LABORATORIO DE BIOLOGÍA II

FOTOSÍNTESIS

ANGEL ARAUJO CARDENAS

PILAR RICO TORO

JOSE CARLOS PICAZA MATUTE

LEONEL HERNANDEZ

MARTHA PEREZ ZEQUEIRA

CARLOS EDUARDO PACHECO

DOCENTE:

GUSTAVO ROHENES GALE

UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR

FACULTAD DE INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

ING. AMBIENTAL Y SANITARIA

2011-I

Introducción

La fotosíntesis es el proceso en el que la energía de la luz solar se

transforma en energía química que se almacena en carbohidratos y

otras moléculas orgánicas.

Este proceso bioquímico construye azucares a partir de la luz solar, del

dióxido de carbono y el agua. La energía de la luz del sol es capturada

por un pigmento verde llamado clorofila. Casi mil millones de toneladas

de clorofila son sintetizados anualmente por los organismos

fotosintéticos como: plantas, algas, y cierto tipo de bacterias.

En el laboratorio realizaremos reconocimiento de la clorofila a partir de

hojas de verdes de espinaca y producción de oxigeno a partir del

proceso de fotosíntesis.

OBJETIVOS

General:

Conocer la importancia de la fotosíntesis para todas las formas de vida

Específicos:

Aprender a reconocer la clorofila en el laboratorio

Aplicar los conocimientos para obtener clorofila bruta

MARCO TEÓRICO

La fotosíntesis es uno de los procesos metabólicos de los que se valen las células para obtener energía.

Es un proceso complejo, mediante el cual los seres vivos poseedores de clorofila y otros pigmentos, captan energía solar, ellos transforman el agua y el CO2 en compuestos orgánicos reducidos (glucosa y otros), liberando oxígeno:

6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6O2

La energía captada en la fotosíntesis y el poder reductor adquirido en el proceso, hacen posible la reducción y la asimilación de los bioelementos necesarios, como nitrógeno y azufre, además de carbono, para formar materia viva.

La radiación luminosa llega a la tierra en forma de “pequeños paquetes", conocidos como cuantos o fotones. Los seres fotosintéticos captan la luz mediante diversos pigmentos fotosensibles, entre los que destacan por su abundancia las clorofilas y carotenos.

Al absorber los pigmentos la luz, electrones de sus moléculas adquieren niveles energéticos superiores, cuando vuelven a su nivel inicial liberan la energía que sirve para activar una reacción química: una molécula de pigmento se oxida al perder un electrón que es recogido por otra sustancia, que se reduce. Así la clorofila puede transformar la energía luminosa en energía química...

En la fotosíntesis se diferencian dos etapas, con dos tipos de reacciones:

1. Fase luminosa: en tilacoides en ella se producen transferencias de electrones.

2. Fase oscura: en el estroma. En ella se realiza la fijación de carbono

FASE LUMINOSA

Los hechos que ocurren en la fase luminosa de la fotosíntesis se pueden resumir en estos puntos:

1. Síntesis de ATP o fotofosforilación que puede ser: o acíclica o abierta o cíclica o cerrada

2. Síntesis de poder reductor NADPH 3. Fotolisis del agua

Los pigmentos presentes en los tilacoides de los cloroplastos se encuentran organizados en fotosistemas (conjuntos funcionales formados por más de 200 moléculas de pigmentos); la luz captada en ellos por pigmentos que hacen de antena, es llevada hasta la molécula de "clorofila diana" que es la molécula que se oxida al liberar un electrón, que es el que irá pasando por una serie de transportadores, en cuyo recorrido liberará la energía.

Existen dos tipos de fotosistemas, el fotosistema I (FSI), está asociado a moléculas de clorofila que absorben a longitudes de ondas largas (700 nm) y se conoce como P700. El fotosistema II (FSII), está asociado a moléculas de clorofila que absorben a 680 nm. Por eso se denomina P680.

La luz es recibida en el FSII por la clorofila P680 que se oxida al liberar un electrón que asciende a un nivel superior de energía; ese electrón es

recogido por una sustancia aceptora de electrones que se reduce, la Plastoquinona (PQ) y desde ésta va pasando a lo largo de una cadena transportadora de electrones, entre los que están varios citocromos (cyt b/f) y así llega hasta la plastocianina (PC) que se los cederá a moléculas de clorofila del FSI.

En el descenso por esta cadena, con oxidación y reducción en cada paso, el electrón va liberando la energía que tenía en exceso; energía que se utiliza para bombear protones de hidrógeno desde el estroma hasta el interior de los tilacoides, generando un gradiente electroquímico de protones. Estos protones vuelven al estroma a través de la ATP-asa y se originan moléculas de ATP.

El fotosistema II se reduce al recibir electrones procedentes de una molécula de H2O, que también por acción de la luz, se descompone en hidrógeno y oxígeno, en el proceso llamado fotólisis del H2O. De este modo se puede mantener un flujo continuo de electrones desde el agua hacia el fotosistema II y de éste al fotosistema I.

En el fotosistema I la luz produce el mismo efecto sobre la clorofila P700, de modo que algún electrón adquiere un nivel energético superior y abandona la molécula, es recogido por otro aceptor de electrones, la ferredoxina y pasa por una nueva cadena de transporte hasta llegar a una molécula de NADP+ que es reducida a NADPH, al recibir dos electrones y un protón H+ que también procede de la descomposición del H2O.

Los dos fotosistemas pueden actuar conjuntamente - proceso conocido como esquema en Z, para producir la fotofosforilación (obtención de ATP) o hacerlo solamente el fotosistema I; se diferencia entonces entre fosforilacion no cíclica o acíclica cuando actúan los dos, y fotofosforilación cíclica, cuando actúa el fotosistema I únicamente. En la fotofosforilación acíclica se obtiene ATP y se reduce el NADP+ a NADPH, mientras que en la fotofosforilación cíclica únicamente se obtiene ATP y no se libera oxígeno.

FASE OSCURA

En esta fase, se va a utilizar la energía química obtenida en la fase luminosa, en reducir CO2, Nitratos y Sulfatos y asimilar los bioelementos C, H, y S, con el fin de sintetizar glúcidos, aminoácidos y otras sustancias.

Las plantas obtiene el CO2 del aire a través de los estomas de sus hojas. El proceso de reducción del carbono es cíclico y se conoce como Ciclo de Calvin., en honor de su descubridor M. Calvin.

La fijación del CO2 se produce en tres fases:

1. Carboxilativa: El CO2 se fija a una molécula de 5C, la ribulosa 1,5 difosfato, formándose un compuesto inestable de 6C, que se

divide en dos moléculas de ácido 3 fosfoglicérico conocido también con las siglas de PGA

2. Reductiva: El ácido 3 fosfoglicérico se reduce a gliceraldehido 3 fosfato, también conocido como PGAL, utilizándose ATP Y NADPH.

3. Regenerativa/Sintética: Las moléculas de gliceraldehido 3 fosfato formadas siguen diversas rutas; de cada seis moléculas, cinco se utilizan para regenerar la ribulosa 1,5 difosfato y hacer que el ciclo de calvin pueda seguir, y una será empleada para poder sintetizar moléculas de glucosa (vía de las hexosas), ácidos grasos, amoinoácidos... etc; y en general todas las moléculas que necesita la célula.

En el ciclo para fijar el CO2, intervienen una serie de enzimas, y la más conocida es la enzima Rubisco (ribulosa 1,5 difosfato carboxilasa/oxidasa), que puede actuar como carboxilasa o como oxidasa, según la concentración de CO2.

Si la concentración de CO2 es baja, funciona como oxidasa, y en lugar de ayudar a la fijación de CO2 mediante el ciclo de Calvin, se produce la oxidación de glúcidos hasta CO2 y H2O, y al proceso se le conoce como fotorrespiración. La fotorrespiración no debe confundirse con la respiración mitocondrial, la energía se pierde y no se produce ni ATP ni NADPH; y como se ve en el esquema se disminuye el rendimiento de la fotosíntesis, porque sólo se produce una molécula de PGA que pasará al

ciclo de Calvin; en cambio cuando funciona como carboxilasa, se obtienen dos moléculas de PGA.

CLOROFILA Y PIGMENTOS ACCESORIOS

Un pigmento es cualquier sustancia que absorbe luz. El color de un pigmento es el resultado de la longitud de onda reflejada (no absorbida ). La clorofila, el pigmento verde de todas las células fotosintéticas, absorbe todas las longitudes de onda de la luz visible excepto el verde, el cual es reflejado y percibido por nuestros ojos. Un cuerpo negro absorbe todas las longitudes de onda que recibe. El pigmento blanco o colores claros reflejan todo o casi todas las longitudes de onda. Las sustancias coloreadas tienen su espectro de absorción característico, que es el patrón de absorción de un pigmento dado.

FORMULA ESTRUCTURAL DE LA CLOROFILA

La clorofila es una molécula compleja, formada por cuatro anillos pirrólicos, un átomo de magnesio y una cadena de fitol larga (C20H39OH).

En las plantas y otros organismos fotosintéticos existen diferentes tipos de clorofilas. La clorofila a se encuentra en todos los organismos fotosintéticos (plantas, ciertos protistas, proclorobacterias y cianobacterias). Los pigmentos accesorios absorben energía que la clorofila es incapaz de absorber. Los pigmentos accesorios incluyen clorofila b (en algas y protistas las clorofilas c,d y e), xantofila(amarilla) y caroteno, anaranjado ( como el beta caroteno, un precursor de la vitamina A ). La clorofila a absorbe las longitudes de ondas violeta, azul, anaranjado- rojizo, rojo y pocas radiaciones de las longitudes de onda intermedias ( verde-amarillo-anaranjado ).

Los pigmentos accesorios actúan como antena, conduciendo la energía que absorben hacia el centro de reacción. Una molécula de clorofila en el centro de reacción puede transferir su excitación como energía útil en reacciones de biosíntesis.

Los carotenoides absorben la longitud de onda azul y un poco en el verde, estos pigmentos tienden a ser rojos, amarillos o anaranjados. La clorofila b absorbe en el azul, y en el rojo y anaranjado del espectro ( con longitudes de ondas largas y baja energía ). La parte media del espectro compuesta por longitudes de onda amarilla y verde es reflejada y el ojo humano la percibe como verde. La distribución de los organismos fotosintéticos en el mar se debe a esto. La longitud de onda corta (más energética ) no penetra más allá de 5 métros de profundidad. La habilidad de absorber parte de la energía de longitud de onda larga (menos penetrante ) debe haber sido una ventaja para las algas fotosintéticas primitivas, que eran incapaces de encontrarse todo el tiempo en la zona superior ( fótica) del mar. Las algas verdes y pardas se instalan en la zona litoral superior, en tanto que en la zona profunda predominan las algas rojas.

Podemos decir que, el espectro de acción de la fotosíntesis es la eficiencia relativa en la generación de una respuesta biológica en función de la longitud de onda, de los diferentes colores, como por ejemplo la liberación de oxígeno. Mediante el estudio de los espectros de acción se descubrió, la existencia de dos fotosistemas en organismos que liberan O2 fotosintéticamente.

Desarrollo Metodológico

Obtención de la Clorofila

Recursos Humanos:

Para la elaboración de este ensayo nos basamos en la orientación del docente y en documentos encontrados en internet.

Recursos Técnicos:

Materiales: Insumos:

Mortero Hojas de espinaca

Papel filtro Arena Lavada

Tubos de ensayo Gasolina

Embudo

Resultados

Obtencion de la Clorofila

Macerar en un mortero con alcohol y arena lavada, unas

hojas verdes de espinaca

filtrar la masa obtenida, para tener una disolucion en

alcohol de clorofila

colocar en un tubo de ensayo, la disolucion de clorofila bruta

y agregarle 2ml de gasolina

Tapamos el tubo de ensayo y agitamos lentamente

Observar el color que toma el alcohol.

Una vez, después de haber macerado las espinacas con alcohol y al adicionarle los 2ml de gasolina, se presento una solución con varias coloraciones, en la primera una coloración amarilla y la segunda un color verde con precipitado de clorofila.

Análisis de los Resultados.

En este procedimiento obtuvimos una solución de clorofila en alcohol, después de haber macerado una hoja de espinaca, posteriormente colocamos la disolución en un tubo de ensayo y le agregamos 2ml de gasolina y agitamos lentamente y observamos dos faces en la solución. La primera se presento de color amarillo que es la xantofila que colorea el alcohol y en la segunda es la disolución de gasolina con clorofila.

El alcohol tiene la propiedad de absorber algunas característica de los compuesto con lo cuales son mezclado, por esta razón permite la separación de la xantofila en la disolución al momento de añadirle la gasolina que a su vez permite el arrastre y separación de la clorofila

Las xantofilas son compuestos químicos perteneciente al grupo de los caroteno que poseen uno o mas átomos de oxigeno en su estructura, son compuestos pigmentados y presentan también acción fotosintética, son mas resistentes a la oxidación que la clorofila, proporcionan sus tonos amarillentos y parduscos a las hojas secas.

Al añadir gasolina a la disolución de clorofila en alcohol, esta sirvió como medio de separación, llevando la xantofila a la parte superior de la solución y en la parte inferior la clorofila presentada una coloración respectiva para cada uno.

SEPARACION DE PIGMENTOS VEGETALES

Al realizar el procedimiento de la solución filtrada en el cual se obtuvo al machacar las hojas de espinaca con arena y alcohol tomamos 1 ml de la sustancia y agregamos en un beacker.

En el beacker colocamos un papel de filtro doblada en forma cilíndrica, con el fin que se mantuviera perpendicular al beacker

Después colocamos papel filtro en otro beacker y agregamos alcohol etílico y dejamos por unos minutos

Se observo que se formaron tres fases una de color amarilloso, otra de color verde claro y la ultima de color verde oscuroso

La fase de color amarilloso se llama xantofila, la capa verde claro es la clorofila y la ultima verde oscuro es la clorofila b. este orden es debido al orden de solubilidad de los pigmentos

OBSERVACION DE LAS UNIDADES FOTOSINTETICAS

CICLOSIS

La ciclosis es un permanente movimiento giratorio, de corriente o irregular del citoplasma y los componentes celulares vegetales, como ocurre en las algas Chara y Nitella. Su función es la de facilitar el intercambio de sustancias intracelularmente o entre la célula y el exterior. Este movimiento varía fundamentalmente dependiendo del estado de la célula o por un agente externo que lo estimula.

B. El movimiento en sí está causado por el citoesqueleto, más bien, por los microfilamentos que lo forman, y desplaza el citoplasma junto con los cloroplastos contenidos en él. También se realiza en los reinos protista y monera en los seres unicelulares y en el reino hongo en seres unicelulares.

CLOROPLASTOS

Descripción de la estructura y características de las mitocondrias

La mitocondria esta estructurada en varias partes, la componen algunas membranas y cavidades.

Membrana externa

Contiene numerosas proteínas que regulan los intercambios de sustancias con el citosol. Destacan las proteínas de canal, las cuales forman grandes poros que la hacen muy permeable, es la membrana que cubre a todas las demás.

Espacio Intermembrana

De composición muy similar a la del citosol debido a la permeabilidad de la membrana externa, es el espacio que viene antes de la membrana interna.

Membrana Interna

Con repliegues hacia al interior o crestas que aumentan la superficie de la membrana. Contiene numerosas proteínas de transporte, y otras con funciones muy especializadas como los

complejos que forman la cadena respiratoria y la ATP sintetasa, es la membrana que viene después del espacio intermemembrana.

Matriz mitocondrial

Es el espacio interior de la mitocondria y está rodeado por membrana interna. Contiene varios elementos, es el centro de la mitocondria.

Gran cantidad de enzimas que catabolizan diversas sustancias, como ácido piruvico o ácidos grasos.

DNA en forma de doble cadena cerrada sobre si misma, que contiene la información genética necesaria para la síntesis de RNA y proteínas mitocondriales.

Ribosomas responsables de la síntesis de las proteínas mitocondriales.

Enzimas que regulan y controlan la replicación, transcripción y traducción de DNA mitocondrial.

Sustancias diversas, como nucleótidos y iones

CONCLUSIÓN

En esta práctica concluimos que la clorofila está conformada por una

gran cantidad de pigmentos como la xantofila, los carotenos, la clorofila

a y la clorofila b; La xantofila le proporciona a las hojas tonos

amarillentos y parduscos a las hojas secas y a su vez se encuentra

enmascarada en la clorofila, que para separarla es necesario adicionar

sustancias como la gasolina que permite el arrastre de la clorofila y el

alcohol que toma las propiedades de la xantofila permitiendo su

separación logrando su visibilidad.

BIBLIOGRAFÍA

Bioquímica de Harper/ Robert Murray/ Edu. El Manual moderno/ 2001

Biología de Villee

EXTRACCIÓN Y SEPARACIÓN DE PIGMENTOS VEGETALES/ Q.F.B.; V Semestre: Universidad del Valle de México, Campus Chapultepec/ texto bajado por Internet