfotosistema.

Vistos como una enzima, los sustratos de un centro de reacción serían un donadordébil de electrones (molécula A: como el agua) y un aceptor débil de electrones (molécula8: como la quinona), y sus productos serían un aceptor fuerte de electrones (molécula Aoxidada) y un donador fuerte de electrones (molécula B reducida: como la hidroquinona).

Page 8: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

6

La transferencia de energía dentro de un fotosistema ocurre con una

eficiencia muy alta como resultado de que las moléculas de pigmento estan

apropiadamente orientadas y espaciadas entre 10 A a 70 A unas de otras, Esta

organizacion es lograda por la asociación no covalente (en general) de las

moléculas de pigmento con una variedad de proteínas específicas, Estos

complejos de proteína - pigmento están embebidos en la membrana

fotosintética o, por lo menos, están fuertemente asociados con la superficie de

membrana.

Los complejos productores d.e oxígeno, citocromo bg/f y ATPasa,

procesan los electrones y hoyos formados durante el evento primario en el

fdosistema para producir ATP y NADPH requerido para la fijación de dióxido

de carbono y otros procesos metabólicos (Staehelin & Arntzen, 1986).

El centro de reacción excitado dona un electrón a una molécula aceptora

cuya identidad química depende del fotosistema (para el PSII es la

plastoquinona y para el PSI es la ferredoxina). Aunque las reacciones

fotoquímicas en los dos centros de reac;cion del fotosistema son diferentes,

ambos fotosistemas causan transformaciones de la energía almacenada en los

electrones y núcleos reordenados de la clorofila “a” excitada por luz,

convírtíendo la energía de excitación en una molécula aceptora de electrones

reducida y una clorofila oxidada. La donación de los electrones de la clorofila

en el fdosistema II a la plastoquinona genera una asimetría de cargas a través

del dieléctrico de la membrana. Esta asimetría es conservada al oxidarse el

agua para reducir a la clorofila y producir iones hidrogeno, así la asimetría de

carga es convertida a un potencial electroquímico transmembrana de iones

hidrógeno. En una manera todavía no comprendida, esta diferencia de

potencial de ión hidrogeno es utilizada para llevar a cabo la reacciõn de

Page 9: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

transferencia del grupo fosforil en la síntesis de ATP (Staehelin & Arntzen,

1986).

La formación de gradientes de potencial electroquímico a través de las

membranas implica el transporte de partículas cargadas; en cloroplastos los

protones son bombeados desde el estroma hacia el espacio tilacoideo, lo cual

determina sus propiedades osmóticas y conduce a procesos de hinchamiento ó

enjutamiento de cloroplastos y tilacoides (Hoppe et al., 1982).

Las mediciones de dispersión de luz han sido un medio conveniente de

medir la penetración unidireccional de sustancias a través de su cubierta

cuando ocurren cambios osmóticos en la talla de los mismos. Los estudios de

recaptura han demostrado efectivamente que la cubierta de cloroplastos

intactos es impermeable a sorbito1 (Heldt & Sauer, 1971). Sin embargo, el

término “impermeable” debe ser usado en un sentido restringido. Solamente

significa que la tasa de penetración es muy baja para ser medida dentro del

tiempo apropiado para experimentación con organelos frágiles tales como

cloroplastos. En soluciones de sorbito1 mayores a 0.1 M, el cloroplasto es un

osmómetro casi perfecto. En 0.16 M de sorbitol, los cloroplastos aislados son

esféricos (Heldt & Sauer, 1971); y un cloroplasto promedio, en estas

condiciones, ocupa un volumen de 50 Pm3 (Heber & Heldt, 1981).

Cuando se añaden gradualmente sales tales como KCl a cloroplastos

intactos, la dispersión de la luz se incrementa gradualmente (Heber & Purczeld,

1977) indicando que los cloroplastos responden osmométricamente a la

adición de sal. La recaptura está limitada por la permeabilidad de la cubierta

del cloroplasto a K+ (Heber & Purczeld, 1977). Cuando se añade valinomicina,

la cual incrementa específicamente la permeabilidad de la membrana al K+, se

observa un rápido hinchamiento del cloroplasto en la presencia de aniones tales

como cloruro, fluoruro, ioduro, bromuro, nitrato, nitrito.

Page 10: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

8

Cuando se rompe la cubierta del cloroplasto, la penetración de aniones 6

ácidos a través de las membranas tilacoides dentro del espacio intratilacoidal

puede ser medido por dispersión de luz en un modo similar como con

cloroplastos intactos. Las tasas de hinchamiento de tilacoide inducidas por

valinomicina se esperarían mucho mas rápidas que aquellas de hinchamiento

de cloroplastos porque el área de la membrana tilacoide es mas grande por un

factor de 25 que el &-ea superficial de cloroplastos intactos. Sin embargo, el

hinchamiento de tifacoides bien preservados en la presencia de KCl, KBr o KI

y valinomicina es mucho mas lenta que la de cloroplastos intactos (Heber &

Heldt, 198 1), indicando que los coeficientes de permeabilidad de la cubierta

para halogenuros son mucho mas altos que para membranas tilacoides.

Las pocas mediciones de flujos pasivos de H+ indican que la

permeabilidad de la cubierta es mayor que la de la membrana tilacoide

(Gimmler et al, 1974).

Todas las propiedades físicas y químicas tienen una base estructural.

Así, una comprensión completa de las funciones de la membrana fotosintética

requiere un conocimiento detallado de la organización estructural de tales

membranas. Durante los últimos 25 años se ha hecho un progreso significativo

en el analisis de las reacciones fotoquímicas catalizadas por la clorofila, en la

identificación de las moléculas asociadas con estos procesos, y en la

elucidación del arreglo tridimensional de estas moléculas en las membranas

fotosintéticas.

Uno de los métodos más adecuados para estudiar la organización

supramolecular de las membranas tilacoides es la técnica de criofractura

(grabado). La principal ventaja de esta técnica es que provee imágenes de

réplicas de alta resolución de las superficies exoplásmica (SE) y protophísmica

(SP). La exoplásmica es la superficie en contacto con el estroma y la

Page 11: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

9

protoplásmica con el lúmen. También ofrece una imagen fiel de las caras de

fractura. Las caras de fractura son producidas por división mecánica de las

bicapas de membrana congeladas (ver dibujo 4). Este tipo de fractura ocurre

porque las interacciones hidrofobicas que estabilizan a las membranas

biológicas son sensibles a la temperatura; a temperaturas menores o iguales a -

100 O C son reducidas a tal grado que las interfaces hidrofóbicas representan

planos de debilidad.

DIBUJO 4. Las dos caras de fractura de membrana complementarias sondesignadas CE ó Cara-E y CP 6 Cara-P. CE se refiere a la cara de fractura de la membranaexoplásmica, CP a la cara de fractura de la membrana protoplásmica. Las superfkies demembrana correspondientes son etiquetadas como SE y SP. Como los tilacoides delestroma y de los grana dan lugar a diferentes tipos de Caras-E y P, se han usado subíndicespara designar si una cara de fractura dada ó área superficial corresponde a una región demembrana apilada (a) o no apilada (n) (ej. CPa, CEn, etc.).

El examen cuidadoso de una rnicrografla típica de membrana tilacoide

fracturada por congelamiento revela que cada tipo de cara de fractura (CEa,

CEn, CPa, CPn) exhibe una poblacion distinta de partículas intramembrana,

consistente con el hecho de que el apilamiento de membrana produce una

diferenciación estructural y fwcional de las membranas tilacoides. Las

imágenes, a juzgar por la densidad y distribución en tallas de ‘tas partkulas

intramembrana, sugieren que cada tipo de complejo de proteína de membrana

Page 12: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

10

funcional dá lugar a una partícula de una talla característica. Por esta razón,

una de las principales metas a largo plazo de estudios de criofractura de

membranas tilacoides ha sido la identificación positiva de diferentes categorías

de partículas intramembrana y el desarrollo de mapas supramoleculares de la

distribución de estos complejos funcionales en el plano de la membrana,

Ademas de proveer información sobre la distribucion espacial de los

componentes de la cadena de transporte electrónico, tales mapas podrían

proporcionar información directa sobre el número exacto de complejos

específicos en un ásea de membrana dada y sobre el espaciamiento entre estos

y otras unidades funcionales. Una vez que ha sido establecida una correlacion

entre un tipo específico de partícula y una unidad funcional específica, puede

ser posible estudiar cómo las perturbaciones en la organización de la

membrana afectan su función, y viceversa.

Page 13: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

I ANTECEDENTES Y JUSTIFICACION. I

El estudio del sistema fotosintético de las plantas se ha enfocado

principalmente a los aspectos químicos del proceso. Las corrientes acarreadas

por iones o por la separación de cargas durante la excitación electrónica

inducida por luz a través de las membranas cloroplásticas ha sido poco

estudiada. Los estudios de permeabilidad indican la presencia de selectividad

en las membranas. Además la expresión final de la absorción de luz es un

gradiente electroquímico a través de la membrana tilacoidea. Por lo anterior

resulta interesante estudiar las propiedades electrofisiológicas de la membrana

fotosintética tratando de establecer su correlación con el estímulo luminoso que

inicia el proceso fotosintético.

Muñiz et al. (1995) reportan el registro, en la membrana tilacoidea, de

corrientes iónicas inducidas por estímulos luminosos en el rango de 9 a 18 pA.

Esta corriente corresponde a la entrada de II+ desde el estroma hacia el espacio

tilacoideo. Los pulsos de luz largos (mayores a 8 mseg.) inducen una respuesta

con un curso temporal complejo; una fase inicial de gran amplitud seguida de

una fase de decaimiento y una inversión de la dirección de la corriente al

terminar el pulso de luz. La amplitud del componente inicial en una respuesta

está determinada por la duración del estímulo luminoso previo y el tiempo

transcurrido entre los estímulos.

Una de las preguntas que surgieron de las observaciones hechas en este

estudio y que fué uno de los objetivos del presente trabajo fué el de conocer el

área superficial de esta membrana para calcular la densidad de corriente y

compararla con los resultados de otros autores sobre la actividad de los

fotosistemas 1 y II y su densidad superficial. Además, esta caracterización de la

Page 14: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

12

membrana tilacoidea facilitará en estudios posteriores el registro de canales

iánicos y fotocorrientes mediante el uso de La técnica de “patch clamp” para

entender mejor como se lleva a cabo el proceso fotosintéticoZ

Este trabajo pues, está orientado a desarrollar la técnica para obtener

vesículas de membrana tilacoide utilizables para estudios electrofisiológicos.

Page 15: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

13

I OBJETIVO. 1

1. Determinar las condiciones osmóticas y los valores de pH en los

cuales se provoque la formación del mayor número de esferas de tilacoide con

los mayores diámetros a partir de cloroplastos aislados de hojas frescas de

Amuranthus hybridus.

Page 16: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

14

MATERIAL Y METODOS.

Se utilizaron hojas de Amarunthus hybridus; estas plantas fueron

cultivadas en palanganas utilizando tierra acondicionada con “Happy flower”

cuya fórmula consiste en: 1). abono natural (tabaco); 2). fertilizante

nitrogenado (26.5 % de nitrogeno); 3). vermiculita como acondicionador que

provoca la porosidad de la tierra permitiendo la oxigenación de las raíses y que

aumenta la capacidad retentiva del agua que se aplica, evitando riegos

fkesuentes que producen marchitamiento pudrision y lixiviasion.

Se midio la osmolaridad de las soluciones extraídas de hojas frescas sin

nervaduras. Para esto, las hojas se cosecharon a las 8:30, 12:OO y 20:00 horas,

Algunas hojas fueron envueltas, en la misma planta, con papel aluminio a las

8:30 para impedir su iluminación; estas hojas se cosecharon a las 12:OO hrs. y

sus osmolaridades se compararon con las hojas iluminadas.

En las tablas 1, 2 y 3 se presenta la composición químka de las ocho

soluciones utilizadas para aislar cloroplastos de hojas de Amarmthus hybridzo,

en donde: mOsm = miliosmolar y mM = milimolar. La osmolaridad de las

soluciones aisladoras (S.A.) fué verificada en un osmómetro de presión de

vapor 5500 “Wescor” presentando una variación de f 10 %. Se utilizó Trizma

para ajustar el pH de las ocho soluciones a tres valores: 5.0, 7.2 y 8.0 (24

soluciones diferentes).

1 .

Page 17: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

Las hojas, con edades comprendidas entre los 10 y 30 días de nacida,

fueron colectadas entre 8:30 y 9:00 A.M. y se conservaron a 4 “C para reducir

Ia presencia de almidones.

Las nervaduras fueron separadas y el resto de la hoja, inmersa en la

solución aisladora, se corto en pequeños fragmentos con una navaja delgada de

acero inoxidable; con este procedimiento rompemos Zas células y los

cloroplastos son liberados a la solución aisladora. Se colocó una alícuota de la

preparacion en la cámara experimental de teflón can fondo de cristal. Las

observaciones se iniciaron 30 minutos después con el propósito de permitir el

depósito de los cloroplastos en el fondo de la cámara y la manifestación del

choque osmótico. El choque osmótico permitió el aumento en talla de los

cloroplastos hasta la ruptura de la envoltura externa y el hinchamiento de la

membrana tilacoide para dar lugar a la formación de vesículas de tilacoide

(blebs),

Page 18: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

El orígen tilacoide del bleb se estableció realizando observaciones

directas del hinchamiento de un cloroplasto en solución hipotónica hasta su

ruptura y el surgimiento del tilacoide hinchado para formar vesículas de

membrana esférica fblebs). Cabe señalar que es muy dificil separar fisicamente

la membrana interna de la membrana externa del cloroplasto (Douce & Joyard,

1979); esto se debe a la presencia de partículas vinculadoras, “linkers”, entre

las dos membranas. Esta información apoya la idea que los blebs observados al

microscopio se trataban realmente de membranas tilacoideas hinchadas y no de

la membrana interna del cloroplasto.

Las observaciones se realizaron en un microscopio Nikon DIAPHOT-

TMD. Se midieron los diámetros de 100 cloroplastos y 100 blebs para cada una

de las 24 soluciones con un escalímetro (LEITZ WTZLAR) incluído en uno

de los oculares del microscopio; el rango de incertidumbre de éste fué de f 1.2

micras. Las mediciones se realizaron en los tres diferentes valores de pH de

cada una de las soluciones aisladoras, La búsqueda de 100 eventos tanto para

cloroplastos como para blebs se realizó en una misma preparación “barriendo”,

de ser necesario, todo el campo visual en el microscopio. Las observaciones se

sometieron a tres tipos de análisis estadístico realizados en la hoja de cálculo de

EXCEL 4.0: a). Análisis de Varianza (ANOVA) de un factor.

b). Análisis de Varianza de Dos Factores sin Replicación.

c). Prueba t de Student: Dos Muestras Pareadas para

Promedios.

- Los detalles del método analítico se describen en el apéndice.

- Todas las comparaciones estadísticas se realizaron con una prueba

unidireccional ó de una cola (excepto “ANOVA: Dos Factores sin

Replicación”: prueba bidireccional ó de dos colas) con un nivel de confianza de

99 %.

Page 19: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

17

Osmoiaridad en Hojas de Amaran~hs hybridm

En la tabla 4 se muestran las osmolaridades encontradas en las

soluciones extraídas de una cantidad de hojas similares (10 hojas) de

Amarmthus hybriu’zrs en tres horas diferentes del dia; “n” indica el número de

mediciones y es el valor que se encuentra a la derecha del valor de osmolaridad

promedio. Esto se realiz(, con el fin de verif’icar el rango de variación funcional

de la osmolaridad de la solucir)n donde se encuentran inmersos los cloroplastos

y apoyar la idea de utilizar una solución aisladora “normal” 250 mOsm. La

tabla 5 muestra las osmolaridades encontradas a las 12 del día en hojas de

Amaronthus hybridus en presencia y ausencia de luz. Las hojas sin luz se

cubrieron ea la misma planta con papel aluminio a las 8:30 y fueron

cosechadas a las 12:00 hrs.

4 .

PROMEDIO

DIFERENTES

12:oo 486 n=5 1.8

P.M.

8:00 358 ll=5 0.7

P.M.

Page 20: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

5 .

KmADELDIA8:30

A.M.CONLUZ1290P.M.SlNLUZ12:ooP.M.CONls.Jz

OSMOLARIDAD ERRORPROMEDIO ESTANDAR

(mOsm)

399 n=5 1.0

380 ll=5 0.6

602 n=4 2.2

DIFERENTESENTRE SI *

* Los espacios en blanco relacionan las concentraciones promedio que

son signiíkativamente diferentes entre sí.

Diámetros Promedio Controhndo pH y Concentración.

En las tablas 6, 7 y 8 se muestran los promedios de los tamaños de

cloroplastos y blebs obtenidos en cada solución. “DS” significa desviación

stándard y es el valor que se encuentra en letra más oscura a la derecha del

diámetro promedio.

Page 21: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

19

6.pH =5.0

I1

CLOROPLASTOS: BLEBS: I

CONCENTRACION (mOsm)

10005002501206030105

D~R/~I%TR(-~S

PROMEDIO(micras) Y

“DS”7.2 1.39.1 1.29.3 1.19.8 1.1

9.8 1.0

8.9 1.39.0 1.38.4 1.5

EvENTOS

OBSERVADOS

100100100100100100100100

DiAMETROSPROMEDIO

(micras) Y“DS”

12.0 1.510.5 2.112.2 1.512.2 1.512.7 1.412.4 1.612.5 1.711.9 1.9

EVEN-TOSOBSERVA

DOS

66

i27100100 I

---EE-i

7.PI-I =7.2

CLOROPLASTOS: BLEBS:

CONCENTRA DIAMETROS EVENTOS DIAMETROS EVENTOSCION (mOsm) PROMEDIO OBSERVA PROMEDIO OBSERVA

(micras) Y DOS (micras) Y DOS“DS” “DS”

1000 7.8 1,7 100 12.3 3.1 34500 8.0 1.2 100 12.5 2.5 60250 8.1 1.0 100 13.7 2.1 58120 12.0 1.4 100 15.3 2.0 10060 12.8 1.9 100 17.1 3.0 1003 0 8.0 1.5 3 18.4 1.8 10010 ll.2 1.1 3 18.5 2.1 1005 6.2 1.3 6 12.7 2.2 17

Page 22: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

8.

I CLOROPLASTOS: BLEBS:--._-- - ~. .- ~-.CONCENTRA DIAMETROS EVENTOS DIAMETROS EVENTOSCION (mOsm) BROMEBIO OBSERVA PROMEDIO OBSERVA

(micras) Y DOS (mieras) Y DOS?IgJS” VS”

1000 5.0 0.8 100 9.6 ll.5 5SO0 SS 0.8 100 11.2 2.0 3 6250 6.5 0.7 100 11.9 í.7 100120 10.4 1.3 100 13.1 1.5 1006 0 6.9 1.1 6 2 13.0 2.0 1003 0 13.2 1.0 3 9.9 1.4 10010 10.4 3.0 3 10.5 í.8 1005 I 0 0 0 10.2 2.0 4 6,,

Comparación Estadística del pH y la Concentración.

Se utilizó la herramienta estadística “ANOVA” (análisis de varianza)

para indagar si los diámetros promedio (variable dependiente) de los blebs

observados eran significativamente diferentes entre cada concentración y entre

cada valor de pH (variables independientes), donde: SC = suma de cuadrados

de los diáunetros individuales de los blebs; gl = grados de libertad; CM =

cuadrado medio (SC/gl); F = valor de F calculado; P-valor = probabilidad de

rechazar erróneamente la hipí>tesis nula: “la media es igual en todas las

soluciones” cuando en realidad es verdadera; F crit. = valor de F esperado de

tablas (gl de variable independiente VS. gl del error). Ver tabla 9.

Page 23: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

21

9.Anova: Dos Factores

Sid RepheiónFCENEDE SCVAR/AC/UNHileras (pH) Il 478.2

Columnas 41688.65

[cãncentracih)

Error 39786.73

TC&?!1 92953.58

T

299 t38.38864t2.019453t8.17E-19t 1.217348 t

7 15955.521 j 313.293 / 0 12.647838 /

2093 19.00943

2399

Conclusión: como el valor de F calculado es mayor que el valor de F

esperado de tablas tanto para hileras como para columnas entonces se rechaza

la hipotesis nula: “Todas las medias son iguales” y se acepta la hipótesis

alterna: “No todas las medias son iguales”.

Para determinar de una manera mas específica si Ios dirúnetros promedio

de los blebs eran significativamente diferentes entre las distintas soluciones

para cada valor de pH, se realizaron las siguientes pruebas estadísticas: (ver

tablas 10, ll, 12).

10.

EntreGruposbntra del 1782.562 1 668

Factor

7

pH = 5.0

t 1 IL45628

2.668506L.--6.16685

Page 24: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

22

ll.

1 pH = 7.2

Anova: UnFactor

Fuenfed~ SC g/ GW F /%fLiYiur FCfl/V~H~Cc/an

Entre 3037.309 7 441 ll442 79.68353 5.31 E-80 2.671214Grupus

Dentro de 3105.106 561 5.534948GruposTChl 6192.415 568,.. .~ i

12.

] pH = 8.0

Anova: UnFactor

Fr/e/e SC g/ CMde

F Fc,? j

Conclusión: para los tres casos el valor de F caIcuIado es mayor que el

valor de F esperado de tablas, por lo tanto se rechaza la hipótesis nula: “Todas

las medias son iguales” y se acepta la hipótesis alterna: “No todas Ias medias

son iguales”.

Page 25: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

23

Diferencias en Talla entre CloropIastos y BIebs.

En las tablas 13, 14 y 15 se muestran las diferencias en diámetro que

para los distintos valores de pH existen entre cloroplastos en solución aisladora

normal (250 mOsm), y blebs en el rango de soluciones aisladoras en que

alcanzaron los diámetros mátximos (véanse tablas 6,7 y 8)

13.DIAMETROS

pH = 5.0 OSMOLARID.4D PROMEDIO AIJMENTO(mOsm) (micras) (%)”

CLOROPLASTOS 250 9.3BLEBS 250 a 10 12.4 35

4.DIAMETROS

pH = 7.2 OSMOLARIDAD PROMEDIO AUMENTO(mOsm) (micras) (%)*

CLOROPLASTOS 250 8.1BLEBS 30 a 10 18.5 130

15.DIAMETROS

pH = 8.0 OSMOLARIDAD PROMEDIO AUMENTÓ(mOsm) (micras) % *

CLOROPLASTOS 250 6.5BL.E.BS 120 a 60

* Los valores indican la talla de blebs respecto al de cloroplastos

expresado en porcentaje.

Page 26: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

24

Comprobación Estadística de Diferencias en Taila de los Cloroplastos y

Ios BIebs en las Condiciones de pH y Osmolaridad Utilizadas.

- En Ia tabla 16 se muestran las diferencias en dihmetro de cloroplastos a

diferentes osmdaridades, para cada valor de pH.

16.

Page 27: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

25

- En la tabla 17 se muestran las diferencias en diámetro de blebs a

diferentes osmolaridades, para cada valor de pH.

17.

* Sólo se incluyen las osmolaridades en las que se pudieron obtener un

total de 100 eventos (cloroplastos y blebs) para efectos de aplicación de la

prueba estadística correspondiente.

** Los números iguales relacionan los promedios de diámetro que no

son signifícativamente diferentes entre sí. Los diámetros promedio sin número

son significativamente diferentes con los demás.

Page 28: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

26

- En las tablas 18 y 19 se muestran las diferencias en diámetro de los

cloroplastas y los blebs para los distintos valores de pH, en la asmalaridad

normal y aquellas en las que alcanzaron sus dihrnetros máximos

respectivamente.

18.CLOROPLASTOS

OSMOLARIDAD DL4METROS DIFERENTES

PH (mOsm) * PROMEDIO ENTRE Sl(micras) **

5.0 250 9.37.2 250 8.18.0 250 6.5 k

19.

* La osmolaridad para cloroplastos corresponde a la solución aisladora

normal; la osmolaridad para biebs corresponde a aquellas donde se alcanzaron

los diámetros máximos.

** Los espacios en blanco relacionan los promedios de diámetro que son

significativamente diferentes entre sí.

Page 29: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

27

- En las tablas 20, 21 y 22 se muestran las diferencias en diámetro entre

cloroplastos en solución aisladora normal y blebs en soluciones aisladoras

donde alcanzaron los diámetros máximos, a un pH dado.

20.

OSMOLARIDAD DIAMETROS DIFERENTESpH = 50 (mOsm) PROMEDIO ENTRE SI *

(mic ras)CLOROPLASTOS 250 9.2

BLEBS 250 a 10 12.4

21.

OSMOLARIDAD DJAMETROS DIFERENTESpH = 7.2 (mOsm) PROMEDIO ENTRE SI *

(micras)CLOROPLASTOS 250 8.0

BLEBS 30a 10 18.5

22.

OSMOLARIDAD DIAMETROS DIFERENTESpH = 8.0 (mOsm) PROMEDIO ENTRE SI *

(micras)CLOROPLASTOS 250 6.5

1 BLEBS I 120 a 60 I 13.1 I 1

Page 30: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

28

- En las tablas 23,24 y 25 se muestran las diferencias en diámetro entre

cloroplastos y blebs en solución aisladora normal, a un pH dado.

23.1 OSMOLARJDAD 1 DIAMETROS 1 DIFERENTES 1

pH = 5.0 (mOsm)

CLOROPLASTOS 250BLEBS 250

PROMEDIO(micras)

9.312.2

ENTRE SI *

24.

OSMOLARIDAD DIAMETROS DIFERENTESpH = 8.0 (mOsm) PROMEDIO ENTBE SI *

(micras)CLOROPLASTOS 250 6.5

BLEBS 250 ll.9

* Los espacios en blanco relacionan los diámetros promedio que son

significativamente diferentes entre sí.

** Para el pH de 7.2 se utilizó Ia concentración de 120 mOsm debido a

la falta de observaciones de blebs en la concentración de 250 mOsm.

Page 31: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

29

Se utilizó el osmómetro para hacer el analisis de la osmolaridad de las

hojas LI diferentes horas del día, observándose un rango de variación que oscila

entre los 300 y 600 mOsm; estas concentraciones al parecer son menores

durante la noche y en las primeras horas del día, y aumentan a las 1200 del

día. En estos cambios de la osmolaridad podría estar involucrado el

movimiento estomático de las hojas el cual se ve afectado por tres factores

principalmente: el agua, el dióxido de carbono y la luz.

Agua: las plantas pueden detectar una reducción de agua y operar un

mecanismo o movimiento específico que cierre los estomas. Uno de tales

mecanismos de control hidroactivo está bajo la influencia de la hormona ácido

abscísico (ABA), cuya secuencia de control es la siguiente: cuando existe agua

en abundancia no se forma ABA y los estomas están abiertos; cuando se

produce una ligera reducción del agua, se forma una pequeña cantidad de ABA

y los estomas se cierran ligeramente. Al mismo tiempo la acción del ABA hace

a los estomas mucho más sensibles a las necesidades del 602, así que la

fotosíntesis no es obstaculizada. Al producirse un severo deficit de agua (si

bien todavía inferior al potencial hídrico foliar crítico) se forman grandes

cantidades de ABA y los estomas se cierran.

El CO2 tiene un marcado efecto sobre los estomas. Las bajas

concentraciones de CO2 promueven la apertura estomática, y las altas causan

el cierre rápido a la luz o a la oscuridad. Sin embargo, la exposición a la luz

bajo condiciones de alta concentración de CO2 pronto causará la apertura,

Page 32: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

porque el CO2 del interior de la hoja es consumido en la fotosíntesis. Por lo

tanto existen mecanismos de control que evitan ía inhibición de la tasa

fotosintética, mientras el agua no sea hrnitante, pero los cierran con el fin de

impedir la innecesaria pérdida de agua cuando la fotosíntesis no puede operar

debido a la ausencia de luz.

Un fuerte factor de control es la luz. Los estomas normalmente se abren

a la luz y se cierran en la oscuridad. El efecto luminoso sobre los estomas

podría ser una consecuencia de la fotosíntesis que ocurre en las células

oclusivas (las cuales, a diferencia de otras células epidérmicas, poseen

cloroplastos). Esto afecta la apertura estomatica de tres maneras. Primero, la

fotosíntesis reduce la concentración de COzi que es un poderoso estímulo para

la apertura de los estomas. Segundo, las sustancias osmóticamente activas

como los azúcares son producidas en la fotosíntesis, lo cual coadyuva a abatir

el potencial hídrico de las células oclusivas. Tercero, la fotofosforilación podría

suministrar el ATP necesario para conducir los bombeos transportadores de

iones que movilizan el K+ u otras sustancias al interior de las células oclusivas.

(Bidwell, 1979).

Además, el incremento en la osmolaridad implica la presencia de

partículas osmóticamente activas que podrían formarse por el proceso de la

fotosíntesis. La disminución del CO2 durante la fotosíntesis es un estímulo

para la apertura estomática en presenci.a de luz; por otra parte, en nuestras

condiciones (la planta en suelos húmedos) la producción de ABA sería nula o

bien se formaría una pequeña cantidad cerrando ligeramente los estomas pero

haciéndolos mucho más sensibles a las necesidades del COZ. Por tal motivo, la

respuesta estomática primaria dedido a la falta de agua, es decir el cierre de

Page 33: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

3 1

estomas pasaría a un nivel de importancia mínimo, mientras que una respuesta

estomática secundaria en base a la concentración del CO2 y presencia de luz

pasaría a un primer nivel de importancia, manteniendo cierta apertura

estomática que favorecería el incremento de osmolaridad como consecuencia

de la fotosíntesis y que se observó en las hojas cosechadas al mediodía (1290

l-m.).

La tabla 5 de resultados nos muestra que mientras la osmolaridad de las

hojas aumenta conforme avanza el día, en presencia de luz, no ocurre en

ausencia de luz. Las diferencias son estadísticamente significativas con luz y

sin luz. Esto nos sugiere que estos incrementos de osmolaridad se deben a la

actividad fotosintética de la hoja en presencia de luz más que a una

transpiración excesiva.

Como ya se mencionó anteriormente, las hojas utilizadas para la

obtención de cloroplastos y medición de diametros fueron colectadas por la

mañana (entre 8:30 y 900 A.M.). De acuerdo con esto y tomando en cuenta los

valores de osmolaridad de las tablas 4 y 5 a esa misma hora se sugirió tomar el

valor de 250 mOsm como “normal” para hacer las comparaciones

correspondientes. Además de acuerdo con los resultados mostrados en la tabla

16, no existen diferencias estadísticas significativas en los diámetros de

cloroplastos entre 2.50 y 500 mOsm a pH de 5.0 y 7.2.

Las mediciones de la distribución de tallas de cloroplastos y blebs

aislados de Amaranthus hybridus que se reportan en las tablas 6, 7 y 8 de

resultados muestran que cambian con las condiciones de osmolaridad donde

están inmersas.

Page 34: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

La aplicación de la prueba estadística “ANOVA: DOS FACTORES” en

la tabla 9 de resultados permitió estimar los efectos directos de la osmolaridad

y el pH, sobre una población de diámetros de blebs. Dentro de este analisis, las

comparaciones hechas entre los distintos valores de pH resultaron en una “F”

calculada mayor que la “F” crítica de tablas. De igual manera, las

comparaciones hechas entre las distintas osmolaridades resultaron en una “F”

calculada mayor que la “F” de tablas; por lo tanto, nuestra hipótesis nula: “La

media es igual en cada uno de los niveles del factor” se rechaza, y se acepta la

hipótesis altema:“No todas las medias son iguales”. Por otra parte, la diferencia

que se observa entre la “F” calculada y la “F” de tablas para la osmolaridad es

mayor que para el pH, lo cual nos indica que la osmolaridad tiene una mayor

influencia sobre las tallas de los blebs que el pH.

La prueba de “ANOVA: UN FACTOR” de las tablas íO, ll y 12 de

resultados se aplicó para evaluar bajo qué condiciones de pH las diferencias

entre las osmolaridades son significativamente mayores. De acuerdo con esto,

se observó que la diferencia entre la “F” calculada y la “F” de tablas fué mayor

a un pH de 7.2, siguiéndole en segundo lugar el pH de 8.0 y por último el pH

de 5.0 (ver figura 1).

Page 35: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

33

BLEBS: RELACION p H - C O N C E N T R A C I O N

DIAMETRO (micras)

FIGURA 1

Antes de probar que las observaciones de diámetros hechas en una

muestra de cIoroplastos están de alguna manera correlacionadas con las

observaciones hechas en una muestra de blebs (tablas 13, 14 y 15 de

resultados), se utilizó la “PRUEBA t DE STUDENT: DOS MUESTRAS

PAREADAS PARA PROMEDIOS” (tablas 16 - 25 de resultados) para evaluar

las diferencias estadisticas entre:

aj cada una de las ocho osmolaridades probadas, a un pH dado (tablas

16 y 17).

bj cada uno de los valores de pH, a una osmolarídad dada (tablas 18 y

19).

cj cloroplastos en solución aisladora normal y blebs en soluciones

donde alcanzaron los diámetros máximos, a un pH dado (tablas 20,

21 y 22).

- Para todos los casos las diferencias fueron significativas.

Page 36: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

34

De acuerdo con esto y utilizando la misma prueba estadística, se

encontró que el diámetro promedio de las observaciones hechas en cloropIastos

a una osmolaridad de 250 mOsm es significativamente diferente del diámetro

promedio máximo alcanzado por los blebs en cada uno de los valores de pki

probadas. Por lo tanto el cambio en diáînetro de blebs respecto aJ de

cloroplastos a un pH de 7.2 fue del 130 %; del 100 % a un pH de 8.0 y de un

35 % a un pH de 5.0 (ver @ura 2).

REtACtON CtOROPtASfOS - B~EBS

l250 CONCENTRACION [mOsm)

FIGUFtA 2

También se encontraron diferencias significativas entre los diarnetros

promedio de los cloroplastos así como entre los diámetros promedio de blebs.

Así mismo se wmprobo que existen diferencias significativas entre el

diámetro promedio de cloroplastos y el de blebs a una misma osmolaridad

(tablas 24, 25 y 26); esto confirma que en realidad estábamos observando dos

eventos diferentes (cloroplastos y blebs).

Page 37: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

1. De los dos factores involucrados en el hinchamiento de tilacoides para

estos experimentos, la osmolaridad de la solución aisladora fué dominante

sobre el pH.

2. Ei valor óptimo de pH para obtener los mayores diámetros de biebs

fué de 7.2.

3. Las mejores osmoiaridades utilizadas a pH 7.2 para inducir la

formación de blebs fwron: 30 y 10 mOsm.

4. Ei aumento en taiia de blebs respecto al de cloroplastos fué del 13G%

a un pH de 7.2.

Page 38: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

ANO-VA UN FACTOR:

Suma de Cuadrados Total: SCqQ=;E;r,(Y,-Y)Z

Suma de Cuadrados Dentro de Grupos: SCE=C( Yij’Yj) ’

Suma de Cuadrados Entre Grupos:

Grados de libertad: Total=n-- 1 Dentro de GrupOS = nT - C

Entre grupos = c - 1

Cuadrado Medio Dentro de Grupos: CME = -%&nT - c

Cuadrado Medio Entre Grupos: CM,, = S c ,c - l

Valor de “F” Calculada: pd-ZMTR

CME

Valor de Probabilidad: t = &L$ = El resultado se busca enS~W tablas percentiles con

nT = c grados de libertad.

s2(x]=cM, + L-p.n n

Valor de “F” Crítica:

Page 39: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

3 7

ANOVA DOS FACTORES

Suma de Cuadrados Total: sc&* = i Ir.(Xij-x>zi=l j=l

Suma de Cuadrados de Hileras: SCH= c [ii ( Xi - X ) 2 ]

Suma de Cuadrados de Columnas: SC,=rL)I(X,-X)21

Grados de Libertad: Total=n,- 1 Error=(r- l)(c- 1)

Columnas = c - 1 Hileras = r - 1

Cuadrado Medio del Error: CME = S c ,(r-1) (c-l)

Cuadrado Medio de Hileras: CMH = 2q.g(r-l)

Cuadrado Medio de Cohmnas: CMc = .&(c-l)

Valor de “F” Calculada: Hileras:FfT = aI, Columnas: F = .acCME CME

Page 40: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

38

Valor de Probabilidad:

Valor de “F” Crítica:

tC = “1L~2 = El resultado se busca en

9 xi tablas percentiles con (cr l)(r- 1)grados de libertad.

G(X)= CME + CM,n n

h = -‘/ Fcalculada = El resultado se buscaen tablas percentiíes con

(c-l ) (r- 1) grados de libertad.

F crit. = (c- 1) 6 (r- 1)( c - l ) ( r - 1 )

Page 41: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

39

PRITEBA t DE STUDENT: DOS MUESTRAS PAREADAS PARA

PROMEDIOS

Media: X=clx.,)n

Varianza:

Coeficiente de Pearsons: r = z (Xi - X) (,Y; - Y)

Varianza Combinada:

Grados de Libertad:

d[ c (X; - X)2 ] [ 2 (Y; - w2 1

s2c = c (X; - X) (Yi - rn - l

n - f

Valor de “t” Calculado: t= d------ = El resultado se busca enS&i- tablas percentiles con (n - 1)

grados de libertad.

d z -----------n

Page 42: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

LITERATURA CITADA.

ALBERTS, B. (1989) Molecular biology of the ceh. Segunda edicion.

Garland Publishing, Inc. U.S.A. 1219 pp.

ANDERSON, J. W. (198 1) Light energy dependent processes other than CO2-assimilation. In: H.atch, M. D. & Boardman, N. K. (eds.) The biochemistry of

plants: photosynthesis. Academic Press, London, New York, pp, 473 - 500.

BIDWELL, R. G, S. (1979) Fisiología vegetal A.G.T. Editor S.A. México.

783 pp.

BIJTTERFASS, T. (1979) Pattems of chloroplast reproduction. Cell biology

monographs, vol. VI. Springer, Berlín Heidelberg New York.

CLINE, K.; Keegstra, K.; Staehelin, L. A. (1985) Freeze-fracture electron

microscopic analysis of ultrarapidly frozen envelope membranes on intact

chloroplasts and after purification. Protoplasma 125: ll 1 - 123.

COOMBS, J. & Greenwood, A. D. (1976) Compartmentation of the

photosynthetic apparat-us. In: Barber, J. (ed.) The intact chloroplast. Elsevier,

Amsterdam, New York, Oxford, pp. 1 - 5 1,

DOUCE, R. & Joyard, J. (1979) Structure and function of the plastid

envelope. Adv. Bot. Res. 7: 1 - 116

Page 43: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

ELLIS, R. J. (1976) Protein and nucleic acid svnthesis by chloroplasts. In:

Barber, J. (ed.) The intact chloroplast. Elsevier, Amsterdam, New York,

Oxford, pp. 335 - 364.

GIh4h4LER, H.; Schafer, G.; Heber, U. (1974) Low permeability of the

chloroplast envelope towards cations. Proc. Int. Congr. Photosynth. 3rd 2:

1381 - 92. Amsterdam Elsevier-North Holland.

BEBER, U. & Heldt, H. W. (1981) The chloroplast envelope: structure,

function, and role in leaf metabolism. Ann. Rev. Plant Physiol. 32: 139 - 68.

Annual Reviews Inc.

HEBER, U. & Purczeld, P. ( 1977) Substrate and product fluxes across the

chloroplast enveloge durinp bicarbonate and nitrite reduction. Proc. Int. Congr.

Photosynth. 4th Reading, pp. 107-l 8. London: Biochem. Soc.

HELDT, H. W. & Sauer, F. (1971) The inner membrane of the chloroplast

envelope as the site of specific metabolite transport. Biochem. Biophys. Acta

234: 83 - 91.

HESLOP-HARRISON, J. (1963) Structure and morphogenesis of lamellar

svstems in mana containing chloroplasts. 1. Membrane structure and lamellar

architecture. Planta 60: 243 - 260.

HOPPE, W.; Lohmann, W.; Markl, II. ; Ziegler, H. (1982) Biophysics

Segunda edición. Springer-Verlag Berlín Heidelberg. Alemania. 94 1 pp.

Page 44: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

42

KAíSER, W. M.; UrbacFt, W,; Gimmler, FT, (1940) The r~1.e Qf rn_snovalent

cations for photosynthesis of isolated intact chloro&.sts. Planta. 143: 170 -

75,

Ml3XE, W. (1962) Structure md chemistry of plastids. Annu Rev Plant

Physio! 13: 27 - 44,

MQRGAN, M. C. (í990) Procesos enerkticos de la vida. Area: Conceptual.

Serie: M~tidki~l~gk3, Segada edición, Triks, M&&sQ, 70 pp

Page 45: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

43

ROBINSON, S. P. & Walker, D. A. (1981) Photosynthetic casbon reduction

cvcle. In: Hatch, M. D. & Boardman, N. K. (eds.) The biochemistrv of plants:

photosvnthesis. Academic Press, London, New York, pp. 193 - 236.

SIMPSON, D. J. (1978 b) Freeze-fracture studies on barley plastid

membranes. II. Wild type chloroplast. Carlsberg Res Commun. 43: 365 -

389.

SPREY, B. & Laetsch, W. M. (1976) Chloroplast envelopes of Spirzacia

oleracea, L . III. Freeze-fracturing of chloroplast envelopes. Z

Pflanzenphysiol. 78: 360 - 371.

STAEHELIN, L. A. & Arntzen, C. J. ( 1983) Re,qulation of chloroplast

membrane function: nrotein phosphorvlation changes the spatial organization

of membrane components. 5. Ce11 Biol. 97: 1327 - 1337.

STAEHELIN, L. A. & Arntzen, C. J. (1986) Photosynthesis III:

photosvnthetic membranes and li&t harvesting; systems. Encyclopedia of plant

physiology New Series Volume 19 Springer-Verlag, Berlín, Heidelberg, New

York, Tokio. 802 pp.

THOMSON, W. W. (1974) Ultrastructure of mature chloroplasts. In:

Robards, A. W. (ed.) Dynamic; aspects of plant ultrastructure. McGraw-Hill,

London, New York, pp. 138 - 177.

WEHRMEYER, W. (1964 a) Zur Kl&-unP der strukturellen variabilitat der

chloroplastengrana des spinats in profil und aufsicht. Planta 62: 272 - 293.

Page 46: UNIVERSIDAD DE COLIMA - digeset.ucol.mxdigeset.ucol.mx/tesis_posgrado/Pdf/Marcos Antonio Diaz Polanco.pdf · separadas por un espacio intermembrana de unos 10 nm (Alberts, 1990)

44

WEHRMEYER, W . (1964 b) Über membranbildungsprozesse in

chloroplasten . TI. Zur entstehung der grana durch membranüberschiebung.

Planta 63: 13 - 30.

Gerardo G Chowell Puente
Gerardo G Chowell Puente