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INTRODUCCIÓN

Marco teorico: El proceso por el cual las células degradan las moléculas de alimento para obtener energía recibe el nombre de RESPIRACIÓN CELULAR. Este implica el desdoblamiento del ácido pirúvico (producido por la glucólisis) en dióxido de carbono y agua, junto a la producción de moléculas de adenosín trifosfato (ATP). En otras palabras, la respiración celular supone un proceso metabólico mediante el cual las células reducen el oxígeno y producen energía y agua. Estas reacciones son indispensables para la actividad celular. La liberación de energía se desarrolla de manera controlada. Una parte de dicha energía se incorpora a las moléculas de ATP que, gracias a este proceso, pueden utilizarse en procesos endotérmicos como el anabolismo (el mantenimiento y desarrollo del organismo). Es posible dividir la respiración celular en dos tipos: la respiración aeróbica y la respiración anaeróbica. La respiración aeróbica, cuenta con la presencia de oxígeno, la etapa siguiente de la degradación de la glucosa es la respiración, es decir la oxidación escalonada del ácido pirúvico a dióxido de carbono y agua. Se cumple en dos etapas: el ciclo de Krebs y el transporte de electrones y la fosforilación oxidativa (estos dos últimos procesos transcurren acopladamente). En las células eucariotas estas reacciones tienen lugar dentro de las mitocondrias; en las procariotas se llevan a cabo en estructuras respiratorias de la membrana plasmática. La respiración anaeróbica, consiste en que la célula obtiene energía de una sustancia sin utilizar oxígeno; al hacerlo, divide esa sustancia en otras; a la respiración anaeróbica también se le llama fermentación. Probablemente la respiración anaeróbica más conocida sea la de las lavaduras de la cerveza, que son hongos unicelulares. Existen dos tipos de respiración anaeróbica: la fermentación alcohólica y la fermentación láctica. Fermentación alcohólica El ácido pirúvico formado en la glucólisis se convierte anaeróbicamente en etanol. En el primer caso se libera dióxido de carbono, y en el segundo se oxida el NADH y se reduce a aceltaldehído. Este tipo de fermentación ocurre en levaduras y algunas bacterias. Produce CO2 y alcohol etílico, ambos son usados en la producción del pan y de la cerveza. Alcohólica: 2 ácido pirúvico + 2 NADH = 2 etanol + 2 CO2 + 2 NAD+

Fermentación láctica Es una ruta metabólica anaeróbica que ocurre en el citosol de las células, en la cual se oxida parcialmente la glucosa para obtener energía y donde el producto de desecho es el ácido láctico. Este proceso lo realizan muchas bacterias, hongos y muchos tejidos animales. En el caso de las células musculares, la fermentación láctica, se produce como resultado de ejercicios extenuantes durante los cuales el aporte de oxígeno no alcanza a cubrir las necesidades del metabolismo celular. La acumulación del ácido láctico en estas células produce la sensación de cansancio muscular que muchas veces acompaña a esos ejercicios. En esta reacción el NADH se oxida y el ácido pirúvico se reduce transformándose en ácido láctico Láctica: 2 ácido pirúvico + 2 NADH = 2 ácido láctico + 2 NAD+

OBJETIVOS: 1 Comprende los procesos de respiración celular. 2 Investiga el efecto de un antimetabolito en la respiración celular. 3 Demuestra la acción de algunos carbohidratos como los facilitadores de la respiración anaeróbica.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Materiales: Materiales del laboratorio              

9 tubos de ensayo pequeños 9 tubos de base grandes Agua destilada Solución de glucosa al 5% Solución de fructuosa al 5% Solución de sacarosa al 5% Solución de almidón al 5% 3mL de NaF 0.01 molar 3 mL de NaF 0.10 molar Pipetas Gradilla Varilla de vidrio Plumón marcador para vidrio Incubadora a 37°C

Materiales del estudiante  

Levadura seca Regla milimetrada

Procedimiento: Fabricación de un Respirómetro artesanal Se llenó con agua uno de los pequeños tubos de ensayo (en el experimento se usó la suspensión de levaduras y las otras sustancias en lugar de agua). Se invirtió el tubo de ensayo sobre el tubo de base plana. Se hizo rápidamente, de tal manera que se derrame la menor cantidad posible de líquido del tubo de ensayo. Hubo una burbuja de aire y se midió con la regla graduada en milímetros; este contuvo células de levadura respirando, el dióxido de carbono se tendió a acumular y se desplazó así más líquido. Después de un rato, el volumen de la cámara de aire constituyó una medida de la cantidad de respiración a la que tuvo lugar.

Preparación de las muestras experimentales 1. Preparación de muestras utilizando diferentes carbohidratos Se rotularon los tubos de ensayo numerándolos del 1 al 5 por el lado curvo, se mantuvieron boca abajo mientras se inscribía el número. Se llenó como indica la siguiente tabla: REACTIVO

1

2

3

4

5

Levadura

3mL

3mL

3mL

3mL

3mL

Agua destilada

5mL

Glucosa

5mL

Fructuosa

5mL

Almidón

5mL

Sacarosa

5mL

2. Preparación de muestras utilizando antimetabolitos Se rotularon los tubos de ensayo numerándolos del 1 al 5 por el lado curvo, se mantuvieron boca abajo mientras se inscribía el número. Se llenó como indica la siguiente tabla: REACTIVO

1

2

3

4

Levadura

3mL

3mL

3mL

3mL

Agua destilada

5mL 5mL

2mL

2mL

Glucosa NaF (0,01 M) NaF (0,10 M)

3mL 3mL

Se llenaron los tubos hasta el borde. Se invirtió cada tubo de ensayo dentro de un tubo de base plana para armar el respirómetro. Se midió la cámara de aire formada y se anotaron los resultados en la tabla de esta página como “lectura inicial”. Se llevaron los respirómetros a una incubadora a 37°C durante una hora. Se volvió a medir la cámara de gas de cada tubo y se anotaron los resultados bajo la columna “lectura final” en la misma tabla.

Resultados Se enumeró los tubos de ensayo y se colocó 3mL de levadura a cada uno.

Se llenó cada tubo de ensayo con su respectivo solución de ambas muestras: Los tubos de la primera muestra: #1 tubo - 5mL de agua destilada #2 tubo - 5mL de glucosa #3 tubo - 5mL de fructuosa #4 tubo - 5mL de almidon #5 tubo - 5mL de Sacarosa

Los tubos de la segunda muestra:

#1 tubo - 5mL de agua destilada #2 tubo - 5mL de glucosa #3 tubo - 2 mL de glucosa y 3 mL de NaF (0,01M) #4 tubo - 2mL de glucosa y 3mL de NaF (0,10 M)



En el caso de la mesa #1 se encargaron de realizar la primera muestra.

Se invirtió cada tubo de ensayo del primer experimento en un tubo de base plana para armar un respirometro. Se midió con una regla milimitrada la burbuja de aire del respirometro y se anoto en la columna “Longitud inicial” de la tabla de resultados.



Se colocó los respirometros en una gradilla que posteriormente se llevo a la incubadora por aproximadamente 1 hora a 37˚C.



Se retiró la gradilla con los respirometros de la incubadora. Se observó y se volvió a medir la cámara de gas de cada tubo y se anoto los resultados en la columna “Longitud Final” en la misma tabla.



Se halló la producción de CO2 restando la longitud final de la longitud inicial y se anoto en la columna final de la tabla de resultados. Tabla de resultados de la muestra 1, fuente de carbohidratos: Tubo

Longitud Inicial (mm)

Longitud Final (mm)

(L.final – L.inicial) (Produccion de CO2)

1

4.214

7

2.786

2

7

8

1

3

5.3

103.5

98.2

4

5.5

7.4

1.9

5

9.6

103.3

93.7

Tubo Mes a

Longitud inicial (mm)

Longitud final (mm)

(L.final – L.inicial) (Produccion de CO2)

1

M3

7.7

8

0.3

2

M3

10

101

91

3

M3

6

7

1

4

M3

8

9

1



Al

concluir la muestra 1 se comparó los resultados con la mesa #2 y se adquirió los resultados de la muestra 2 de la mesa #3: Comparando resultados con la mesa #2, fuente de carbohidratos: Tubo

Mesa

Longitud inicial (mm)

Longitud final (mm)

(L.final – L.inicial) (Produccion de CO2)

1

M1

4.214

7

2.786

M2

9

10

1

M1

7

8

1

M2

10

270

260

M1

5.3

103.5

98.2

M2

6

100.4

94.4

M1

5.5

7.4

1.9

M2

7

9

2

M1

9.6

103.3

93.7

M2

8

50.5

42.5

2

3

4

5

Resultados de la mesa #3, fuente de antimetabolitos:

TABLA 1: 120 100 80 60 40 20 0

98.2

2.79

1 La cantidad de produccion de Co2

93.7

1.9

Tabla 2:

CANTIDAD DE PRODUCCIÓN DE C02 91

CANTIDAD DE C02

0.3

1

1

ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS:

¿QUÉ PASA SI NO HAY OXIGENO? Cuando no hay presencia de oxigeno, la glucosa sera degradada en el proceso denominado glucolisis, y pasara a la siguiente fase que es la fermentacion alcoholica para asi obtener alcohol, y eso es lo que se vio en esta práctica. Se producirá la combustión o oxidación de la glucosa, el cual se convertirá en acido pirúvico y luego de eso, pasara a la fermentación. Luego de esperar 30 minutos : EL tubo de ensayo que contenía la levadura junto con la glucosa (5ml) empezó a extenderse hacia arriba, con el mismo color de la levadura, eso demuestra la fermentación que hubo dentro. La levadura al juntarse con la glucosa, produjo una fermentación alcohólica lo cual produjo tal resultado que se demuestra en el tubo de ensayo. Y que se midio, 260 mm (muestra de la mesa #2), esto se calculó con la diferencia de la longitud inicial de la muestra y la flongitud final. Se repitiío este procedimiento en todos los tubos de ensayo de las muestras. Glucosa + Levadura (Enzima)=Alcohol+CO2 (Anhídrido Carbónico)+E Se libero CO2 y tambien se formó alcohol, producto de la fermentacion alcoholica, que se en contró en el tuvo de ensayo donde estuvo la levadura (2do tubo de ensayo) Se percibió un olor a chicha de jora o a queso pasado y este olor debe corresponder a la presencia de alcohol. Donde se puede comprobar claramente los productos de la respiracion anaeróbica : CO2 y Alcohol.

¿POR QUÉ EN LOS RESULTADOS SE OBTUVO DIFERENTES CANTIDADES DE PRODUCCION DE CO2? En la grafica #1 se puede observar que cuando se emplea la glucosa como fuente de energia, hay una cantidad muy baja de CO2, lo cual no es pelculiar en estos casos, lo que se esperaba fue que en presencia de glucosa debío presentarse mayor produccion de C02 debido a que la levadura tiene una mayor preferencia por la glucosa que con otros tipos de fuente de energia o carbohidrato que se utilizó. Las levaduras prefieren la glucosa como fuente de carbono, pues evolutivamente el metabolismo está más optimizado al catabolismo de glucosa. Así, en presencia de una mezcla de fuentes de carbono potenciales diferentes donde esté presente la glucosa adaptan su metabolismo a catabolizar prioritariamente la glucosa. Se infiere que la razon por el cual no se haya concordado la practica con la teoria estudiada probablemnte sea por un error de elementos utilizados durante la practica, se infiere que puede que en vez de utilizar glucosa , se utilizó agua por equivocacion, o probablemnte no se tapó como debio el tubo de ensayo, habido diversos factores que no podemos identificar con exactitud pero lo que queda claro es que se debio obtener una mayor cantidad de produccion de CO2 en la levadura cuando se mezcló con la glucosa. ¿l catabolismo de Es posible darse cuenta de la diferencia de sustancias en cada tipo de azúcar. Ahora bien, en la práctica se utilizo la sacarosa (3ml) pura, ésta no contiene la amplia gama de sustancias que le ayudan a la levadura a oxidar de manera más eficaz y velozmente al carbohidrato, entonces le llevará más tiempo que si contara con algunas de estas sustancias. Otra cosa importante que se debe tomar en cuenta es el proceso que celula de la levadura lleva a cabo para lograr fermentar la gran gama de carbohidratos que se le atribuyen. En seguida se esquematiza de manera general la manera en la que la celula de la levadura asimila cada carbohidrato:

Es posible darse cuenta de la diferencia de sustancias en cada tipo de azúcar. Ahora bien, entre más sacarosa contenga el azúcar, menor será la cantidad de nutrientes, vitaminas y enzimas que ayuden a la asimilación de estas sustancias; lo que nos hace pensar que si el sustrato que se utilizó en la práctica era sacarosa pura (así se señalaba en la etiqueta del frasco en el laboratorio) .y como ya se dijo ésta no contiene la amplia gama de sustancias que le ayudan a la levadura a oxidar de manera más eficaz y velozmente al carbohidrato, entonces le llevará más tiempo que si contara con algunas de estas sustancias. http://www.feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria21/feri Otra cosa importante que se debe tomar en cuenta es el proceso que S. cerevisiae lleva a283_01_efecto_del_sustrato_en_la_liberacion_de_co2_por a cabo para lograr fermentar la gran gama de carbohidratos que se le atribuyen. En _s_.pdf

seguida se esquematiza de manera general la manera en la que S. cerevisiae asimila cada carbohidrato.

EXPLICACIÓN DEL ESQUEMA, SEGUIDO DE LA EXPLICACIO DE LA En este esquema, resaltan algunas ideas como lo es el proceso enzimático necesario CANTIDAD DE PRODUCCION DE C02 DE LA SACAROSA. para que algunos carbohidratos puedan ser asimilados por la levadura. Se resalta el

hecho de que los disacáridos estánideas unidoscomo mediante enlaces glucosídicos, éstos En este esquema, resaltan algunas lo es el proceso enzimático mismos confieren propiedades características a los hidratos de carbono, entre ellos, necesario para que algunos carbohidratos puedan ser asimilados pordela levadura. Se resalta el hecho de que los disacáridos están unidos mediante enlaces glucosídicos, éstos mismos confieren propiedades características a los hidratos de carbono, entre ellos, de 16 aquí la capacidad de la celula de la levadura para fermentar ciertos sustratos como; en la sacarosa donde el tipo de enlace que une a la glucosa y a la fructosa es alfa (12), el cual se rompe gracias a la acción de la enzima invertasa, misma que está incluida en la celula de la levadura, produiendo liberación de CO2 y alcohol. En el caso del agua destilada que se empleo con la levadura, vemos en la grafica un producción de CO2 relativamente bajo, y esto es debido a:

(2) los azucares que no son glucosa para poder ser metabolizados deben convertirse en algun intermediario que pueda ser sintetizados ej: lactosa----glucosa +galactosa(debe convertirse en algun intermediario).

Y esta cita textual nos da la explicación acerca de porque la sacarosa si pudo lograr la fementacion, porque hay un intermediado

en las muestras usando diferentes carbohidratos: -en el tubo #1 no hay respiración celular debido a que sólo hay levadura y agua, es decir no hay carbohidratos para degradar y no pasa la glucolisis. - en el tubo #2(levadura y glucosa) hay respiración celular debido a que la glucosa pasa a glucolisis, que produce piruvato y genera grandes cantidades de CO2. - en el tubo #3 (levadura y fructosa) la fructosa está presente en la glucólisis por la tanto genera piruvato que genera la fermentación alcohólica (evidenciado por el aumento de CO2) - en el tubo #4(levadura y almidón) el almidón, debido a su alto peso molecular, la célula no tubo las enzimas para convertirlo en glucosa, por lo tanto, no pudo lograr hacer glucolisis en el tiempo que se le dio. - en el tubo #5(levadura y sacarosa) la sacarosa es un disacárido formado por glucosa más fructosa; por lo tanto hay respiración celular debido a que hay 2 monosacáridos y estos son degradados en la glucólisis, por lo tanto generan piruvato que provoca la fermentación alcohólica: esto se evidencia por el gran aumento de CO2. en las muestras utilizando antimetabolitos: - en el tubo #1 (levadura y agua destilada) no ocurre respiración celular debido a que no hay carbohidratos que degradar. - en el tubo #2 (levadura y glucosa) ocurre -debido a la glucosa-la glucólisis, generando 2 piruvatos y estos provocan la fermentación alcohólica, esto se evidencia por el aumento de CO2. - en el tubo #3(NaF al 0.01M, glucosa y levadura) el fluoruro de sodio es el antimetabolito, es decir, inhibe la respiración celular y actúa a nivel de la glucólisis, haciendo que la respiración celular sea mínima, esto se evidencia por la poca producción de CO2. - en el tubo #4(NaF al 0.1M, glucosa y levadura) hay mayor grado de inhibición, por lo tanto la respiración celular es casi nula, esto pasa por el alto grado de concentración del antimetabolito.

CONCLUSIONES: 1. Pudimos ver el proceso de respiracion celular empleando levadura y por lo tanto fue una respiracion anaerobica o tambien llamando fermentacion alcoholica. 2. Pudimos corroborar que existen inhibidoroes capaces de bloquear el proceso de glucolisis, en este caso empleamos el NaF, que es un inhibidor que actuba inhibiendo el paso de la produccion de 2FOSFOGLICERATO -FOSFOENOLPIRUVATO 3. Si es que no hay carbohidratos que degradar, no ocurre la respiración celular. 4. Si la solución es de alto peso molecular, se demora más en realizar la fermentación. 5. La glucosa facilita la respiración celular.

6. El fluoruro de sodio es inhibidor de la respiración celular. A mayor concentración de NaF más inhibición para la respiración celular.

Bibliografías: De J, del Pino, R. Alvis, D. Liviac, G. Guillén, Biología Celular y Molecular.2015 De Roberts, Hib&Ponzio. Biología celular y molecular de Roberts. 15ed.Buenos Aires: Editorial El Ateneo; 2008. Curtis, Barnes, Sheneck & Massarini. Biología. 7 ed. Santiago de Chile, Editorial médica Panamericana, 2009. (1) es.slideshare.net, Biología general. Ciencias Agronómicas UES: es.slideshare.net; 2012. Disponible en: http://es.slideshare.net/berosagon/respiracion-celular-12607327 (2) genomasur.com, Respiración celular. Silvia Márquez: genomasur.com; 2013. Disponible en: http://www.genomasur.com/lecturas/g.htm (3) blogspot.com, Respiración celular. Natalia Bernal: blogspot.com; 2011. Disponible en: http://larespiracioncelular.blogspot.com/2010/07/fermentacionlactica-y-alcoholica.html