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METABOLISMO CELULAR: PROCESO DE RESPIRACIÓN CELULAR Posteriormente a los mecanismos de nutrición y digestión celular, las células usan las moléculas producto de estos procesos como fuente para la elaboración de energía que es necesaria para la actividad celular, para lo cual pasan procesos como la desaminación de los aminoácidos, la beta-oxidación de los ácidos grasos y la glucólisis que tienen como objetivo la formación de ácido pirúvico y otras moléculas necesarias para los proceso de respiración celular. El ácido pirúvico obtenido de estos procesos, principalmente de la glucólisis, puede dependiendo del individuo y del medio en el cual se encuentra ir a dos rutas metabólicas: La ruta aeróbica denominada también catabolismo aerobio degradándose completamente hasta CO2 y agua, este mecanismo se realiza en las mitocondrias que actúan como centrales energéticas de la célula y sintetizan ATP producto de esta degradación. La otra ruta mencionada es el proceso anaeróbico llamada también catabolismo anaeróbico, que en ausencia de oxígeno transforma el ácido pirúvico en otras moléculas degradándose parcialmente, esta ruta tiene dos procesos más estudiados: el catabolismo láctico que por acción de la lactato deshidrogenasa se transforma en ácido láctico y la vía alcohólica donde el ácido pirúvico se descarboxila formando un acetaldehído y este es reducido por acción del NADH a alcohol etílico.

Este último tipo de fermentación la realizan algunas especies de levaduras como la Saccharomyces cerevisae que son utilizadas en la industria de la panificación y en la industria cervecera, estas levaduras tienen la capacidad de poder realizar los dos tipos de respiración dependiendo de la abundancia de nutrientes en el medio, cuando se encuentran en un medio rico en carbohidratos escogen la ruta anaeróbica.

En la presente práctica, utilizando un respirómetro artesanal, se observará la acción de diferentes carbohidratos como facilitadores en el proceso de respiración celular anaeróbica y la acción de un antimetabolito que interferirá en el proceso de respiración celular inhibiendo una de las etapas de la glucólisis. La acción del inhibidor sobre la respiración celular: La enzima enolasa cataliza la reacción que convierte el 2 fosfoglicerato (2PG) en fosfoenolpiruvato (PEP), la enolasa para reaccionar requiere de la presencia de iones de magnesio que mantiene su estructura y de iones manganeso como cofactor. En el siguiente experimento se usará el flúor para precipitar los iones magnesio y así inhibir la reacción. Esta inhibición se puede detectar como una disminución en la velocidad del proceso respiratorio, (disminución en la producción del CO2) en las células de levadura. Debido a que los fluoruros son extremadamente venenosos para los humanos, maneje las soluciones con sumo cuidado en este ejercicio y asegúrese de lavarse las manos tan pronto como termine.

MATERIALES: MATERIALES DEL LABORATORIO • 9 Tubos de ensayo pequeños

• 3 mL de NaF 0.01 molar

• 9 Tubos de base grandes

• 3 mL de NaF 0.10 molar

• Agua destilada

• Pipetas

• Solución de glucosa al 5%

• Gradilla

• Solución de fructosa al 5%

• Varilla de vidrio

• Solución de sacarosa al 5%

• Plumón marcador para vidrio

• Solución de almidón al 5%

• Incubadora a 37°C

MATERIALES DEL ESTUDIANTE • Levaduras seca • Regla milimetrada PROCEDIMIENTO 

Fabricación de un Respirómetro artesanal

Para construir un respirómetro simple, siga las siguientes instrucciones: llene con agua uno de los pequeños tubos de ensayo (en el experimento se usa la suspensión de levaduras y las otras sustancias en lugar de agua). Invierta el tubo de ensayo sobre el tubo de base plana. Hágalo rápidamente, de tal manera que se derrame la

menor cantidad posible de líquido del tubo de ensayo. Si hay burbuja de aire, se mide con la regla graduada en milímetros; si éste contiene células de levadura respirando, el dióxido de carbono tenderá a acumularse desplazando así más líquido. Después de un rato, el volumen de la cámara de aire constituye una medida de la cantidad de respiración que haya tenido lugar. Preparación de las muestras experimentales 1. Preparación de muestras utilizando diferentes carbohidratos Rotule los tubos de ensayo numerándolos del 1 al 5 por el lado curvo, manténgalos boca abajo mientras inscribe el número. Llénelos como se indica en la siguiente tabla: REACTIVO

1

2

3

4

5

Levadura

3 mL

3 mL

3 mL

3 mL

3 mL

Agua destilada

5 mL

Glucosa

5 mL

Fructosa

5 mL

Almidón

5 mL

Sacarosa

5 mL

2. Preparación de muestras utilizando antimetabolitos Rotule los tubos de ensayo numerándolos del 1 al 5 por el lado curvo, manténgalos boca abajo mientras inscribe el número. Llénelos como se indica en la siguiente tabla: REACTIVO

1

2

Levadura

3 ml

Agua destilada

5 mL

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

3

4

3 mL

3 mL

3 mL

5 mL

2 mL

2 mL

3 mL 3 mL

RESULTADOS TUBO

Longitud inicial (mm)

Longitud Final (mm)

(L. Final-L. Inicial) (Producción de CO2)

Tubo 1

50

50

0

Tubo 2

70

160

90

Tubo 3

60

100

40

Tubo 4

55

100

45

Tubo 1

2

3

4

PROCEDIMIENTO

RESULTADO

Se agregó 3 ml de levadura y 5 ml de agua destilada en un tubo de ensayo, luego este se invierte sobre un tubo base para tener un respirometro artesanal. Luego se llevó a una incubadora a 37ºC durante una hora Se agregó 3 ml de levadura y 5 ml de glucosa en un tubo de ensayo, luego este se invierte sobre un tubo base para tener un respirometro artesanal. Luego se llevó a una incubadora a 37ºC durante una hora Se agregó 3 ml de levadura, 2 ml de glucosa y 3 ml de Naf (0,01 M) en un tubo de ensayo, luego este se invierte sobre un tubo base para tener un respirometro artesanal. Luego se llevó a una incubadora a 37ºC durante una hora Se agregó 3 ml de levadura, 2 ml de glucosa y 3 ml de Naf (0,10 M) en un tubo de ensayo, luego este se invierte sobre un tubo base para tener un respirometro artesanal. Luego se llevó a una incubadora a 37ºC durante una hora

En esta muestra no se observó desplazamiento

En esta muestra se pudo observar un desplazamiento de 90 mm (mayor a las otras muestras)

En esta muestra se pudo observar un desplazamiento de 40 mm.

En esta muestra se pudo observar un desplazamiento de 45 mm.

ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS

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En el 1mer tubo (levadura y agua destilada) (control negativo) en esta muestra no se pudo observar el desplazamiento del tubo de ensayo, ya que el agua destilada no posee carbohidratos, los cuales se degradarían mediante la respiración de la levadura, generando a su vez CO2. Lo cual no ocurrió en esta experiencia. GLUCÓLISIS La glucólisis, lisis o escisión de la glucosa, tiene lugar en una serie de nueve reacciones, cada una catalizada por una enzima específica, hasta formar dos moléculas de ácido pirúvico, con la producción concomitante de ATP. La ganancia neta es de dos moléculas de ATP, y dos de NADH por cada molécula de glucosa. Entonces: En el 2do tubo (levadura y glucosa) en esta muestra se pudo un mayor desplazamiento del tubo de ensayo, ya que se produce la respiración celular degradando a la glucosa, esta genera gran cantidad de CO2 produciendo dicho desplazamiento. INHIBIDOR ENZIMATICO Los inhibidores enzimáticos son moléculas que se unen a enzimas y disminuyen su actividad. Puesto que el bloqueo de una enzima puede matar a un organismo patógeno o corregir un desequilibrio metabólico, muchos medicamentos actúan como inhibidores enzimáticos. INHIBIDOR NAF El fluoruro inhibe la glicólisis, con acumulación de 2PG y 3PG, al inhibir fuertemente la enolasa en presencia de Pi. Se ha demostrado que el F- y el Pi forman un complejo con el catión divalente en el sitio activo de la enzima, lo que afecta la reacción catalizada.

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En el 3 tubo (levadura, glucosa y Naf 0,01 M) en esta muestra se observó menor desplazamiento del tubo de ensayo, no como la segunda experiencia, esto se debió por la acción del NAF (inhibidor) en este caso no se llevó a cabo el proceso de fermentación, esto se debe a que el ion fluoruro actúa como inhibidor de la enolasa. En el 4 tubo (levadura, glucosa y Naf 0.10 M) en esta muestra se observó menor desplazamiento del tubo de ensayo, no como la segunda experiencia, esto se debió por la acción del NAF (inhibidor) en este caso no se llevó a cabo el proceso de fermentación, esto se debe a que el ion fluoruro actúa como inhibidor de la enolasa.

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En el 3 y 4 tubo, el NAF impide la glucolisis, y como resultado no hay presencia de CO2.

CONCLUSIONES 

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La respiración celular es el proceso por el cual las células degradan moléculas de los alimentos para obtener energía, mediante vías catabólicas y anabólicas. Se pudo observar que la fermentación alcohólica tiene como resultado etanol o alcohol etílico y CO2, observamos el desplazamiento de la cantidad de CO2 liberada en este proceso, con ayuda de Levadura y Carbohidratos como la glucosa. Las reacciones catabólicas degradan las moléculas de los alimentos mediante vías oxidativas y liberan energía. Las reacciones anabólicas generan las diferentes moléculas complejas que necesitan las células y requieren aporte de energía. Las ATP, NADH Y NADPH, desempeñan un papel central en el metabolismo. El ATP transporta grupos fosfatos ricos en energía, mientras que el NADH Y NADPH transportan electrones de alta energía. La velocidad a la que una enzima cataliza una reacción uniéndose a las moléculas de un sustrato particular, de modo que no disminuyen la energía de activación necesaria para formar y rompe enlaces covalentes específicos.

BIBLIOGRAFIA 1. Alberts B. Introducción a la biología celular.3° ed. México: Editorial Medica Panamericana. 2011. p.82-114. 2. Rojas-Sánchez Fátima, Lalaguna Fernando, Infante Yanira, Acevedo Ana Maria. Efecto inhibitorio del nonanoato de potasio y el fluoruro de sodio en la acidogenicidad de la placa dental humana in vitro: Nonanoato de Potasio y Fluoruros como inhibidores de la placa dental. Acta odontol. venez [Internet]. 2000 Jun [citado 2016 Mayo 26] ; 38( 2 ): 27-32. Disponible en: http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S000163652000000200006&lng=es.