Proceso de Fotosíntesis en hojas de espinaca y elodeas, Guías, Proyectos, Investigaciones de Biología Celular

¡Descarga Proceso de Fotosíntesis en hojas de espinaca y elodeas y más Guías, Proyectos, Investigaciones en PDF de Biología Celular solo en Docsity! Fotosíntesis: proceso de transformación de energía Autor: Quiroga Gálvez, María José Estudiante de Biología Abstract: El presente informe explica de manera clara que es la fotosíntesis, como actúa el energía lumínica, el agua y el dióxido de carbono en este proceso y de que depende el desarrollo de esta, por qué algunas veces es más eficiente en unos casos que en otros. Además, se trata de analizar cuáles son las reacciones que ocurren para que esté se lleve a cabo en las diferentes fases que dan lugar a su desarrollo. Se muestra de manera clara dos prácticas experimentales en donde se realizan fotosíntesis en diferentes especies de plantas con ayuda de algunos recursos como el bicarbonato de sodio como fuente de dióxido de carbono. Esto con el fin de entender cómo funciona que ocurre en este proceso según las condiciones generadas en el entorno. Por último se realiza un análisis de los resultados obtenidos. Introducción _________________________________________________________________________ La fotosíntesis es un proceso que transforma la luz del sol en energía química. Consiste en la producción de azucares a partir de dióxido de carbono CO2, minerales y agua, con ayuda de la luz solar; como resultado se forma materia orgánica y oxígeno. Es un proceso anabólico que realizan las células vegetales, por el cual las plantas, algas verdes y algunas bacterias, son capaces de producir su propio alimento. En otras palabras es un proceso metabólico de construcción, en el que se obtienen moléculas complejas a partir de moléculas sencillas y que son de menor tamaño. Básicamente, se convierte materia inorgánica en materia orgánica gracias a la energía que aporta la luz solar. La reacción de la fotosíntesis está dada por la siguiente ecuación química: 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2 De la anterior se observa que el dióxido de carbono reacciona con el agua gracias a luz solar y es una reacción que se da gracias a la clorofila, formando finalmente glucosa y oxigeno que es liberado posteriormente al medio exterior de la planta. Este proceso ocurre en plantas que tienen cloroplastos y el pigmento verde de las plantas llamado clorofila que es el encargado de absorber la cantidad de luz adecuada para realizar la fotosíntesis. En el interior de los cloroplastos se encuentra el estroma, que es una especie de fluido gelatinoso en donde se lleva a cabo parte de la fotosíntesis en la que no participa la luz solar, el estroma contiene una especie de sacos aplastados que son denominados tilacoides. Por otro lado, la unión de varios tilacoides forman las membranas tilacoidales, en donde se localizan algunas enzimas como la ATP sintasa que son las encargadas de captar la energía luminosa y transfórmala. En general de lo mencionado anteriormente se puede decir que existen dos fases en la fotosíntesis, la fase luminosa o dependiente de la luz y la fase oscura o no dependiente de la luz, estas ocurren en los tilacoides y el estroma respectivamente. En la fase luminosa se sintetiza ATP a partir de ADP y también se forma NADPH a partir de NADP+. Esto ocurre gracias a un proceso que ocurre en las membranas tilacoidales que se conoce como cadena de transporte de electrones, en donde la energía lumínica se transforma en química gracias a la excitación y transporte de electrones de una molécula a otro. La energía lumínica que llega como fotones u ondas, se acumula en el centro de reacción de las clorofilas, aumentando así su nivel energético y desencadenando reacciones en el fotosistema 1 y en el fotosistema 2, que son complejos de proteínas presentes en las membranas tilacoidales, en los que ocurren dichas reacciones. Por otro lado, las fases oscuras que ocurren en el estroma se gracias algo que se conocer como el ciclo del calvin en donde el ATP y NADPH de la anterior fase es utilizado. Primero se Fija el carbono inorgánico en forma de CO2 en el aire y se incorpora en las moléculas orgánicas. El CO2 reacciona con ribulosa difosfato, formando moléculas de 3- fosfoglicerato, la enzima rubisco ayuda a catalizar está reacción. Luego hay una reducción en donde moléculas orgánicas aceptan electrones formando moléculas de G3P y por último a partir de estas moléculas se da una regeneración de la Ribulosa difosfato, para que el ciclo pueda ocurrir de nuevo y algunas a partir de algunas moléculas se forman otras moléculas más complejas como sacarosa y almidón. Es de importancia resaltar el papel que juegan las estomas en la fotosíntesis, estas se encuentran en la epidermis y son las encargadas permitir la entra de CO2 a la hoja y el transporte de O2. Adicionalmente el ostiolo que es una abertura presente en ellos se abre y se cierra según las necesidades de la célula. Cuando la luz lumínica está presente esta activa la entrada de potasio , CO2 y glucosa a las células oclusivas que conforman el estoma , por lo que aumenta concentración de sustancias, el agua empieza a entrar por osmosis y aumenta la presión de turgencias en las células por lo que se ponen rígidas y se abre el ostiolo. Por otro lado cuando no hay luz presente aparece una hormona llamada ácido abscísico que permiten que el potasio y el calcio salgan de las células oclusivas hacia las células acompañantes produciendo que la estoma se cierre. Hipótesis _________________________________________________________________________ La fotosíntesis es un proceso que depende de la obtención de energía lumínica y CO2 de alguna fuente, dependiendo que tan intensa sea la energía lumínica suministrada y la cantidad de dióxido disponible, la fotosíntesis tendrá una tasa de reacción mayor o menor. Objetivos _________________________________________________________________________  Entender la fotosíntesis.  Demostrar que la luz y el CO2 son factores limitantes de la fotosíntesis.  Observar que sustancias y condiciones son necesarias para que se realice la fotosíntesis.  Comprender cuales son los resultados del proceso de la fotosíntesis.  Identificar las diferentes fases de la fotosíntesis para tener una mezcla homogénea y posteriormente se añaden la misma cantidad de Elodeas en ambos vasos, la diferencia es que uno de los vasos va a estar expuesto a la luz de la lámpara sobre él durante una hora , mientras que el otro vaso será colocado en un lugar oscuro en donde no llegué ningún tipo de luz, se deben marcar los vasos con etiquetas para no tener confusión a la hora de recolección de datos. Luego de terminar con esta parte, se realiza el mismo procedimiento solo que esta vez las mezclas serán de 200 ml de agua reposada con 4 gramos de bicarbonato de sodio. Los dos montajes se verán de la siguiente forma. Imagen 4. Montaje para 2 gramos. Imagen 5. Montaje para 4 gramos. A continuación se muestra como debieron disponerse cada uno de los vasos de cada montaje para poder realizar el experimento. Imagen 6-7. Muestra los lugares en los que se ubicó cada tratamiento, para el último tratamiento al cerrar la puerta quedaba sin ninguna incidencia de luz, esto se hizo igual para ambos montaje. Se bebe registrar la hora inicial en la que se dispuso cada montaje y esperar que pase un tiempo aproximadamente de una hora, para lograr ver que ocurrió con cada uno de ellos. Aunque, es aconsejable monitorear los vasos o tratamientos, cada veinte minutos y observar que ocurre en estos cortos lapsos de tiempo. Resultados _________________________________________________________________________ Experimento 1: La hora inicial en que se terminó de montar el experimento fue a las 11:37 am. A partir de este momento se observa el montaje experimental para identificar cambios en la altura de cada uno de los círculos de espinaca con respecto a la posición inicial. En base a estos cambios se realiza una tabla en donde se muestra la hora en que cambiaron y por ende los respectivos minutos que tardaron cada uno de los círculos en ascender a la superficie. Tabla 1. Muestra resultados obtenidos en el experimento 1, momento exacto en minutos en que asciende cada disco después del tiempo inicial. Hora exacta en que suben círculos de espinaca Número del circulo de espinaca Tiempo (minutos) 11:37 0 0 11:42 1 5 11:42 2 5 11:44 3 7 11:45 4 8 11:45 5 8 11:46 6 9 11:46 7 9 11:47 8 10 11:47 9 10 11:48 10 11 11:48 11 11 11:48 12 11 11:50 13 13 11:51 14 14 11:53 15 16 11:53 16 16 11:55 17 18 11:57 18 19 11:59 19 20 11:59 20 20 Estos resultados igualmente se pueden evidenciar en el siguiente registro fotográfico en donde se observan algunos momentos en los que los círculos van ascendiendo a la superficie, es de importancia resaltar que en algunos casos sucedió que el circulo ascendía aunque no en su totalidad y volvió a descender hasta el fondo del vaso y finalmente volvía a ascender hasta la superficie, que es la hora que se registra en la tabla. Será de interés más adelante analizar este tipo de comportamiento. Por otro lado se evidencia tanto en la tabla como a continuación que para algunos lapsos de tiempos varios círculos de espinaca ascienden al tiempo. Imagen 8.tiempo en el que subió el primer Imagen 9. tiempo para el cual varios Disco. discos ascienden al tiempo pero algunos Descienden. Imagen 10. Tiempo para el cual la mayoría de Imagen 11. Tiempo fina en el que todos los discos se encuentran a punto de llegar a la discos se encuentran en la superficie. superficie. Como se puede observar en el registro fotográfico aunque todos ascendieron mucho de ellos lo hicieron en conjunto y por esa razón unos ejercían fuerzas sobre otros generando ascenso y descenso de los mismo. También se puede evidenciar que el transcurso del experimento en general ocurrió en un periodo de tiempo corto. Ahora bien, se busca observar los datos anteriormente expuestos en una gráfica del tiempo en que ascendió cada uno de los discos contra el número de discos, esto con el fin de evidenciar claramente la tendencia de los datos obtenidos, representada por una línea de tendencia en el respectivo gráfico. el color negro es de 400 nm mientras que para el color amarillo del bombillo que se utilizó se puede decir que la intensidad de luz fue de 600 nm, Por otro lado se busca también ver una aproximación gráfica de que ocurre con el porcentaje de burbujas formadas para cada uno dependiendo de la cantidad de bicarbonato de sodio añadida y la intensidad de luz. Grafica 2. Influencias de la cantidad de Bicarbonato y la intensidad de luz, sin influencia de luz (400nm) con influencia de luz (600 nm) Análisis de resultados _________________________________________________________________________ De los datos obtenidos se puede analizar que para el primer experimento todos los discos de espinaca ascendieron en algún momento. Debido a que en el entorno de estos había presencia de dióxido de carbono CO2 suministrado por el bicarbonato de sodio e igualmente había una cantidad de H2O considerable el resultado de añadirle al sistema una fuente de energía lumínica que la otorga la luz de la lámpara es que se produzca un proceso de fotosíntesis, pues están presente todas las condiciones necesarios para que esto ocurra y además la clorofila de las espinacas absorbe gran cantidad de luz lo que permite que esta reacción pueda ser observada de manera clara. Por otro lado como se sabe los productos de la fotosíntesis son el oxígeno O2 y la glucosa. En este experimento no sé puede medir de alguna forma la cantidad de glucosa formada pues estas moléculas si se forman se diluyen en el agua o permanecen en la estructura de las hojas. Por otro lado el oxígeno es una molécula muy pequeña que puede ser liberada de las hojas fácilmente, al ser un gas que se libera aun medio acuoso esto lo que produce es el ascenso de las hojas de espinaca. Por otro lado se considera que algunos de estos discos ascienden por la interacción física con los otros discos por lo que se cree que algunos discos que ya han desarrollado la reacción completa buscan ascender moviendo a otros por contacto y así mismo provocando que ellos asciendan. Sin embargo la reacciones lumínicas que ellos requieren para completar la fotosíntesis aún no han completado su ciclo por esa razón luego descienden. También se podría considerar que por algún motivo como impedimento de llegada de luz suficiente por superposición de otros discos se generan reacciones lumínicas incompletas por lo que el disco asciende un poco pero la cantidad de oxigeno liberado hasta el momento no es lo suficientemente grande como para llegar a la superficie, por lo que aún necesita recibir un poco más de energía lumínica o fotones al centro de reacción de las clorofilas para poder completar la reacción en un 100% y poder ascender en su totalidad. En segunda instancia se entiende que el tiempo en que tarda cada uno de los discos en ascender depende de la capacidad que tengas sus clorofilas de absorber la luz para catalizar este tipo de reacciones que generan la fotosíntesis, puede que algunas estén en mejores condiciones que otras debido al posible estado de la hoja de donde se sacaron los discos, pueden haber zonas más o menos afectadas que otras. También, se cree que algunos discos estaban recibiendo mayor cantidad de fotones en general y por eso pudieron ascender más rápido o las concentraciones de CO2 en la mezcla justo donde estaban ubicados era mayor que en otro lado de la solución, favoreciendo así también su ascenso. Por último se puede afirmar que según la gráfica obtenida la tasa de fotosíntesis tiende a incrementar según el tiempo de exposición a la energía lumínica que se tenga. En otras palabras a medida que pasa el tiempo en que una plantan esté expuesta a este tipo de energía lumínica, sus clorofilas van a ir almacenando más energía y en misma medida reaccionando continuamente de manera creciente en el tiempo, formando un mayor nivel de oxígeno y glucosa producida, que sirve como alimento para las plantas y contribuyente para los niveles de oxigeno que se necesitan para la vida en la atmosfera. Observando los resultados obtenidos en el experimento número dos se puede confirmar que la intensidad de energía lumínica suministrada a una planta influye en el porcentaje de rendimiento de la reacción, y actúa de manera directamente proporcional. En otras palabras entre mayor intensidad lumínica se le agregue a un sistema fotosintético mayor será el rendimiento de las reacciones producidas por lo que mayor será el número de productos obtenidos, es decir se producirán mayor moléculas de oxígeno y glucosa. De igual forma, para poder lograr esto, también se necesita en mayor medida cantidad de reactivos que produzcan estas reacciones. El dióxido de carbono básicamente actúa como un reactivo limite en la reacción del cual depende la cantidad de producción de productos ya que en los sistemas presentados en comparación se tiene mucha cantidad de agua presente en el sistema lo que actuaría como reactivo en exceso, entre mayor cantidad de dióxido de carbono haya, mayor cantidad de agua va a reaccionar con él y por tanto se van a formar mayor cantidad de oxígeno y azúcar. Por otro lado, es interesante observar que aunque un sistema fotosintético este expuesto a intensidad de luz muy bajas como lo es en el caso de la luz negra 400 nm aún así es capaz de trabajar con un este tipo de intensidades y lograr desarrollar aunque en menor medida fotosíntesis. Cabe resaltar que hay un proceso inverso a la fotosíntesis que se llama la fotorespiración que es básicamente el mismo ciclo de calvin explicado en la introducción pero al revés, que es algo que también se podría producir en ausencia de luz y podría evidenciarse de igual forma con presencia de burbujas en el sistema. Conclusiones _________________________________________________________________________ La fotosíntesis es un proceso metabólico presente en las plantas que tienen cloroplastos y clorofilas, en el que ocurren una cadena de reacciones químicas, que transforman la energía lumínica o energía solar en energía química, produciendo así su alimento es decir que son autótrofas y ayudando en gran medida al medio ambiente con la producción de oxígeno. A partir de los experimentos realizados se evidencio claramente que la cantidad de luz y CO2 recibidas en un sistema fotosintético pueden ser un factor limitante de la reacción si los tenemos en poca medida, ya que el dióxido de carbono es básicamente el reactivo límite de la reacción impidiendo que el rendimiento de la fotosíntesis sea de un 100% y además la energía lumínica es la que cataliza la reacción entre el agua u el dióxido de carbono, por eso en ambas medidas , estos dos componentes de la fotosíntesis son altamente importantes para que se pueda generar. Las sustancias necesarias para que se realice las fotosíntesis son el dióxido de carbono, el agua y la luz, las condiciones necesarias es que las todas las plantas se encuentren en condiciones de presión y temperatura aptas para que las enzimas que generan las reacción de transformación lumínica puedan trabajar e igualmente hayan las cantidades necesarias tanto de reactivos como de catalizadores. Se entiende que los resultados de la fotosíntesis son la producción de oxigeno O2 y de glucosa para o sacarosa como alimento para las plantas. Existen dos fases importantes para que se la fotosíntesis una en la que obligatoriamente en necesaria la presencia de luz que ocurre en la membrana tilacoidal en donde se produce moléculas de ATP Y NADPH y otra que ocurre en el estroma que el fluido , gelatinoso y transparente alrededor de los tilacoides que es en donde se utilizan estas moléculas sintetizadas anteriormente para generar el alimento de la célula a partir de algunas enzimas también. Por último los organelos más importantes para que la fotosíntesis sea posible son los cloroplastos ya que allí es donde se producen todas la reacciones necesarios para el desarrollo de este proceso, también la clorofila es de gran importancia pues gracias a ella es que se puede absorber la luz solar y por último los estomas de la célula vegetal son