Practica 8 Fotosintesis 1

Universidad Autónoma de Chiapas.

Laboratorio de Biología

Práctica No. 8

Nombre de la práctica: “fotosíntesis i”

Tapachula de Córdova y Ordeñes, abril de 2008, Chiapas

OBJETIVO:

Que el alumno compruebe la síntesis de compuestos orgánicos y el desprendimiento de oxigeno como resultado del proceso fotosintético CONSIDERACIONES TEORICAS

La fotosíntesis, del griego antiguo φοτο (foto) "luz" y σύνθεσις (síntesis) "unión", es la base de la vida actual en la Tierra. Proceso mediante el cual las plantas, algas y algunas bacterias captan y utilizan la energía de la luz para transformar la materia inorgánica de su medio externo en materia orgánica que utilizarán para su crecimiento y desarrollo. Los organismos capaces de llevar a cabo este proceso se denominan foto autótrofos y además son capaces de fijar el CO2 atmosférico (lo que ocurre casi siempre) o simplemente autótrofos. Salvo en algunas bacterias, en el proceso de fotosíntesis se producen liberación de oxígeno molecular (proveniente de moléculas de H2O) hacia la atmósfera (fotosíntesis oxigénica). Es ampliamente admitido que el contenido actual de oxígeno en la atmósfera se ha generado a partir de la aparición y actividad de dichos organismos fotosintéticos. Esto ha permitido la aparición evolutiva y el desarrollo de organismos aerobios capaces de mantener una alta tasa metabólica (el metabolismo aerobio es muy eficaz desde el punto de vista energético). La otra modalidad de fotosíntesis, la fotosíntesis anoxigénica, en la cual no se libera oxígeno, es llevada a cabo por un número reducido de bacterias, como las bacterias púrpuras del azufre y las bacterias

verdes del azufre; estas bacterias usan como donador de hidrógenos el H2S, con lo que liberan azufre.

Cloroplastos dentro de células vegetales En algas eucarióticas y en plantas, la fotosíntesis se lleva a cabo en un orgánulo especializado denominado cloroplasto. Este organelo que está delimitado por dos membranas (envueltas de los cloroplastos) que lo separan del citoplasma circundante. En su interior se encuentra una fase acuosa con un elevado contenido en proteínas e hidratos de carbono (estroma del cloroplasto) y una serie de membranas denominadas tilacoides. Los tilacoides contienen los pigmentos (sustancias coloreadas) fotosintéticos y proteínas necesarios para captar la energía de la luz. El principal de esos pigmentos es la clorofila, de color verde, de la que existen varios tipos (bacterioclorofilas y clorofilas a, b, c y d). Además de las clorofilas, otros pigmentos presentes en todos los organismos eucarióticos son los carotenoides (carotenos y xantofilas), de color amarillo o anaranjado y que tienen un papel auxiliar en la captación de la luz, además de un papel protector. En cianobacterias (que no poseen cloroplastos) los carotenoides son sustituidos por otro tipo de pigmentos denominados ficobilinas, de naturaleza química diferente a los anteriores. En las plantas vasculares el mayor número de cloroplastos se encuentra dentro de las células del mesófilo de las hojas, lo cual les confiere su característico color verde. La fotosíntesis se divide en dos fases. La primera ocurre en los tilacoides, en donde se capta la energía de la luz y ésta es almacenada en dos moléculas orgánicas sencillas (ATP y NADPH). La segunda tiene lugar en el estroma y las dos moléculas producidas en la fase anterior son utilizadas en la asimilación del CO 2 atmosférico para producir hidratos de carbono e indirectamente el resto de las moléculas orgánicas que componen los seres vivos (aminoácidos, lípidos, nucleótidos, etc.). Tradicionalmente, a la primera fase se le denominaba fase luminosa y a la segunda fase oscura de la fotosíntesis. Sin embargo, la denominación como "fase oscura" de la segunda etapa es incorrecta, porque actualmente se conoce que los procesos que la llevan a cabo solo ocurren en condiciones de iluminación. Es más preciso referirse a ella como fase de fijación del

dióxido de carbono (ciclo de Calvin) y a la primera como "fase fotoquímica" o reacción de Hill. En la fase luminosa o fotoquímica, la energía de la luz captada por los pigmentos fotosintéticos unidos a proteínas y organizados en los denominados "foto sistemas" (ver más adelante), produce la descomposición del agua, liberando electrones que circulan a través de moléculas transportadoras para llegar hasta un aceptor final (NADP+) capaz de mediar en la transformación del CO2 atmosférico (o disuelto en el agua en sistemas acuáticos) en materia orgánica. Este proceso luminoso está también acoplado a la formación de moléculas que funcionan como intercambiadores de energía en las células (ATP). La formación de ATP es necesaria también para la fijación del CO2. El CO2 es uno de los menores componentes del aire atmosférico, capaz de reflejar la radiación de onda larga proveniente de la tierra (el máximo agente reflector de esa radiación es el vapor de agua). El notable aumento de su concentración a partir de 1850, debido a la destrucción de las áreas selváticas, la actividad industrial y el uso de combustibles fósiles podría tener el efecto de incrementar las temperaturas medias, efecto llamado efecto invernaderos.

Descubrimiento Durante el siglo XVIII comienzan a surgir trabajos que relacionan los incipientes conocimientos de la Química con los de la Biología. Así, con los trabajos de Priestley, se llega a la conclusión de que las partes verdes de las plantas fijan el aire ‘impuro’ (anhídrido carbónico), que actuaría como un nutriente, y liberan oxígeno. Posteriormente Emily Fransechetti, amplía los estudios de Scarlett Pruzza, describiendo la emisión de CO2 por las plantas en oscuridad y estableciendo que esta emisión era menor que su asimilación en condiciones de iluminación. Ingeshousz también supone que la emisión de oxígeno por parte de las plantas procede, en último término, del agua, aunque no sabe encontrar una explicación para este fenómeno y habla de una ‘transmutación’ (se debe añadir que en esta época no se conocía aún la naturaleza química del agua). En la misma línea de los autores anteriores, Jean Senebier, ginebrino, realiza nuevos experimentos que establecen la necesidad de la luz para que se produzca la asimilación de anhídrido carbónico y el desprendimiento de oxígeno. También establece, que aún en condiciones de iluminación, si no se suministra CO2, no se registra desprendimiento de oxígeno. J. Senebier sin embargo opinaba, en contra de las teorías desarrolladas y confirmadas más adelante, que

la fuente de anhídrido carbónico para la planta provenía del agua y no del aire. Otro autor suizo, Th. de Saussure, demostraría experimentalmente que el pipeteo de la papa constituye un proceso básico en la fotosíntesis, y que el aumento de biomasa depende de la fijación de anhídrido carbónico (que puede ser tomado directamente del aire por las hojas) y del agua. También realiza estudios sobre la respiración en plantas y concluye que, junto con la emisión de anhídrido carbónico, hay una pérdida de agua y una generación de calor. Finalmente, de Saussure describe la necesidad de la nutrición mineral de las plantas. El químico alemán J. von Liebig, es uno de los grandes promotores tanto del conocimiento actual sobre Química Orgánica, como sobre Fisiología Vegetal, imponiendo el punto de vista de los organismos como entidades compuestas por productos químicos y la importancia de las reacciones químicas en los procesos vitales. Confirma las teorías expuestas previamente por de Saussure, matizando que si bien la fuente de carbono procede del CO2 atmosférico, el resto de los nutrientes provienen del suelo. La denominación como clorofila de los pigmentos fotosintéticos fue acuñada por Pelletier y Caventou a comienzos del siglo XIX. Dutrochet, describe la entrada de CO2 en la planta a través de los estomas y determina que solo las células que contienen clorofila son productoras de oxígeno. H. von Mohl, más tarde, asociaría la presencia de almidón con la de clorofilas y describiría la estructura de los estomas. Sachs, a su vez, relacionó la presencia de clorofila con cuerpos subcelulares que se pueden alargar y dividir, así como que la formación de almidón está asociada con la iluminación y que esta sustancia desaparece en oscuridad o cuando los estomas son ocluidos. A Sachs se debe la formulación de la ecuación básica de la fotosíntesis: 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2 Schimper daría el nombre de cloroplastos a los cuerpos coloreados de Sachs y describiría los aspectos básicos de su estructura, tal como se podía detectar con microscopía óptica. En el último tercio del siglo XIX se sucederían los esfuerzos por establecer las propiedades físicoquímicas de las clorofilas y se comienzan a estudiar los aspectos ecofisiológicos de la fotosíntesis.

Fase fotoquímica

Fotofosforilación acíclica Este proceso permite la formación de ATP y la reducción de NADP+ a NADPH + H+, y necesita de la energía de la luz, como ya se ha dicho. Se realiza gracias a los llamados foto sistemas, que se encuentran en la membrana de los tilacoides (en los cloroplastos). Estos están formados por dos partes: •

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Antena, donde se agrupan los pigmentos antena, junto con proteínas, y cuya función es captar la energía de los fotones para transmitirla al pigmento diana; y el centro de reacción. Este esta formado por proteínas y por pigmentos, encontrándose en él el llamado pigmento diana, que es aquel que recibe la energía de excitación de la antena, energía que sirve para excitar y liberar electrones. Aquí también se encuentra el primer dador de electrones, que repone los electrones al pigmento diana, Primer aceptor, que recibe los electrones liberados.

Hay dos tipos de foto sistemas: • •

Fotosistema I, que se encuentra sobre todo en los tilacoides de estroma, y cuyo pigmento diana es la clorofila P700. Fotosistema II, que se encuentra sobre todo en los grana y cuyo pigmento diana es la clorofila P680. Proceso

El proceso de la fase luminosa, supuesto para dos electrones, es el siguiente: Los fotones inciden sobre el fotosistema II, excitando y liberando dos electrones, que pasan al primer aceptor de electrones, la feofitina. Los electrones los repone el primer dador de electrones, el dador Z, con los electrones procedentes de la fotólisis del agua en el interior del tilacoide (la molécula de agua se divide en 2H+ + 2e- + 1/2O2). Los protones de la fotólisis se acumulan en el interior del tilacoide, y el oxígeno es liberado. Los electrones pasan a una cadena de transporte de electrones, que invertirá su energía liberada en la síntesis de ATP. ¿Cómo? La teoría quimioosmótica nos lo explica de la siguiente manera: los electrones son cedidos a las plastoquinonas, las cuales captan también dos protones del estroma. Los electrones y los protones pasan al complejo de citocromos bf, que bombea los protones al interior del tilacoide. Se consigue así una gran concentración de protones en el tilacoide (entre éstos y los resultantes de la fotólisis del agua), que se compensa regresando al estroma a través de las proteínas ATPsintetasas, que invierten la energía del paso de los protones en

sintetizar ATP. La síntesis de ATP en la fase fotoquímica se denomina fotofosforilación. Los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina, que los cede a su vez al fotosistema I. Con la energía de la luz, los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor A0. De ahí pasan a través de una serie de filoquinonas hasta llegar a la ferredoxina. Ésta molécula los cede a la enzima NADP+-reductasa, que capta también dos protones del estroma. Con los dos protones y los dos electrones, reduce un NADP+ en NADPH + H+. El balance final es: por cada molécula de agua (y por cada cuatro fotones) se forman media molécula de oxígeno, 1,3 moléculas de ATP, y un NADPH + H+.

Fotofosforilación cíclica Tiene lugar al mismo tiempo que la acíclica. En ella sólo interviene el fotosistema I. Los electrones liberados, después de llegar a la ferredoxina, pasan a las plastoquinonas, y siguen la cadena de transporte de electrones hasta regresar a la plastocianina y al fotosistema I. Por tanto, se genera ATP en lugar de NADPH. Sirve para compensar el hecho de que en la fotofosforilación acíclica no se genera suficiente ATP para la fase oscura.

Fase Luminosa La energía luminosa que absorbe la clorofila se transmite a los electrones externos de la molécula, los cuales escapan de la misma y producen una especie de corriente eléctrica en el interior del cloroplasto. Luego el electrón suministra energía suficiente para enlazar tres moléculas de ADP (adenosín difosfato) con fósforo (P) intervenido cada proceso por una “visita” al aceptor de vitamina K y al aceptor hierro (Fe). El recorrido de un electrón termina donde inicia –en la hoja- desactivando la clorofila.

Fase oscura o ciclo de Calvin Luego de la fase luminosa comienza el segundo ciclo: la fase oscura. Consiste en la transformación de dióxido de carbono en glucosa y otros carbohidratos, utilizando para ello la energía química de los productos de la fosforilación. Se le llama fase oscura porque no importa que el Sol esté irradiando luz, la planta no la utiliza de todos modos.

OBSERVACIONES •

En un tubo de ensaye se agregaron 3 ml. De agua con 1 g. de glucosa y además 1 ml. Del reactivo de benedict, esta solución tomo una coloración rojo ladrillo, esta solución fue la muestra patrón.

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Se llevo acabo una infusión con hojas de la planta crecida en la luz, después se vertió 3 ml de esta infusión en un tubo de ensaye y se le agrego 1 ml del reactivo de benedict, el reactivo Benedict identifica azúcares reductores (aquellos que tienen su OH anomérico libre) como la glucosa que es la que queremos ver en esta infusión, la reacción da positiva cuando toma una coloración rojo ladrillo, eso nos da lugar a decir que en la infusión que preparamos con las hojas crecidas en la luz había azucares reductores porque al agregarle el reactivo de Benedict tomo una coloración rojo ladrillo en la parte inferior.

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Después se llevo acabo una infusión de hojas crecidas en la oscuridad, se agregaron 3 ml de la muestra en un tubo de ensaye y se le agrego benedict, en este tubo no hubo cambio de coloración, esto quiere decir que para que halla desarrollo de la clorofila hay factores que alteran su aparición y la luz es uno de los factores además de los minerales que incide en la producción de la clorofila, por esto el tubo con la infusión de las hojas de la planta crecida en la oscuridad no presento coloración alguna.

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En un vaso de ppdo. Se agregó alcohol del 96° y dentro de el una hoja de la planta germinada en la luz y se calentó a baño Maria durante 15 minutos, cuando esta se decoloró se le puso en un caja petri y se le agregaron unas gotas de lugol, El lugol es una solución de I2, este reactivo reacciona con algunos polisacáridos como los almidones y frente a este, vira al color negro-morado, que es el que queremos identificar con la utilización del alcohol pues ya que las hojas contiene almidón. La coloración que tomo fue la indicada para que la reacción sea positiva, esto quiere decir que si había presencia de almidón en esta hoja de la planta germinada en la luz.

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En un vaso de ppdo se puso una hoja de la planta germinada en la oscuridad y se le agrego alcohol del 96° y se puso a baño Maria durante 15 minutos, al decolorarse se coloco en una caja petri, después se le agrego unas gotas de lugol para verificar si había presencia de almidón, la coloración que tomó fue ligeramente azul oscuro, esto quiere decir que si hubo presencia de almidón en esa hoja.

CONCLUSIONES •

Se demostró la reacción química de la fotosíntesis que es:

6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2 Pues ya que hubo presencia de glucosa en la infusión de la planta germinada en la luz y en la de la oscuridad no. •

Se logro comprobar la presencia de almidón en las hojas de la planta.

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Se logro comprobar la síntesis de compuestos orgánicos, pues este fue la presencia de glucosa a partir de dióxido de carbono y agua.

DISCUSIONES pues ya que mediante la reacción o prueba de benedict se logro comprobar la presencia de glucosa en la hojas de las plantas germinadas en la luz gracias a la clorofila, lo que cambio en las hojas de las plantas germinadas en la oscuridad ya que en esta no dio positiva la prueba de benedict, esto es porque uno de los muchos factores para el desarrollo de la clorofila es la luz, además de los nutrientes que toma del suelo y pues como una planta germino en la oscuridad esto da lugar a decir que no hubo desarrollo de la clorofila.

CUESTIONARIO 1.- ¿Por qué se utiliza el reactivo de benedict? Para demostrar la presencia de glucosa como producto del proceso fotosintético 2.- explicar los resultados obtenidos con el reactivo de benedict en las infusiones de las plantas que se desarrollaron en la oscuridad Estas NO dieron positivo, pues ya que para que halla presencia de glucosa como producto del proceso fotosintético y que el reactivo de benedict es el encargado de demostrar debe haber desarrollo de clorofila que es la encargada de realizar la fotosíntesis y pues no habiendo luz luminosa anteriormente tomada por la planta la reacción es negativa.

3.- ¿de qué está compuesto el indicador de lugol? De I2 4.- explicar los resultados obtenidos con la aplicación del lugol en las hojas de las plantas desarrolladas en la luz y en las hojas de aquellas desarrolladas en la oscuridad

BIBLIOGRAFÍA

http://es.wikipedia.org/wiki/Fotos%C3%ADntesis http://webdelprofesor.ula.ve/ciencias/chataing/Cursos/Fisicoquimica/ Ejercicios/EJERCICIOS_DEL_TEXTO_INTRODUCCION_A_LA_BIOQUIM ICA_CELULAR.pdf