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Laboratorio 8: Respiración celular y fotosíntesis - Biología

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(Adaptado de Biology Corner)

Parte 1: Fotosíntesis y discos de hojas flotantes

Introducción:

La fotosíntesis alimenta los ecosistemas y repone la atmósfera de la Tierra con oxígeno. Como todas las reacciones impulsadas por enzimas, la tasa de fotosíntesis se puede medir por la desaparición del sustrato o la acumulación de los productos. La ecuación de la fotosíntesis es:

6CO2 + 6H2O ------ luz --------> C6H12O6 + 6O2 + H2O

En esta investigación, utilizará un sistema que mide la acumulación de oxígeno en la hoja. Considere la anatomía de la hoja como se muestra a continuación.

La hoja está compuesta por capas de células. La capa de mesófilo esponjoso normalmente se infunde con gases (oxígeno y dióxido de carbono). Las hojas normalmente flotarán en el agua debido a estos gases. Si extrae los gases de los espacios, las hojas se hundirán porque se vuelven más densas que el agua. Si este disco de hojas se coloca en una solución con una fuente alternativa de dióxido de carbono en forma de iones de bicarbonato, entonces la fotosíntesis puede ocurrir en un disco de hojas hundidas. A medida que avanza la fotosíntesis, el oxígeno se acumula en los espacios de aire del mesófilo esponjoso y la hoja se vuelve flotante y flota. El oxígeno y el dióxido de carbono se intercambian a través de aberturas en la hoja llamadas estoma. Mientras esto sucede, la hoja también realiza respiración celular. Esta respiración consumirá el oxígeno que se ha acumulado y posiblemente hará que los discos de la planta se hundan. La herramienta de medición que se puede utilizar para observar estos procesos de contrarrestación es la flotación (o hundimiento) de los discos de la planta. En otras palabras, la flotabilidad de los discos de las hojas es en realidad una medida indirecta de la tasa neta de fotosíntesis que se produce en el tejido de las hojas.

Materiales:

  • Jeringuilla
  • Lámpara de escritorio
  • Perforadora
  • Placas de Petri (4 por grupo)
  • Solución de detergente y bicarbonato de sodio
  • Solución detergente
  • Hojas de espinaca fresca
  • Pinzas

Procedimiento:

  1. Pruebe las jeringas sellando la punta y tirando del émbolo hacia atrás. Cuando se suelta, el émbolo debe retroceder, lo que indica un buen vacío. Retire el émbolo de una jeringa.
  2. Use una perforadora para perforar 40 discos de las hojas. Los discos deben tener un tamaño y una masa lo más uniformes posible. Evite las venas más grandes de las hojas. A medida que perfora los discos de hojas, colóquelos en la jeringa. Continúe hasta que tenga al menos 40 discos.
  3. Golpee ligeramente el costado de la jeringa para que los discos queden en la parte inferior y luego vuelva a insertar el émbolo, teniendo cuidado de no aplastar los discos de las hojas.
  4. Inserte la punta de la jeringa en el vaso de precipitados y extraiga una pequeña cantidad de la solución de detergente en la jeringa. Golpee ligeramente la jeringa para sacar los discos que están pegados a los lados. Es posible que haya un par de discos que simplemente no pueda desalojar.
  5. Sostenga la jeringa verticalmente, con la punta apuntando hacia arriba, y presione el émbolo para expulsar el aire atrapado.
  6. Cierre la punta de la jeringa con su dedo y tire del émbolo para crear un vacío. El vacío elimina el gas de los tejidos de las hojas. Mantenga el émbolo en su lugar durante 10 segundos y suéltelo. Cuando suelta el émbolo, el líquido se infiltra en el tejido. Repite esto 3 veces. A medida que el líquido se infiltra en los tejidos de las hojas, la densidad de los discos aumenta y comienzan a hundirse.
  7. Use pinzas para transferir 10 discos a cada placa de Petri y agregue suficiente solución para cubrir los discos; configurar de acuerdo con la tabla siguiente:
Plato APlato BPlato CPlato D
SoluciónBicarbonato de sodioBicarbonato de sodioBicarbonato de sodioSolo detergente
ColocaciónDirectamente debajo de la lámparaEn la mesaEn la mesa, cubiertoDirectamente debajo de la lámpara

8. Encienda la luz y comience a registrar la hora. Como el oxígeno es producido por la fotosíntesis, sale de la solución e infiltra el tejido foliar, reemplazando parte del

agua. Esto disminuye la densidad de los discos y comienzan a flotar.

9. Registre el número de discos flotantes en intervalos de 5 minutos, continuando el experimento hasta que todos los discos estén flotando. Registre sus datos en la siguiente tabla.

Número de discos flotantes
Tiempo (min.)Plato APlato BPlato CPlato D
5
10
15
20
25
30

Analizando datos:

Para hacer comparaciones entre experimentos, se necesita un punto de referencia estándar. Las pruebas repetidas de este procedimiento han demostrado que el punto en el que el 50% de los discos están flotando (ET50) es un punto de referencia confiable y repetible. En este caso, los discos flotantes se cuentan al final de cada intervalo de tiempo.

Grafica tus datos para cada grupo experimental. Determinar la ET50 para sus datos. ¿Tu resultado coincidió con tus expectativas?

Preguntas:

1. Una mutación es capaz de reducir la cantidad de clorofila en la hoja. ¿Reduciría esto también la tasa de fotosíntesis?

2. ¿Qué pasa con una planta que exhibe variegación ... Las áreas de la hoja con clorofila superan a las áreas que carecen de clorofila? ¿Podrías diseñar un experimento para probar esto?

3. En este experimento, se observó la cantidad de oxígeno producido para medir la tasa de fotosíntesis. ¿Qué más podrías medir para determinar la tasa de fotosíntesis?

4. Enumere cualquier factor que crea que pueda afectar la tasa de fotosíntesis. Considere los factores ambientales que podría manipular durante el laboratorio.

(Adaptado de http://www.biologycorner.com/workshe...spiration.html)

Parte 2: Asesinatos por cianuro en Chicago: un estudio de caso sobre respiración celular

Antecedentes En septiembre de 1982, Mary Kellerman le dio un analgésico a su hija de 12 años cuando se despertó durante la noche quejándose de dolor de garganta. A las 7 de la mañana. a la mañana siguiente, encontraron a su hija derrumbada en el piso del baño y luego declarada muerta.

Adam Janus, un empleado de correos en otro suburbio de Chicago también murió inesperadamente, aunque originalmente se pensó que había sufrido un ataque cardíaco. Mientras su familia se reunía para llorar su pérdida, su hermano y su hermana se enfermaron y luego murieron.

En los días que siguieron, ocurrieron otras tres muertes inexplicables en los suburbios cercanos de Chicago. Los investigadores encontraron que todas las víctimas habían tomado una concentración extra de Tylenol horas antes de su muerte. Sospechaban que alguien había alterado la medicación.

Los síntomas exhibidos por cada una de las víctimas incluyeron:

  • debilidad, mareos, somnolencia
  • enrojecido, rojo vivo, tono de piel
  • dolor de cabeza
  • dificultad para respirar y respiración rápida
  • vomitando
  • confusión y desorientación

1. En su opinión, ¿están conectadas las siete muertes? ¿Qué información adicional necesitaría para determinar si están conectados?

2. Si se sospecha que hay veneno en las muertes, ¿cómo procedería con la investigación?

Informe de autopsia:

El médico forense concluyó que cada una de las víctimas había muerto de hipoxia. Hipoxia significa que la persona sufrió de falta de oxígeno o se asfixió. El motivo de la hipoxia no siempre está claro en el primer examen.

El médico forense también mostró que las muestras de tejido del corazón, los pulmones y el hígado mostraban una muerte celular masiva. En una investigación adicional, se demostró que los tejidos tenían un daño mitocondrial importante. Aunque las víctimas murieron de hipoxia, su nivel de oxígeno en sangre era de aproximadamente 110 mm Hg. El rango normal es 75-100 mm Hg.

1. Recuerde su conocimiento de la función de los orgánulos. ¿Qué función de las células se interrumpió en estos pacientes?

2. Si bien el veneno es el principal sospechoso en el caso, ¿de qué otras formas una persona podría morir de hipoxia?

3. Analizar los niveles de oxígeno de las víctimas. ¿Fueron los niveles más altos o más bajos de lo normal? ¿Cómo conciliar esta observación con la hipoxia como causa de muerte?

Los informes de toxicología muestran que las víctimas habían sido envenenadas con cianuro. El veneno se remonta a Tylenol extra fuerte, donde el asesino había abierto las cápsulas y reemplazado el acetaminofén (un analgésico) con cianuro. El cianuro actúa muy rápidamente, a menudo mata a los pocos minutos de su ingestión y las autoridades tardaron en identificar la causa de las muertes. Una vez que se identificó la causa, las tiendas eliminaron el Tylenol y otros medicamentos de los estantes. Si bien hubo muchos sospechosos, nadie fue acusado del crimen y aún se encuentra en una investigación en curso. Desde los asesinatos de Chicago Tylenol, las compañías farmacéuticas han cambiado drásticamente la forma en que se empaquetan los medicamentos.

¿Por qué el cianuro es un veneno tan eficaz? Es posible que se sorprenda al saber que interfiere directamente con la respiración celular que se produce en las mitocondrias.

4. Recuerde que a la mitocondria a veces se le llama la "fuente de energía" de la célula. ¿Qué significa esto? ¿Por qué es importante la mitocondria?

¿Por qué necesitamos oxígeno?

Parece una pregunta simple, todos saben que necesitas respirar para vivir. ¿Ha pensado alguna vez por qué el oxígeno es tan importante? Todas las víctimas del envenenamiento por cianuro tenían altos niveles de oxígeno en la sangre, pero el veneno estaba interfiriendo con la forma en que las células usan ese oxígeno. Para entenderlo, debemos observar muy de cerca la estructura de la mitocondria.

Dentro de la mitocondria, hay varias capas de membranas. De hecho, estas membranas se asemejan a la membrana que rodea a la célula. Tiene una bicapa de fosfolípidos y proteínas incrustadas. En el diagrama anterior, las proteínas están etiquetadas como I, II, III, IV y citocromo C.

Las proteínas de la membrana pasan electrones de una a otra; esto se conoce como la cadena de transporte de electrones. El paso de estos electrones permite generar ATP (trifosfato de adenosina). Al final de la cadena de transporte de electrones, el citocromo C pasa el electrón al Complejo IV y luego a su aceptor final, el oxígeno. Luego, el oxígeno se une a las proteínas para crear agua. Este proceso es continuo en las células, con la generación constante de ATP y el uso de oxígeno como aceptor final de electrones. El cianuro inhibe el citocromo C, evitando que la última proteína haga su trabajo. El electrón se detiene al final de la cadena y no puede pasar al oxígeno. Toda la cadena se detiene y no se puede producir ATP.

1. En el modelo de la mitocondria, resalte el área que es la CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES. Coloque una X sobre la proteína inhibida por el cianuro. ¿Cuál es la relación entre el ETC y el oxígeno?

2. El cianuro es un veneno de acción extremadamente rápida. De hecho, se desarrolló como una píldora suicida (llamada Lpill) durante la Segunda Guerra Mundial para que los espías británicos y estadounidenses pudieran evitar ser capturados vivos. Dado lo que sabe sobre el ATP y la respiración celular, explique por qué el cianuro actúa tan rápido.

3. Teniendo en cuenta lo que sabe sobre la intoxicación por cianuro, ¿cree que administrar oxígeno a una persona sería un tratamiento eficaz? ¿Por qué o por qué no?


Ver el vídeo: Práctica no. 8: Respiración celular. (Agosto 2022).