Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Agronomía Área de Ciencias Subarea de Ciencias Biológicas Laboratorio de Fisiología Vegetal. Escuela de Diciembre del 2015Aux. Miguel Muñoz

Gabriel Alejandro García Rivera 201400423

Reporte de la practica 5. Respiración

1. Introducción

La respiración celular es el conjunto de reacciones bioquímicas, principalmente para producir energía en forma de ATP. Al igual que los animales las plantas realizan respiración, las plantan obtienen la energía de los azucares producidos en la fotosíntesis, generalmente glucosa, rompiendo los enlaces de carbono por medio de la respiración utilizando oxigeno atmosférico y liberando CO2. El proceso de la respiración se da por la apertura de los estomas que se encuentran en las hojas principalmente y algunos tallos jóvenes, en algunas plantas por medio de las lentecielas y los pelos radicales, este proceso es contrario a la fotosíntesis, porque captura O2 y libera CO2, a diferencia de la fotosíntesis la respiración se lleva a cabo durante el día y la noche, no necesita de la energía luminica. Durante la respiracion se produce un intercambio gaseoso con la atmosfera, mediante el cual se obtiene energía a partir de la degradación de sustancias orgánicas, como los azúcares y los ácidos principalmente. En los organismos vivos se llevan a cabo dos tipos de respiración celular: la respiración aerobia y la anaerobia. La respiración aerobia se lleva a cabo en presencia de oxígeno y la anaerobia en ausencia de oxígeno.

En el laboratorio de fisiología vegetal se estudió la respiración por medio de semillas de frijol y plántulas de maíz, estudiando cualitativamente como las plantas absorben el O2 y liberan CO2 mediante la respiración y se determinó cuantitativamente que efecto tiene el CO2 en el pH del medio. La respiración aerobia consta de dos etapas, la glucólisis y el ciclo de Krebs. La glucólisis es la degradación de la glucosa en dos moléculas de ácido pirúvico. Se lleva a cabo en tres pasos. Primero la activación de la glucosa, seguido de la ruptura de la glucosa y finalmente la obtención de productos brutos, (2 ácidos pirúvicos + 2NADH + 4 ATP).

2. Objetivos

2.1 General Observar y cuantificar los efectos que tiene la respiración celular en los diferentes

órganos vegetales.2.2 Específicos Identificar cualitativamente la absorción de O2 y liberación de CO2 en la respiración

de las semillas de frijol germinado. Cuantificar el efecto del CO2 liberado por las raíces en el pH en las plántulas de

maíz (Zea mays).

3. Revisión Bibliográfica

Respiración celular: Las células llevan a cabo diversos procesos para mantener su funcionamiento normal, muchos de los cuales requieren energía. La respiración celular es una serie de reacciones mediante las cuales la célula degrada moléculas orgánicas y produce energía. Todas las células vivas llevan a cabo respiración celular para obtener la energía necesaria para sus funciones. Usualmente se usa glucosa como materia prima, la cual se metaboliza a bióxido de carbono y agua, produciéndose energía que se almacena como ATP (trifosfato de adenosina). La respiración celular se divide en pasos y sigue distintas rutas en presencia o ausencia de oxígeno. En presencia de oxígeno sucede respiración aeróbica y en ausencia de oxígeno sucede respiración anaeróbica. Ambos procesos comienzan con la glucólisis. Glucólisis es el primer paso de la respiración celular y consiste de una serie de reacciones que ocurren en el citoplasma de la célula y por las cuales, a partir de una molécula de glucosa, se producen dos moléculas de ácido pirúvico (piruvato). Todos los organismos llevan a cabo la glucólisis. La glucólisis se divide en dos partes; en la primera la molécula de glucosa se divide en dos moléculas de gliceraldehido-3-fosfato y en la segunda estas dos moléculas se convierten en dos moléculas de ácido pirúvico (piruvato). Durante la glucólisis se producen dos moléculas de ATP. (SHARON GUTIÉRREZ R. 2012).

El oxígeno del medio que rodea a la planta (tanto el O2 atmosférico como el gas disuelto en el agua para las plantas acuáticas) es considerado uno de los sustratos de las oxidaciones biológicas. La respuesta depende de la disponibilidad de O2, límite que se obtiene o alcanza con un 20% de O2 en el aire, para la mayor parte de las plantas terrestres. Esto significa que la intensidad respiratoria (IR) de las plantas terrestres es óptima a las concentraciones normales de O2 en la atmósfera. Este es un ejemplo de la

adaptación de las plantas al ambiente. (DR. SERGIO GONZÁLEZ S. 2010).

Desde el punto de vista local el fenómeno de absorción se da cuando en un punto cualquiera de la columna se produce el contacto de un gas y un líquido en condiciones de no-equilibrio, lo cual favorece que se realice una transferencia de materia oponiéndose al gradiente de presiones existente (ley de Fick). La fuerza impulsora actuante es, por lo tanto, la diferencia entre la presión parcial -en la corriente gaseosa- del componente adsorbido y su presión de vapor a la temperatura de trabajo. Se puede usar para la absorción el mismo equipo que se usa en una destilación, ya que las fases en contacto serán también un líquido y un gas. (SHARON GUTIÉRREZ R. 2012).

La respiración celular aeróbica es el conjunto de reacciones en las cuales el ácido pirúvico producido por la glucólisis se transforma en CO2 y H2O, y en el proceso, se producen 36 moléculas de ATP.* En las células eucariotas este proceso ocurre en el mitocondria en dos etapas llamadas el Ciclo de Krebs (o ciclo de ácido cítrico) y la cadena de transporte de electrones.

La respiración en las semillas embebidas, ha sido diferenciada en cuatro etapas. La primera es un rápido aumento de la respiración, y las mitocondrias son activadas y la replicación mitocondrial se estimula, llevando al inicio de la glucólisis, seguida por el ciclo de Krebs y la cadena transportadora de electrones en las mitocondrias. Se cree que el sustrato es principalmente la glucosa. En la segunda etapa, la respiración se mantiene estacionaria alrededor de 15 a 20 horas desde el comienzo de la imbibición, debido a que el oxígeno no difunde con velocidad suficiente según la necesidad de la semilla y el camino metabólico se deriva a la fermentación. La restricción al rápido flujo de oxígeno al embrión es causada por la resistencia que le ofrecen los tegumentos. En la tercera etapa, la radícula ha crecido y alcanzado la testa que aparece con fisuras en varias partes. Esto facilita la entrada de oxígeno, lo que incrementa nuevamente la respiración, a la que contribuye el mayor número de mitocondrias y de enzimas activas. Comienza la síntesis proteica, inicialmente del ARNm pre almacenado, seguido de la transcripción y translación de nuevo ARNm a medida que los genes involucrados en la germinación se activan. En la cuarta etapa, se produce una disminución de la respiración causado por el agotamiento de las reservas, que todavía la fotosíntesis de la plántula no compensa. (Ing. Agr. MARIA A.

MARASSI 2013).

La respiración celular es una parte del metabolismo, más precisamente del catabolismo, en la cual la energía presente en distintas biomoléculas es liberada de manera controlada. Durante la respiración, parte de esa energía es utilizada para sintetizar (fabricar) ATP, que a su vez es empleado en el mantenimiento y desarrollo del organismo (anabolismo). La

respiración celular es un proceso mediante el cual las células de los organismos oxidan nutrientes de los alimentos para que liberen energía. Como resultado, el carbono presente en dichos nutrientes queda oxidado, es decir, se transforma en dióxido de carbono que es eliminado por medio de la respiración a la atmósfera. Para que se realice la respiración celular es fundamental la presencia de oxígeno (respiración aeróbica). Los animales lo toman de la atmósfera a través de órganos especializados (pulmones, branquias). Los vegetales lo hacen mediante un aparato denominado estomas, ubicados en las hojas y que será explicado más adelante. La respiración se efectúa durante las 24 horas. La cantidad de oxígeno que los vegetales absorben de la atmósfera a raíz del proceso respiratorio es menor que la que desprenden al efectuar la fotosíntesis, y el dióxido de carbono que desprenden también es menor a la cantidad que absorben. (CIENCIAS BIOLÓGICAS 2010).

¿Dónde se lleva a cabo la respiración? La respiración celular se lleva a cabo dentro de las mitocondrias, pequeños orgánulos ubicados en el citoplasma de las células vegetales y animales. Estas estructuras, de forma oblonga y aplastada, procesan el oxígeno y convierten a los carbohidratos, ácidos grasos y proteínas de los alimentos en energía. (CIENCIAS BIOLÓGICAS 2010).

Imbibición: es el movimiento de agua por capilaridad hacia el interior de las semillas en germinación y de sustancias como la madera y la gelatina al igual que coloides, que se hinchan como resultado de ello. Entre los factores que afectan la imbibición están la temperatura, la viscosidad del líquido, la concentración de solutos, el espacio disponible, la energía cinética de las partículas al igual que la cohesión y adhesión de las moléculas del líquido (L. NAVARRO, 2009).

Anegamiento: Inundación de un terreno agrícola ya sea por un aumento del nivel freático (capa superior del agua subterránea) o por una irrigación excesiva. El anegamiento apelmaza el suelo, deja las raíces sin oxígeno y contribuye a la salinización. Las raíces de las plantas necesitan oxígeno para desarrollarse y, por lo general, las plantas no pueden vivir en suelos que acumulan tanta humedad. Las plantas típicas de los pantanos tienen en sus raíces un sistema de comunicaciones y de tejido esponjoso que permite el paso del oxígeno a todas sus partes. El Anegamiento de aguas por los terrenos de yeso, es impulsado en manantiales por la línea. Cavando un canal en la línea del manantial, el agua puede conducirse hacia la corriente sin inundar el suelo circundante, (ESTUDIAR, ONLINE. 2011).

4. Materiales y Equipo

4.1 Adsorción de O2 en la respiración Tubos de ensayo

Semillas de frijol germinado Solución de NAOH al 20% Agua destilada Algodón Beacker de 50 ml. 4.2 Efecto del CO2 liberado por las raíces sobre el pH del medio. Dos plántulas de maíz (Zea mays). Tubos de ensayo Algodón Beacker de 50 ml. Papel aluminio Goteros Solución de fenolftaleína Solución de NAOH al 0.01 N Gradillas Solución de K2CO3 al 2%

5. Metodología

5.1 Adsorción de O2 en la respiración. En dos de los tubos de ensayo colocar de 5 a 10 semillas de frijol completamente

embebidas e insertar algodón húmedo no compacto. Al tercer tubo ponerle solo algodón.

A dos de los tubos de precipitado agregarle aproximadamente 20 ml de NAOH al 20% y al otro solo agua en igual cantidad. Invertir uno de los tubos con semillas en un beacker que contenga NAOH y el otro en un vaso con agua, el tubo sin semilla colóquelo en un vaso con NAOH.

Todos los tubos de ensayo deben de tener igual de volumen de líquido. Observar la altura de los tres líquidos después de 24 horas.

5.2 Efecto del CO2 liberado por las raíces sobre el pH del medio. Agregue 2 gotas de fenolftaleína a un vaso con 100 ml de agua del chorro, añadir

gota a gota de una solución de K2CO3 hasta que aparezca una coloración rosado pálido.

Con esta agua llene dos tubos de ensayo, tape uno de ellos con algodón y el otro taparlo con una plántula de maíz sostenida con algodón. Envolver los tubos con aluminio.

Deje los tubos de ensayo en un lugar iluminado durante una semana. De cada uno de ellos tome una alícuota de 10 ml que se deberá titular con NAOH al 0.01 N para valorar el CO2 que contiene.

Antes de titular agregue dos gotas de fenolftaleína como indicador del cambio de color. Anote los valores obtenidos respecto al gasto de NAOH de ambos tubos.

6. Resultados y Discusiones.

6.1 Absorción De O2 En La Respiración

Cuadro 1. Resultados De Absorción De O2 En Semillas De Frijol

TUBO ALTURA INICIAL

FUERA DEL TUBO

ALTURA INICIAL CAPILARIDAD(DENTRO

DEL TUBO)

ALTURA FINAL FUERA

DEL TUBO

ALTURA FINAL CAPILARIDAD(DENTRO

DEL TUBO)

1er. Tubo con semillas-NaOH

3.1 cm 0.5 cm 2.4 cm 2.9 cm

2do. Tubo con semillas-H2O

3.4 cm 0.5cm 3 cm 0.8 cm

3er. Tubo con algodón-NaOH

3.4 cm 0.5 cm 3.4 cm 0.5

Fuente: Elaboración propia en el laboratorio de Fisiología vegetal, T8, FAUSAC.

Descripción: dos tubos de ensayo se colocaron en solución de NaOH aproximadamente por una semana de los cuales uno contenía semillas de frijol imbibidas, y el tercer tubo se colocó solamente en agua, con semillas de frijol imbibidadas, de los tres tubos solo los que contenían semillas, presentaron cambios, denotando la respiración.

Discusión: para llevar a cabo este experimento primero se colocaron las semillas de frijol a germinar, para la imbibición, así evitando la etapa dos de la respiración de las semillas según la Ing. Agr. (Marassi 2013) “la respiración se mantiene estacionaria alrededor de 15 a 20 horas desde el comienzo de la imbibición, debido a que el oxígeno no difunde con

velocidad suficiente según la necesidad de la semilla y el camino metabólico se deriva a la fermentación”. La absorción de O2 y la producción de CO2 son los fenómenos más evidentes que pueden medirse y determinar que un vegetal respira. Los grandes procesos fisiológicos que caracterizan la respiración están fundamentados sobre las mediciones de esos intercambios gaseosos. Esta prueba se realiza con el fin de determinar que las semillas de frijol durante la germinación aparte de nutrientes, necesitan O2 para la respiración.

En el tubo 1 con semillas, que se colocó en solución de NaOH, las raíces de las semillas de frijol absorben O2 de los gases que quedan entre el espacio de las semillas y el NAOH, liberando CO2, el NAOH por ser una base reacciona con el CO2. La reacción que se lleva a cabo es CO2 + NaOH → NaHCO3 + H2O produciendo una solución de bicarbonato de sodio y agua.

En el tubo 2 con semillas y en solución de agua, el cambio es menor que el tubo en NaOH, al principio hubo absorción de O2, pero llego un momento que se concentró mucho CO2 liberado por la planta, y no se incorporó en la solución como lo hizo en el primer tubo y la planta no logro seguir haciendo su respiración y es por ello que el volumen de agua no ascendió por el tubo como lo hizo el NaOH. El cambio de nivel NAOH solo se observa en el primer tubo de ensayo ya que al momento de que se lleva a cabo la reacción el CO2 en estado gaseoso entra en reacción con el NAOH quedando un espacio el cual es ocupado por el líquido que sube por la presión atmosférica esta presión se debe al espacio que queda entre el líquido y las raíces que hace que el nivel del líquido tienda a subir.

6.2 Efecto Del CO2 Liberado Por Las Raíces Sobre El pH Del Medio

Cuadro 2. Determinación Indirecta De La Actividad Respiratoria De Las Raíces de Maíz

TUBO CANTIDAD DE ALCALI GASTADO (NaOH)

Con planta 1 ml

Sin planta 0.8 ml

Fuente: Elaboración propia en el laboratorio de Fisiología vegetal, T8, FAUSAC.

Descripción: los datos anteriores pertenecen a la titulación de la solución de 100ml de H2O con K2CO3, de la cual se tomaron dos alícuotas para llenar los tubos de ensayo sin mojar el algodón, uno con una plántula de Maiz, y uno solamente con algodón, después de una semana se realizó la titulación con NaOH, para calcular la cantidad de CO 2

consumido.

Discusión: Para este experimento se utilizó agua del chorro (H2O) la cual estaba con un pH cercano a 7, se le agrego carbonato de potasio (K2CO3) gota a gota hasta que diera una coloración levemente rosada. En uno de los tubos de ensayo se introdujo una plántula de maíz y el otro tubo queda solamente lleno del agua neutralizada sin la plántula.

El tubo de ensayo que contiene la plántula de maíz se tituló con 1 ml de NAOH 0.01 N esta es una base, que se utilizó para neutralizar el agua, que estaba acida debido a la liberación de CO2 formando ácido carbónico por las raíces de la plántula de maíz. El CO2 reacciona con el agua para formar acido carbónico (H2CO3). El ácido carbónico (H2CO3) es el que aumenta la concentración de protones H+, por consiguiente disminuyendo el pH.

Sin embargo en el tubo sin planta se obtuvo también una variación de pH, gastando 0.8 ml el cual es un resultado no se esperaba, ya que no contenía un medio en este caso una plántula la cual liberara CO2 por sus raíces el cual modificara su pH, esto se debió por un mal manejo de experimentó, pero sin embargo el tubo con la planta gasto más NaOH lo que indica que es más acido por el CO2 liberado por las raíces de las plantas, convertido en ácido carbónico en la solución, comprobando que las plantas también realizan respiración radical, es por ello que no es recomendable evitar anegamiento en el suelo, porque la planta no puede realizar la respiración por el exceso de agua y déficit de O 2, para que se dé una buena respiración radical, el suelo debe tener un buen espacio poroso libre de agua, con una buena humedad.

7. Conclusiones

7.1 La absorción de O2 en las plantas se da para realizar la respiración y eliminar el bióxido de carbono (CO2), el oxígeno se absorbe y reacciona con la glucosa rompiendo sus enlaces y obteniendo energía en forma de ATP y Cofactores Oxidados, y la vez la planta libera dióxido de carbono. La respiración de la planta y liberación de CO2 se puede observar mediante la reacción del NAOH con el CO2 subiendo el nivel de agua por el vacío que queda por la pérdida de CO2. Las semillas de frijol si germinan ya que realizan los procesos de respiración.

7.2 La liberación de CO2 mediante la respiración radicular por la ruptura de los enlaces de glucosa, el pH de la solución disminuye porque el CO2 y agua reaccionan acido carbónico, el cual es aportador de protones H+ bajando el pH del agua, volviendo la solución acida, es por ello que se titula con un base (NaOH).

8. Bibliografía

ANÓNIMO. Análisis de una columna de absorción de CO2. (En línea) Consultado el 27 de Dic. Del 2015. Disponible en: http://ocw.uc3m.es/ingenieria-quimica/quimica-ii/practicas-1/PR-F-007.pdf

CIENCIAS BIOLÓGICAS. 2010. Respiración celular. (En línea). Respiración aeróbica. Consultado el 27 de Dic. Del 2015. Disponible en: http://hnncbiol.blogspot.com

Dr. SERGIO GONZÁLEZ S. 2010. Respiración en las plantas. (En línea). Presión de O2 en la atmosfera. Consultado el 27 de Dic. Del 2015. Disponible en: http://exa.unne.edu.ar/biologia/fisiologia.vegetal/respiracion%20en%20plantas.pdf

ESTUDIAR ONLINE. 2011. Anegamiento. (En línea). Anegamiento de Campos. Consultado el 27 de Dic. Del 2015. Disponible en: http://www.estudiaronline.org/geografia/agricultura/anegamiento.html

ING AGR. MARIA A. MARASSSI 2013. Departamento de biología Facena. Respiración de la Semilla durante la Germinación (En línea). Respiración y absorción de O2 en las raíces de semillas. Consultado el 27 de Dic. Del 2015. Disponible en: http://exa.unne.edu.ar/biologia/fisiologia.vegetal/GuiadeestudioGerminacion.pdf

L. NAVARRO. 2009. Imbibición. (En Línea). Colombia. Consultado el 27 de Dic. Del 2015. Disponible en: http://gt.globedia.com/imbibicion

SHARON GUTIÉRREZ R. 2012. Universidad popular del cesar. Respiración anaeróbica. (En línea). Respiración celular Consultado el 27 de Dic. Del 2015. Disponible en: http://www.academia.edu/8726832/Informe_de_laboratorio_respiraci%C3%B3n_anaerobia

9. Anexos. 9.1 Imagen 1. Experimento de Absorción De O2 En La Respiración con semillas de

frijol.

Fuente: Elaboración propia.

9.2 Imagen 2. Experimento del Efecto Del CO2 Liberado Por Las Raíces Sobre El pH Del Medio en planta de maíz.

Fuente: Elaboración propia.