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INTRODUCCIÓN: La fotosíntesis es un proceso metabólico en el cual se generan una secuencia de eventos donde la energía lumínica es convertida en energía química que se almacena en las moléculas orgánicas. Es el primer paso de energía que ocurre a través de la mayor parte del mundo con vida, puesto que capturan gran cantidad de energía que utilizan los organismos vivos. La fotosíntesis no solo sustenta a las plantas y a otros organismos fotosintéticos, sino también sustenta de forma indirecta a gran parte de los organismos no fotosintéticos como los animales, hongos, protozoarios, y la mayoría de bacterias. Solomon (2013) Se sintetizan productos ricos en energía –glucosa y oxigeno- a partir de materiales pobres en energía- dióxido de carbono y agua.

6CO2 + 6H2O +

energía solar 

C6H12O6

+

6O 2

A partir de la glucosa obtenida por la fotosíntesis se forma almidón, celulosa y otros carbohidratos y por medio de estas reacciones se elaboran otras sustancias orgánicas como las proteínas y los lípidos que las células vegetales necesitan para su ciclo vital. Curtis (2008) El proceso de respiración celular es un proceso químico mediante el cual se libera energía de un carbohidrato o azúcar, a partir de la oxidación. Estos procesos pueden ocurrir tanto en presencia de oxigeno como en su ausencia. En el primer caso recibe el nombre de respiración celular aeróbica; en el segundo, respiración celular anaeróbica. Abate (1999) La fotosíntesis y la respiración celular son procesos complementarios en el mundo vivo. La fotosíntesis utiliza la energía de la luz solar para producir azucares y otras moléculas orgánicas. Estas moléculas a su vez sirven como alimento para otros organismos. Algunos de estos organismos llevan a cabo la respiración celular, un proceso que utiliza el O2 para formarlo en CO2 a partir de los mismos átomos de carbono que habían sido captados como CO2 y convertirlos en azucares durante la fotosíntesis. En este proceso los organismos adquieren la energía de enlace químico que necesitan para sobrevivir. Alberts (2006)

OBJETIVOS:  Demostrar que en la respiración se elimina CO2  Demostrar el proceso de fotosíntesis a través de la formación de sus productos  Identificar los pigmentos que intervienen en la fotosíntesis

MATERIALES:

MATERIALES DEL LABORATORIO

Vaso de precipitado de 50 mL Fenolftaleína Placas Petri Conector Elodea sp. Beaker Hojas Violetas y verdes Bencina Papel filtro Pipetas de 2 mL Solución de NaOH 1M Embudo

MÉTODOS:

Bombilla

A. Producción de Soporte CO2: Morteros Agua

6CO2 +12 H2O 2 NaOH + H2CO3

6 O2 + C6H12O6 + 6 H2O Na2CO3 + 2 H2O

B. Medición de la fotosíntesis:

C. Separación de pigmentos fotosintéticos por cromatografía de papel

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RESULTADOS Y DISCUSIONES: Experimento N°1. Producción de CO2: La Fenolftaleína (C20H14O4), es un compuesto orgánico de la familia de las ftaleínas que se emplea ampliamente como indicador ácido - base. Como indicador del pH de una solución, la fenolftaleína es incolora por debajo de pH 8,5 y alcanza un tono rosado a rojo intenso por encima de pH 9,0. . Gregresen, E. (2018) La fenolftaleína es un colorante orgánico, usado en muchas determinaciones volumétricas como indicador ácido-base. Es decir, en solución puede

perder dos iones H+, y para ser un indicador debe tener la propiedad de ser colorido en el rango de pH que se está valorando. En medio básico (pH>8) la fenolftaleína es de color rosado, el cual puede intensificarse hasta un rojo violáceo. Para ser utilizado como indicador ácido-base no debe reaccionar con mayor rapidez con los OH– del medio que los analitos a determinar. La reacción de neutralización es aquella en la que un ácido reacciona con una base o hidróxido para formar una sal más agua. Para determinar el pH, de una solución se usa un método químico como valoración ácido-base. Bambrila, et al. (2004)

CO2+H2O NaOH+ H2CO3

H2CO3 Na2CO3 + H2O

FUNDAMENTO DE LA NEUTRALIZACIÓN: Soplando a través de la pipeta, logramos la formación del ácido carbónico, debido a que expulsamos el CO2 al soplar, este reacciona con el agua del compuesto. El ácido carbónico al detectar la presencia del hidróxido de sodio resulta en una reacción de neutralización, dando como productos a una sal (Carbonato de calcio) más el agua, y resultando en una mezcla de tonalidad rosado pálido.

Experimento N°2. Medición de Fotosíntesis: La fotosíntesis en un proceso en el cual se capta y almacena la energía lumínica hasta transformarla por una serie de reacciones en energía La Imagen 2. Resultado, mezcla en medio Imagen 1. NaOH diluido en agua, con unas gotas ácido. de fenolftaleína.

fotosíntesis se da en las plantas, protistas fotosintéticos y algunas bacterias. Campbell (2009) Factores que influyen en la fotosíntesis: - Intensidad lumínica: Es un factor importante debido a que mantiene una relación directamente proporcional con la actividad fotosintética en su fase lumínica y por tanto también en su fase oscura. - Temperatura: Este es un factor debido a que afecta directamente con la actividad de las enzimas que participan en la fotosíntesis, las cuales podrían desnaturalizarse.

- Disponibilidad de agua y concentración de CO2: también son factores que afectan la fotosíntesis debido a que el consumo de agua constante beneficia la absorción de dióxido de carbono, a través de la apertura de los estomas. En caso contrario, los estomas se cierran evitando la salida del agua pero también evitando el ingreso de CO2 La planta acuática elodea sp. fue sometida a una prueba para calcular el nivel de O2 producido en dos horas, en este experimento se buscó medir la producción de O2 final, debido a que la densidad del oxígeno haría que las burbujas de el mismo subieran por la pipeta provocando que el agua baje. La velocidad de la fotosíntesis:

V=0.4x10-3m/7200s= 5.56x10-8m/s

Imagen 4. Se pueden apreciar las burbujas de oxígeno ascendiendo.

Imagen 3. Distancia en tiempo 0, la cuál fue de 8.4 mm. Imagen 5. Resultados, nivel de agua a 8 mm.

Experimento N°3.

Separación de pigmentos por cromatografía de papel: Cromatografía: es un método físico en el cual los componentes se separan en una fase móvil y una estacionaria existen dos técnicas cromatografícas de acuerdo al lecho cromatográfico las cuales son cromatografía en columna y cromatografía en papel. Cromatografía en papel: es similar a la de capa fina solo que en este caso se usa un papel filtro el cual servirá como adsorbente o fase solida estacionaria su fundamento está en que es una combinación de adsorción y reparto este último ocurre cuando el agua hidrata a la celulosa y la fase móvil orgánica, el papel se utiliza para separar los compuestos polifuncionales o muy polares y la muestra sobre el papel debe ser de entre 5 a 300 micro gramos. El sistema donde se va a disolver la muestra debe contener algo de agua y un compuesto apolar, el desarrollo del cromatograma se consigue haciendo que un extremo del papel este en contacto con la muestra y que esta ascienda por capilaridad. Cromatografía en plantas verdes:

En las hojas de color verde, al molerlas, agregarle alcohol y bencina puede observarse que al colocar el papel filtro el orden de ascendencia es xantofila, clorofila a y clorofila b.

Cromatografía en plantas con hojas rojas:

Al moler la hoja de color rojo, agregarle alcohol y bencina el pigmento antocianina es el que va a ascender lentamente.

Los pigmentos principales que van a ascender en el papel filtro son las clorofilas a y b, los carotenos, xantofilas y en el caso de hojas rojas las antocianinas.

Estructuras de los pigmentos: Las clorofilas son pigmentos de color verde que desempeña una función esencial en la fotosíntesis existen dos tipos de clorofilas a y b

La estructura de la clorofila a y b son muy similares en estructura pero debido a que la clorofila a posee el grupo metilo la hace más soluble en compuestos apolares a comparación de la clorofila b y gracias a esta diferencia se hace posible su separación en el papel filtro. Los carotenoides poseen 40 carbonos en su estructura y son un grupo de pigmentos de colores amarillo, naranja, pardo y rojo entre ellos esta la xantofila, alfa caroteno,beta caroteno,licopeno. La xantofila son generalmente amarillas-pardas son derivados alcohólicos donde el oxígeno se encuentra en los extremos como grupos Estructura del caroteno hidroxilos que hacen que la xantofila tenga mayor afinidad por solventes polares que los carotenos lo que permite su separación en la cromatografía

Las antocianinas son pigmentos de color rojo-rosado, colorean frutos y flores además son importantes en la atracción de animales, sus colores dependen de los grupos hidroxilos y metoxilos en el

anillo B y la presencia de acidos aromáticos en el anillo principal además del pH de las vacuolas que contiene esos pigmentos.

Fundamento de la cromatografía en papel: En la fase móvil es una mezcla de alcohol y bencina ambos son de diferente polaridad pero se combinan con el fin de tener un disolvente apolar y polar para los pigmentos que también poseen diferente polaridad y que estos se separen y puedan desplazarse en la fase estacionaria que en este caso es la celulosa la cual tiene una polaridad relativamente baja y permite el desplazamiento de sustancias polares y apolares a través del papel filtro. CONCLUSIONES:

CUESTIONARIO: 1.-Aunque la respiración se presenta en todas las células vivas, las diferentes células respiran a diferentes frecuencias. Explique por qué. Investigue que tejidos animales y vegetales respiran a mayores y menores frecuencias. Las células respiran a diferentes frecuencias debido a su tamaño, estructura, tiempo de vida, por función, temperatura, presión, proximidad al oxígeno y cada uno de estos factores influyen en mayor o menor grado para hallar la frecuencia de como respiran las células. La respiración en células vegetales utiliza menos oxigeno que la respiración en animales ya que una planta absorbe por cada tres moléculas de co2 una de oxigeno por lo que podría decirse que su frecuencia de respiración es más baja con respecto a las células animales y esta diferencia se debe a la gran vacuola que está en las células vegetales ya que no contiene mitocondrias, pero las frecuencias pueden llegar a ser las mismas en algunos tejidos además las mitocondrias vegetales respiran más rápido que las mitocondrias animales Las células animales que más respiran son las que se encuentran en los alveolos pulmonares. El corazón y el cerebro en el caso de las plantas son las células de las raíces, las semillas a punto de germinar y plantas jóvenes.

2.-¿Por qué es necesario el oxígeno en la respiración célular? Campbell y Reece (2007) afirman: La glucosa se oxida y el oxígeno se reduce, los electrones pierden energía potencial a lo largo del camino y se libera energía. Debido a que el oxígeno es muy electronegativo es una de los más oxidantes. Como podemos ver en la siguiente imagen, en la fórmula resumida se puede apreciar como el oxígeno actúa como agente oxidante:

3. ¿Qué evoluciono primero la fotosíntesis o la respiración? El metabolismo bacteriano sufrió variaciones a lo largo del tiempo lo que hizo que los heterótrofos anaeróbicos evolucionaran a autótrofos fotosintéticos anaeróbicos, este argumento se basa en el metabolismo de las bacterias y en el citocromo c de la cadena respiratoria del transporte de electrones. Cuando apareció la respiración aeróbica donde el oxígeno era el último aceptor de electrones solo podía lograrse cuando haya suficiente O2 disuelto en agua en la atmosfera (Richar Dickerson) Y este paso de medio anaeróbico a medio aeróbico estuvo relacionado con la fotosíntesis en las algas lo cual evoluciono luego por lo que se puede concluir que la respiración evoluciono antes que la fotosíntesis

4.-Si las plantas producen ATP durante la fotosíntesis, ¿Por qué es necesario que también lleven a cabo la respiración celular? Es importante debido a que la producción neta de ATP en la fotosíntesis es de 3 ATP, mientras que en la respiración celular esta cifra asciende a 36 o 38 ATP netos por molécula de glucosa. Audesirk, Audesirk y Byers (2003) 5 ¿Porque es importante la fotosíntesis para la vida en el planeta? La fotosíntesis es la que inicia la cadena alimenticia ya que al actuar en las plantas en su mayoría funcionan como productores en esta cadena, además que en la fotosíntesis se utilizan las moléculas de CO2 transformándolas en O2 necesario para la respiración y además de esta manera reduce el efecto invernadero. 6.-¿Por qué la fotosíntesis y la respiración celular son procesos metabólicos independientes? Los organismos ya sean fotosintéticos o no deben obtener energía mediante el proceso de respiración la cual se da en las mitocondrias los organismos rompen las moléculas orgánicas en presencia de oxigeno y lo convierten en energía a qué se almacena en el ATP y estas moléculas son utilizadas luego por las células para realizar diversas funciones, lo que quiere decir que la respiración utiliza la energía almacenada en los alimentos que produce la fotosintesis. 7.- Si la tierra sigue calentándose y alcanza concentraciones de CO2 nunca alcanzadas en 500 millones de años ¿Qué tipo de plantas podrían evolucionar? ¿Como afectaría estas condiciones en la respiración celular? Un estudio en Venezuela aplico grandes cantidades de CO2 en cuatro especies xerofitas “se cultivaron plantas de cuatro especies xerofitas bajo una concentración de CO2 elevada para elucidar el efecto de esta sobre la fotosíntesis y el uso de agua de especies que normalmente enfrentan déficits hídricos . la fotosíntesis aumento 3.5 veces y la concentración de CO2 elevada retraso la disminución de la tasa fotosintética en sequia. Dado que en muchos estudios se ha encontrado que el estímulo inicial de la fotosíntesis por una concentración de CO2 elevada desaparece en el tiempo debido a las limitaciones de sumidero de asimilados, hicimos un estudio del efecto de la concentración del CO2 elevada sobre la fotosíntesis de plantas de yuca cultivadas sin limitaciones de suelo, encontrado que la tasa fotosintética no disminuyo durante todo el ciclo de cultivo La existencia de un sumidero grande (raíz) unida a una gran disponibilidad de sustrato permitió que la estimulación de la tasa fotosintética por la concentración de CO2 elevada continuara con el tiempo. Se evaluó el efecto de las

concentraciones de CO2 muy altas sobre la fotosíntesis de plantas silvestres que crecen alrededor de emanaciones naturales, encontrándose que tales concentraciones no solo no inhibe la tasa fotosintética .sino que la promueven muy por encima de la de los controles”(Caracas.oct.2001)

8.- ¿Por qué los pigmentos fotosintéticos se distribuyen de determinada manera en la cromatografía de papel? Esto es debido a que los componentes de una mezcla líquida pueden separarse si ésta impregna una tira de papel que se sumerge en un disolvente adecuado. Éste se adhiere y avanza sobre la superficie, disolviendo, arrastrando y separando a diferente velocidad cada uno de los componentes de la mezcla. Las sustancias más solubles en el líquido avanzarán más rápido, mientras que las más insolubles o más afines al sólido quedarán atrás. (Pearson Education, 2007) En general en plantas de hojas verdes, la xantofila sube primero, seguida de la clorofila a y por último, la clorofila b.

BIBLIOGRAFÍA: Abate Jiménez, John. 1999. Biología Aplicada. Editorial Universidad Estatal a Distancia. Costa Rica.

Allinger, N. 1983. Química Orgánica. Editorial Reverte. Estados Unidos. 748 pp. Taiz, L. y Zeiger, E. 2006. Fisiología Vegetal. Tercera edición. Editorial Universitat Jaume. España. 1338 pp. Alberts, B. 2006. Introducción a la Biología Celular. Segunda edición. Editorial Medina Panamericana. Argentina. 876 pp. Curtis, H. Barnes, S. Schnek, A. y Massarini, A. 2008. Biología. Séptima edición. Editorial Medina Panamericana. Argentina. 1160 pp. Campbell, N. y Reece, J. 2007. Biología. Séptima edición. Editorial médica Panamericana. Argentina. 1532 pp. Anónimo. 2007. Química 2. Un Enfoque Constructivista: Volumen 2. Editorial Pearson Education. España. 227 pp. Audesirk, T., Audesirk, G. y Byers, B. 2003. Biología: La vida en la tierra. Sexta edición. Editorial Pearson Education. España. 892 pp.

https://www.pthorticulture.com/es/centro-de-formacion/conceptos-basicos-de-lafotosintesis/https://www.fundacionaquae.org/wiki-explora/38_fotosintesis/index.html...