Actividad experimental 3. Cuarta etapa
Producción de oxígeno e identificación de glucosa en Elodea expuesta a la luz y a la oscuridad
Preguntas generadoras:
- ¿Qué organismos producen el oxígeno en el planeta?
Los organismos que producen oxígeno en el planeta son las plantas verdes así como algunos organismos que contienen clorofila, como algunas bacterias y algas.
- ¿Qué necesitan para producir oxígeno?
Necesitan agua y luz para poder fotosintetizar.
- ¿Qué papel desempeña la luz en el proceso fotosintético?
La luz excita a la clorofila
Planteamiento de las hipótesis:
La luz desempeña un papel importante en la creación de compuestos con ayuda del agua, es decir, contribuye a la realización de compuestos orgánicos como la glucosa.
El O2 que se libera durante el proceso fotosintético es utilizado por los organismos vivos que lo respiran además de cubrir las necesidades de los organismos acuáticos.
Introducción
La fotosíntesis es un proceso de alimentación mediante al cual los sistemas vivos, en especial las plantas, algas y algunas bacterias que contiene clorofila, captan y transforman la energía luminosa del sol en energía química contenida en las moléculas de glucosa.
La fotosíntesis implica dos grupos de reacciones químicas que se pueden catalogar como reacciones endotérmicas (de absorción de energía) o anabólicas (de construcción de moléculas).
Radiación luminosa del sol:
La luz visible es solo una pequeña parte del amplio espectro de radiaciones electromagnéticas emitidas por el sol. Por debajo del espectro visible, las radiaciones ultravioleta o de menor longitud de onda , son muy enérgicas y no tiene utilidad para la vida; al contrario, pueden causar mutaciones y graves daños en los seres vivos.
Por encima de la luz visible, las radiaciones infrarrojas, escasamente energéticas, solo provocan cierta agitación térmica de las moléculas, aumentando la temperatura.
Sin embargo, el pequeño intervalo de luz visible es trascendental para el mantenimiento de la vida. Casi todas nuestras actividades dependen de esta pequeña banda con longitud de onda de unos pocos nanómetros. No solo la fotosíntesis, sin la cual no podríamos existir, sino también la visión, la regulación rítmica entre el día y la noche, la curvatura de los tallos, el apareamiento de las luciérnagas o nuestras sensaciones ante una respuesta de sol; todo depende de ese pequeño intervalo de luz visible comprendido entre el ultravioleta y el infrarrojo.
Cuando un fotón o partícula energética de la luz, incide sobre un pigmento fotosintético, desplaza a un electrón hacia un orbital de mayor energía. La molécula excitada tiende a volver a su estado original de tres formas posibles:
Liberando la energía extra en forma de luz y de calor.
Transfiriendo la energía (pero no el electrón) a otro pigmento fotosintético vecino, mediante un proceso denominado transferencia de energía por resonancia.
Oxidándose, al perder un electrón de alta energía que será captado por un trasportador cercano de electrones y retornando luego a su estado original al aceptar un electrón de baja energía.
Los últimos dos son mecanismos esenciales para el proceso fotosintético.
Todos sabemos que la fotosíntesis es posible gracias a la absorción de la energía luminosa por los llamados pigmentos fotosintéticos, que se encuentran localizados en las membradas tilacoidales de los cloroplastos.
Captación de la energía:
Implica la acción de transportadores de los electrones que pierde la clorofila al ser excitada por la luz e incluye dos fotosistemas que funcionan en el cloroplasto, una estructura de doble membrana cuya membrana interna es lisa, a diferencia de la de mitocondria. En el interior del cloroplasto hay un sistema membranoso formado por los llamados tilacoides, que son estructuras que se apilan de manera paralela donde se encuentran los pigmentos, básicamente la clorofila. Ésta disposición en paralelo permite que los pigmentos queden expuestos a la luz y funcionen como antenas para captar la energía.
La luz excita a los pigmentos antena y eleva los electrones a un nivel alto de energía en tanto que la clorofila, al perder de esta manera un electrón, queda con carga positiva reemplazando el electrón perdido con un electrón que procede de la escisión del agua que se ioniza en hidrogeniones, electrones y oxigeno atómico. Los electrones de la clorofila caen a una cadena de trasportadores liberando su energía para sintetizar ATP hasta llegar a la clorofila del fotosistema que recupera así un electrón que se excito por acción de la luz y que va a una cadena de transportadores. La energía que liberan permite unir a los hidrógenos del agua con un trasportador de hidrógenos, el NADP que se produce quedando NADP.H sustancia que va a entrar al proceso de la fase de fijación del carbono. Los fotosistemas se localizan en las membradas del cloroplasto, en especial en las de los tilacoides.
Siguiendo la reacción general de la fotosíntesis, en la fase de captación de energía, participan la luz, la clorofila y el agua y se produce ATP y NADP.H. Los hidrógenos del agua, después de romperse la molécula, son aceptados por el trasportador de hidrogeno NADP que los lleva a la siguiente fase.
Objetivos:
· Conocer el efecto que produce la luz sobre las plantas de Elodea en condiciones de luminosidad y oscuridad.
· Comprobar que las plantas producen oxígeno.
Material:
1 palangana
1 pliego de papel aluminio
1 vaso de precipitados de 250 ml
2 vasos de precipitados de 600 ml
1 caja de Petri ó vidrio de reloj
2 embudos de vidrio de tallo corto
2 tubos de ensayo
1 probeta de 10 ml
1 gotero
1 espátula
1 varilla de ignición (o pajilla de escoba de mijo)
Cerillos o encendedor
Material biológico:
2 ramas de Elodea
Sustancias:
Fehling A
Fehling B
Glucosa
Agua destilada
Equipo:
Balanza granataria electrónica
Parrilla con agitador magnético
Microscopio óptico
Procedimiento:
A. Montaje de los dispositivos.
Enjuaga con agua de la llave la planta de Elodea que se utilizará en la práctica. Selecciona dos ramas jóvenes. Verifica en la balanza granataria electrónica que las ramas pesen exactamente lo mismo.
Llena la palangana con agua de la llave. Lo siguiente deberá hacerse dentro de la palangana, por debajo del agua.
- Introduce un vaso de precipitados de 600 ml
- Coloca una rama de Elodea dentro de un embudo de vidrio de tallo corto e introduce el embudo en forma invertida al vaso de precipitados de 600 ml, cuidando que la planta se mantenga dentro del embudo.
- Posteriormente introduce un tubo de ensayo y colócalo en forma invertida en el tallo del embudo, verificando que no contenga burbujas.
- Saca el montaje y colócalo sobre la mesa.
Repite la misma operación con la otra rama de Elodea.
Una vez que ya se tienen los dos montajes, colócalos a temperatura ambiente. Uno de ellos se dejará en condiciones de luminosidad natural y el otro se cubrirá con papel aluminio. Deja transcurrir 48 horas.
B. Después de transcurridas las 48 horas.
Antes de iniciar la actividad observa ¿Qué se formó en los tubos de ensaye de los montajes que dejaste en luz y en oscuridad?
Enseguida toma el montaje que se dejó en condiciones de luminosidad natural y agrega más agua al dispositivo, de tal manera que al sumergir la mano al vaso de precipitados, puedas tapar con el dedo pulgar ó índice la boca del tubo de ensayo que se encuentra invertido en el vaso de precipitados, con el propósito de impedir la salida del gas contenido en el interior del tubo.
Enciende una varilla de ignición (utiliza una pajilla de escoba de mijo), y espera hasta que aparezca una pequeña brasa, apaga la flama de la pajilla e introdúcela al interior del tubo que contiene el gas, observa qué le sucede a la brasa de la pajilla.
Repite los pasos 2 y 3 con el montaje que se dejó envuelto con el papel aluminio.
C. Preparación de las soluciones para realizar la prueba control y la prueba de identificación de glucosa
Pesa 1 gr de glucosa, colócala en un vaso de precipitados de 250 ml y agrega 100 ml de agua destilada para preparar una disolución de glucosa al 1%. Rotula el vaso de precipitados con la leyenda: Glucosa al 1%.
Toma todas las hojas de la planta de Elodea del montaje que se dejó en condiciones de luz, y tritúralas en un mortero hasta obtener un homogenizado.
Procede a realizar la prueba control y la prueba de identificación de glucosa y anota tus observaciones.
Prueba control:
Mezcla 2 ml de Fehling A y 2 ml de Fehling B en un tubo de ensayo, agrega 10 ml de la solución de glucosa al 1%. Agita suavemente. Calienta en baño maria hasta la ebullición y observa lo que sucede.
Prueba de identificación de glucosa:
Mezcla 2 ml de Fehling A y 2 ml de Fehling B en un tubo de ensayo, coloca el macerado de las hojas de Elodea. Ponlos a calentar en baño maria hasta la ebullición. Realiza una preparación temporal de Elodea y observa al microscopio con el objetivo de 10x.
Repite la parte C desde el paso 2, con el montaje que se dejó en condiciones de oscuridad.
Resultados:
Parte B. Anota tus observaciones de lo que se formó en el tubo de ensayo que dejaste en luz y en el tubo de ensayo que dejaste envuelto en papel aluminio.
Observaciones….
En el tubo de ensayo del dispositivo que dejamos en la luz, se formaron burbujas de oxígeno; mientras que el dispositivo que se encontraba en la oscuridad, no contaba con éstas.
¿Qué sucedió con la pajilla al acercarla a los dos tubos de ensayo? ¿Por qué crees que ocurrió esto?
En el caso del primer dispositivo al acercarle la pajilla, esta siguió ardiendo debido a que contaba con oxígeno dentro, lo cual permitió la combustión; mientras que en el dispositivo que se encontraba en la oscuridad, no logró dicho efecto, sino contrariadamente, apagó por completo la varita de mijo.
Parte C. Si en la prueba de identificación de glucosa, se observa el cambio de coloración de azul a naranja, indica positivo para la presencia de glucosa.
Si al examinar la preparación en el objetivo de 10x se observan zonas teñidas de color naranja, indican positivo para la presencia de glucosa.
Análisis de los resultados:
¿Cómo se llama lo que se produjo dentro de los tubos de ensayo?
Lo que se produjo fue oxígeno
¿Qué factores intervinieron en la producción de lo que apareció dentro de los tubos de ensayo? ¿Por qué?
Intervino la luz, porque en el primer dispositivo infería directamente, por lo tanto existía una actividad fotosintética activa y por lo tanto, se producía oxígeno constantemente; mientras que en el segundo montaje, al estar en condiciones carentes de luz, no había una actividad fotosintética.
¿Cuál es la importancia de la luz para la producción de oxígeno?
La luz ayuda a modificar la estructura química del agua y del dióxido de carbono que es captado por las plantas, de este modo la transforma en compuestos organismo como la glucosa y el oxígeno.
Replanteamiento de las predicciones de los alumnos:
La luz juega un papel sumamente importante en el proceso fotosintético, pues ayuda a modificar la estructura química tanto del dióxido de carbono que es captado por los estomas de las hojas, así como del agua que es absorbida por las raíces, hasta éstas, donde se realiza este proceso. Así convierte la materia inorgánica en compuestos orgánicos que pueden ser aprovechados por demás organismos, además de cumplir con la alimentación de las plantas, con la producción de glucosa.
Conceptos clave: Monosacáridos, glucosa, reacción, reactivo de Fehling, oxígeno.
Monosacáridos: Carbohidrato que no puede ser hidrolizado a otro carbohidrato más sencillo; polialcohol que contiene propiedades reductoras asociadas con un grupo aldehído o cetona.
Glucosa: monosacárido, se encuentra en estado libre o combinado y es el azúcar más corriente, también conocida por cerelósa.
Reacción: Fuerza igual y opuesta que se origina cuando una fuerza se ejerce sobre un cuerpo.
Oxígeno: Elemento químico gaseoso, elemento esencial para la respiración celular y para los procesos de combustión; es el elemento más abundante de la corteza terrestre y representa alrededor del 20% del aire en volumen.
Relaciones. Este tema es importante porque permite observar en el laboratorio la producción de oxígeno y de glucosa por las plantas expuestas a la luz y por lo tanto sirve para ubicar a los alumnos en la explicación de la importancia de la luz en la fotosíntesis.
Referencias:
TOVAR, María Eugenia. Programa de Biología III. México: 2006. PP. 35
1-Modenes, Rafaela, et,al, 2002. Biología. Edit.: editex. México, p.403
2- Eréndira, Alonso, 2003. Biología. Edit.: mc Graw Hill. México, p. 280
