BIO-018 Practica 5 y 8 - Procesos Metabólicos PDF

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Objetivos de aprendizaje Comparar/contrastar los procesos de fotosíntesis y respiración celular Reconocer qué tipo de organismos pueden realizar la fotosíntesis Comparar/contrastar la respiración celular aeróbica y la anaeróbica Valorar la fotosíntesis como proceso de acopio de energía para todos lo...

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Objetivos de aprendizaje

Comparar/contrastar los procesos de fotosíntesis y respiración celular Reconocer qué tipo de organismos pueden realizar la fotosíntesis Comparar/contrastar la respiración celular aeróbica y la anaeróbica Valorar la fotosíntesis como proceso de acopio de energía para todos los organismos vivos, purificador del aire y generador de bienes y servicios

https://www.cambio16.com/uso-de-mascarillas-es-una-barrera-para-la-poblacion-sorda/%20Foto%20 Reuters%20/%20Mike%20Segar.

Preguntas de reflexión

¿Cómo obtienen los organismos vivos la energía que los mantiene con vida? ¿Qué tipo de organismos realizan la fotosíntesis? ¿Cuál es la principal fuente de carbono de los organismos vivos? ¿El proceso de respiración celular es igual en todos los organismos vivos? ¿En qué organelos de las células eucariotas ocurren la fotosíntesis y la respiración? ¿Cómo se vincula la respiración celular con la respiración general de un organismo multicelular?

Introducción 1

El conjunto de reacciones químicas que ocurren en las células es conocido como reacciones metabólicas o simplemente metabolismo. Esas reacciones rara vez ocurren solas y por lo regular forman parte de cadenas y redes metabólicas que son parte de procesos importantes como la fotosíntesis y la respiración celular. Todos los organismos vivos necesitan respirar, mientras que solo los organismos que contienen clorofila pueden realizar la fotosíntesis.

https://cienciatoday.com/cloroplasto/

Todos

https://blog.procreatec.com/donantes mitocondrias/

En los organismos eucariotas, la fotosíntesis ocurre en organelos membranosos llamados cloroplastos, los cuales son plastidios que contienen clorofila, un pigmento verde que es fundamental para que ocurra ese proceso. Por otro lado, en ese tipo de organismos, la respiración celular ocurre en otro tipo de organelos membranosos denominados mitocondrias. Cada uno de estos organelos contiene enzimas especiales que le permiten realizar el proceso metabólico correspondiente.

los organismos eucariotas contienen mitocondrias, y muchos de ellos también contienen cloroplastos como es el caso de las plantas. Todas las partes verdes de una planta contienen cloroplasto con clorofila, y por tanto realizan la fotosíntesis. De manera que, aunque las hojas verdes son los órganos fotosintetizadores más importantes, no son los únicos que realizan el proceso de fotosíntesis.

En el caso de los organismos procariotas, como no tienen ningún tipo de organelo membranoso, las enzimas respiratorias están en el citoplasma; aquellas que tienen clorofila (Ej., las cianobacterias), la contienen en unas extensiones internas especiales de la membrana plasmática. Para realizar esta práctica, serán muy útiles los contenidos de la Unidad II de tu Cuaderno de Unidades Teóricas de Biología Básica (BIO-017).

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Fotosíntesis y respiración en las células de las plantas La energía es imprescindible para que las células puedan realizar la mayoría de las reacciones metabólicas. Las células de los animales utilizan la energía que éstos obtienen de los alimentos que ingieren, ya sean suministrados por sus dueños si son domésticos, o de las plantas y/u otros organismos de su entorno si son silvestres. ¿Te has preguntado cómo pueden las plantas obtener la energía para sus reacciones metabólicas? Los organismos con clorofila como las plantas obtienen la energía directamente del sol cuando realizan el proceso de la fotosíntesis: la clorofila captura esa energía, la cual junto con enzimas provocan una serie de reacciones químicas que hacen que el dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) se combinen. Estas reacciones producen la glucosa (C6H12O6), una azúcar monosacárido que tiene la energía solar ya transformada en energía química en los enlaces que unen sus átomos. El H2O es absorbida del suelo por las raíces de las plantas junto con minerales; esa mezcla es denominada savia bruta y es conducida al resto de la planta. El CO2 es absorbido a través de los estomas que están en la epidermis de los tejidos verdes y que vimos en las hojas de magueyito de la Práctica #4. También vimos que, a través de los estomas, las plantas eliminan O2 y H2O producidas en el proceso de respiración celular. El O 2 requerido por las plantas para su respiración también es absorbido del aire a través de los estomas. ¿Y para qué sirve la glucosa a las plantas? Una vez producida la C6H12O6, ésta puede ser utilizada directamente por las plantas en su respiración celular para liberar y utilizar la energía de sus enlaces químicos o producir con ella y los minerales otros compuestos importantes para la estructura y función de la planta. Por ejemplo, ¿recuerdas que el almidón es un polisacárido formado por muchas moléculas de glucosa, y que el azúcar de mesa contiene sacarosa, un disacárido formado por dos monosacáridos: glucosa y fructosa? La mezcla en agua de todos los compuestos elaborados por la planta se denomina savia elaborada y es distribuida a todas sus células.

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Estoma

Tejido epidérmico de la hoja de la planta de magueyito (fotografía tomada con el microscopio compuesto)

Modificado de https://www.lifeder.com/estomas-plantas/

Intercambio de gases a través de las estomas durante la fotosíntesis (Estas estructuras también son utilizadas durante el proceso de respiración celular para inhalar O2 y exhalar CO2 y H2O). Ver video https://www.youtube.com/watch?v=4y0fEYptvEk ¿Cuáles son los cuatro ingredientes imprescindibles para que ocurra la fotosíntesis y cuáles son los productos finales de ese proceso? Dióxido de carbono, agua, oxigeno. 4

Recuerda que la fotosíntesis es un proceso complejo de muchas reacciones químicas que requieren enzimas que están en los cloroplastos de las plantas (y en el citoplasma de los procariotas foto sintetizadores). En el siguiente diagrama, puedes apreciar de forma simplificada tres ingredientes necesarios para que ocurra la fotosíntesis ¿Cuáles son? ¿Cuál no aparece en el esquema?

ACTIVIDAD 1 En el dibujo anterior, indica qué ocurre con el O2 y el CO2 durante la respiración celular de las plantas. Aquí representamos de forma simplificada lo que se necesita y lo que resulta en los procesos de fotosíntesis y respiración celular de las plantas:

Recuerda que el ATP (adenosín trifosfato) es considerada la “moneda energética en las células”, ya que casi todas las reacciones requieren un número determinado de ATPs para poder ocurrir. Se forma con la energía que se libera en el rompimiento de la glucosa y otras moléculas de carbohidratos. Junto con las enzimas, el ATP provoca reacciones metabólicas importantes para la estructura y el funcionamiento de las células y de los organismos multicelulares. ¿Qué relaciones existen entre los dos esquemas de arriba? 5

A diferencia de los animales, las plantas pueden usar la energía solar para producir sus propios alimentos en la fotosíntesis; pero no usan directamente la energía para otros procesos metabólicos como la respiración celular. Después de convertir la energía solar en energía química en los en laces de glucosa, una célula vegetal tiene que romper esta molécula durante su respiración para liberar esa energía y usarla para su mantenimiento, crecimiento y funcionamiento. La luz solar no solo es necesaria para realizar la fotosíntesis que produce la glucosa que sirve para alimentar a la planta. y formar otras moléculas que permiten su crecimiento y funcionamiento. También se precisa de luz solar para el desarrollo de los cloroplastos y la síntesis de clorofila. Decimos que las plantas son autótrofas, es decir que producen por sí mismas sus alimentos. Los animales, los hongos y gran parte de los organismos procariotas tienen que utilizar la energía captada por las plantas consumiendo vegetales u organismos que se alimentaron de plantas; por eso se les denomina heterótrofos.

ACTIVIDAD 2 Llena dos envases pequeños con tierra; en cada uno, siembra 5 semillas de maíz o de habichuelas. Coloca uno de los envases en un lugar totalmente obscuro en la casa y el otro, en un lugar iluminado. A cada uno, agrega una cucharada de agua de manera interdiaria. A los diez días, observa la diferencia entre las plantas que crecieron en la obscuridad y las que crecieron en lugar con luz. A. ¿Qué diferencia notaste en el color de las hojas? La semilla puesta en lugar donde le dio luz solar, sus hojas eran verdes, y la planta puesta en el lugar oscuro, sus hojas eran amarillas. B. ¿A qué se debe que el color de las plantas en la obscuridad sea diferente al de las plantas que se dejaron expuestas a la luz? Esto sucede porque los rayos de sol permiten la fotosíntesis. Este color es debido a la falta de clorofila. C. ¿Aparte del color, notaste alguna diferencia en el estado general de las plantas dejadas en la oscuridad con aquellas dejadas en la luz? Explica las diferencias observadas. Si, la planta en la oscuridad tenía un color verde pálido, se veía desnutrida y aparte más larga que la planta puesta en luz solar, debido a que esta se estira en busca de la luz solar.

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D. Explica como la fotosíntesis ha contribuido a producir plantas con un mejor estado general. Las plantas utilizan los azúcares producidos en la fotosíntesis como fuente de alimento que es energía para la planta. E. ¿Cómo resumirías la importancia de la energía solar para las plantas? Sin luz solar, no hay fotosíntesis, sin fotosíntesis no hay crecimiento y reproductividad. F. ¿Cómo resumirías la importancia de la energía solar para los animales y otros organismos heterótrofos? Gracias a la fotosíntesis las plantas generan su propio alimento, pero los heterótrofos no logran esto, más por medio de los alimentos que nos dan las plantas, tantos los animales como nosotros los seres humanos obtenemos alimentos. Por otra parte, las plantas por medio de recibir luz solar convierten- energía renovable y limpia, como la luz, en energía química

Importancia de la fotosíntesis Ya habrás intuido que la fotosíntesis es de vital importancia para el mantenimiento de la vida en nuestro planeta. La gran mayoría de la energía que utilizan todos los organismos vivos proviene directa o indirectamente del sol. Los organismos fotosintéticos como las plantas, las algas y algunas bacterias toman esa energía y la convierten en energía química, utilizando el carbono del dióxido de carbono del aire y el agua absorbida del suelo para sintetizar glucosa y los demás compuestos orgánicos de sus células. Las plantas utilizan la energía química producida en la fotosíntesis para mantenerse vivas, crecer y almacenar nutrientes en sus raíces, tallos, frutos y semillas. Los seres humanos y otros organismos que no pueden realizar este proceso deben usar los compuestos orgánicos de las plantas con la energía química que contienen (o si son carnívoros, la consumen de herbívoros que se alimentan de plantas). Además de proveer alimento para todos los organismos vivos, la fotosíntesis permite que las plantas provean servicios ambientales como retención del agua en el suelo y condensación y precipitación del agua de la atmósfera. También permite la construcción de bienes con la madera y otras de sus partes. Es preciso destacar, además, que muchas 7

sustancias producidas por las plantas sirven para la producción de medicamentos y otros productos químicos. La fotosíntesis también influye en la composición de la atmósfera de la Tierra. Los organismos fotosintéticos también producen oxígeno. Hace unos 333 mil millones de años, la atmósfera tenía una proporción muy baja de oxígeno, lo cual limitaba la vida de los organismos que requieren este gas para su respiración celular (aeróbicos). Entonces apareció la fotosíntesis en bacterias similares a las cianobacterias. La aparición de este fenómeno cambió para siempre la vida en el planeta, liberando paulatinamente oxígeno en la atmósfera. El aumento en la concentración de oxígeno favoreció la evolución y diversificación de los organismos aeróbicos. De no ser por esos fotosintetizadores ancestrales, nuestra especie y una gran parte de la biodiversidad del planeta, no seríamos residentes de la gran casa llamada Tierra. Al usar grandes cantidades para sintetizar compuestos orgánicos, los organismos fotosintéticos contribuyen a reducir el dióxido de carbono atmosférico, el cual es considerado un contaminante si está en exceso. La reducción del número de plantas, las algas y bacterias fotosintéticas hace que el dióxido de carbono se acumula en la atmósfera. Para agravar más la contaminación de la atmosfera por este gas, sus niveles son aumentados por actividades humanas, reteniendo el calor y provocando que el clima cambie. En lugar de reducir los bosques y otros espacios con vegetación, su conservación es cada vez más apremiante para combatir el aumento en los niveles de dióxido de carbono y sus consecuencias para la sobrevivencia del ser humano y los demás seres vivos en la Tierra.

ACTIVIDAD 3 Auxiliándote del internet y otras fuentes de información, responde las siguientes preguntas: A. Describe cinco servicios ambientales de los bosques.  Captación y filtración de agua;  Mitigación de los efectos del cambio climático;  Generación de oxígeno y asimilación de diversos contaminantes; 8

 Protección de la biodiversidad.  Retención de suelo;  Refugio de fauna silvestre;  Belleza escénica, entre otros. file:///C:/Users/DS3210795/Downloads/95-185-1-SM.pdf

B. Nombra cinco medicamentos que se obtienen de las plantas. Algunos de los medicamentos clásicos derivados de plantas, según cita el doctor Domínguez Gil-Hurlé, son la digoxina (para el corazón), la vinca (antitumoral), la ergotamina (frente a la migraña), la pilocarpina (para el glaucoma), la efedrina (indicada en problemas respiratorios) y la atropina (en anestesia). C. Nombra cinco productos químicos que no sean medicamentos que se obtienen de las plantas Ampicilina Ambroxol

Corticosterona Digoxina

Betametasona D. ¿Cuáles son las principales causas y consecuencias del cambio climático? Causas: Deforestación: la industria maderera, la agricultura, la minería y la ganadería son las principales actividades económicas dedicadas a la tala de árboles. Aumento desproporcionado de gases de efecto invernadero: provocado por el uso de fertilizantes, la actividad química para el tratamiento de aguas residuales, la quema de combustibles fósiles, el transporte, la calefacción y el urbanismo. Crecimiento acelerado de la población: el aumento de la cantidad de habitantes influye en la producción de gases que exacerban el efecto invernadero. Consecuencias: Acidificación y contaminación del agua gracias a la concentración de dióxido de carbono en el aire. Devastadores fenómenos meteorológicos como los huracanes, ciclones, lluvias, sequías extremas o inundaciones. Muerte, migración y extinción de diferentes especies de animales. En el caso del mar, son muchas las especies que son testigos de la destrucción de su hábitat. La presencia de plásticos y otros contaminantes en el mar, la pesca excesiva y otras prácticas de pesca destructivas contribuyen a su desaparición. Alteración del ciclo del agua. Aumento del nivel del mar y de la temperatura global a causa del deshielo. Aparición de enfermedades como el dengue y la malaria. Agotamiento de recursos naturales necesarios para la vida humana. https://www.fundacionaquae.org/causas-y-consecuencias-cambio-climatico/

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Respiración anaerobia comparada con la respiración anaerobia

Todos los organismos vivos necesitan realizar la respiración celular, pero no todos lo hacen de la misma forma. Como ya hemos visto con las plantas, muchos organismos vivos, incluyendo los seres humanos y otros animales, necesitan del oxígeno (O 2) para liberar y utilizar al máximo la energía química (ATPs) de los enlaces de la glucosa (C6H12O6), quedando como subproductos los ingredientes químicos inorgánicos que las plantas utilizaron para formarla durante la fotosíntesis (CO 2 y H2O). También Vimos que a este tipo de respiración se le llama respiración celular aeróbica o aerobia.

Por otro lado, hay organismo que no usan oxígeno en su proceso de respiración celular, la cual es denominada anaeróbica o anaerobia. Este tipo de respiración es menos eficiente que la otra porque no aprovecha toda la energía de la glucosa (produce menos ATPs), dejando entre sus subproductos alguno que es orgánico como el acido láctico o el etanol (alcohol etílico) (ver https://www.youtube.com/watch?v=7vyCkz05e-8). . En los animales, el siguiente tipo de respiración anaerobia denominada fermentación láctica ocurre a veces en las células musculares. Esto ocurre solo cuando el oxígeno que va a las células musculares no es suficiente si hacemos una actividad muscular extrema y con respiración inadecuada.

Ciertos hongos como las levaduras realizan la respiración anaerobia denominada fermentación etílica que produce el alcohol o etanol, y dióxido de carbono.

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A diferencia de los tres tipos de respiración celular descritos anteriormente arriba, algunas bacterias realizan la respiración anaerobia utilizando como ingrediente el etanol. Este tipo de respiración es denominada fermentación acética y produce ácido acético, agua y dióxido de carbono. El ácido acético es uno de los componentes del vinagre. A diferencia de los otros dos tipos de fermentación, la acética, utiliza el oxígeno y por lo tanto es aeróbica; pero tiene en común con los otros tipos de fermentación que no libera toda la energía de la molécula fuente (el etanol) y produce un compuesto orgánico (ácido acético).

ACTIVIDAD 4

En el video que aparece en https://www.youtube.com/watch?v=zsfYJs3O2wo, podrás ver un experimento que demuestra la producción de CO 2 en la fermentación etílica de la levadura de pan. Si puedes obtener los materiales enumerados en el video, sería recomendable seguir las instrucciones y hacer el experimento tú mismo. De lo contrario, observa bien lo que ocurre. La temperatura del agua caliente acelera la actividad respiratoria de las levaduras. El CO 2 producido por las levaduras se combina con el agua y produce ácido carbónico, el cual disuelve el carbonato de calcio sólido (de color blanco) de la tiza formando carbonato ácido de calcio disuelto que es transparente. CO2

+

Dióxido de carbono

+

CaCO3

+

Carbonato de calcio (Blanco)

H2O

→

Agua

→ Ácido carbónico

H2CO3

↔

Ca(HCO3)2

↔

Carbonato ácido de calcio (Transparente)

+ Ácido carbónico

H2CO3

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¿Cuál es la función del azúcar en este experimento?

En este experimento el azúcar, viene siendo la glucosa que activa la levadura. Esta es su función. A. ¿Si en vez de agua caliente, utilizáramos, agua a temperatura ambiente, las células de levadura realizarían la respiración? Explique su respuesta. No, porque no tendría de la energía necesaria para hacer dicha reacción. Para que la levadura reaccione de forma adecuada necesita del calor, en este caso agua caliente. B. ¿Si no usáramos azúcar, las células de levadura realizarían la respiración? Explique su respuesta. No, porque la respiración anaeróbica requiere de glucosamina ( el azúcar).

ACTIVIDAD 5 Entra a https://www.youtube.com/watch?v=Yhpme_G2QcU. A. Después de ver el video que aparece en ese enlace, describe cómo, en un organismo multicelular, se vincula su respiración celular aeróbica con su respiración general. B. Exhala aire por la boca sobre una superficie fría de metal (Ej., una cuchara) o de vidrio (Ej., un vaso o un espejo). Asegúrate de hacerlo temprano en la mañana cuando la temperatura atmosférica no esté muy alta, y si es necesario coloca la cuchara o vaso unos diez minutos en la nevera para enfriar su superficie. Notarás que se opaca la superficie. ¿A qué se debe esto? Recuerda que en la respiración aérobica se produce CO2 y H2O,...