Biología 135a laboratorio. Resumen para segundo parcial

Biología 135a laboratorio.
Resumen para segundo parcial
Ricardo Malta
Grupo 1.2a
Movimiento de las moléculas a través de las membranas
En estos procesos intervienen factores como la concentración, presión y
temperatura. La actividad de una molécula puede estar determinada a través de su
diferencia de concentración, siempre que la temperatura y la presión sean constantes.
Difusión: Movimiento al azar de una sustancia de un lugar de mayor energía libre a uno
de menor energía libre, dicho de otra forma, de un lugar de menor mayor concentración
a uno de menor concentración. Se llega al equilibrio cuando la energía libre es
uniforme en todo el sistema. Podemos concluir que la difusión no sólo existe cuando
hay una diferencia de concentración, sino también cuando hay una diferencia de presión
y temperatura.
Osmosis: Mecanismo de difusión de las moléculas de agua, el cual depende de la
permeabilidad de la membrana. Ocurre en dirección del lugar de mayor potencial de
agua a uno de menor potencial de agua.
Difusión de sólidos en agua
Se dejo caer KMnO4 en un recipiente con agua. Al cabo de uno minutos este se
difundió por todo el recipiente. Esto es debido a que la el sólido, que poseía una mayor
concentración en el fondo, viajo hacia los lugares de menor concentración para alcanzar
un equilibrio de energía.
Osmosis de sacarosa
Se ata una membrana semipermeable a la boca de una probeta en donde hay una
solución de sacarosa al 10%. Se coloca esto dentro de un recipiente con agua destilada
hasta que la bolsa que la membrana quede completamente rodeada de agua. Medir la
cantidad de agua que sube por la probeta. Repetir lo mismo pero con una solución de
sacarosa al 40%. Los resultados fueron:
En 10% entra poco agua
En 40% entra mucha mas agua
En la probeta entra mayor volumen de agua cuando es mayor la concentración
de la solución.
Efecto de variación de la presión osmótica en eritrocitos
Agua destilada = solución hipotónica
Solución salina 0,85% = solución isotónica
Solución salina 1,00% = solución hipertónica
Los eritrocitos en solución isotónica no presentan variación
Los eritrocitos en solución hipertónica sufren el fenómeno de crenación, es decir,
perdida de agua. Se deshidratan
Los eritrocitos en solución hipotónica presentan hemólisis, se rompen por la cantidad de
agua que entra. La turgencia es el proceso en donde entra agua a la célula debido a que
los eritrocitos se presentan en un medio hipotónico. Los restos de membrana en la
solución hipotónica reciben el nombre de fantasmas.
Efecto del peso molecular
Las suspensiones diluidas de eritrocitos son muy opacas, no dejan pasar mucha
luz, pero las soluciones de las células hemolizadas son transparentes. Colocando una
hoja con letras detrás de cada solución de eritrocitos con las moléculas Urea,
Etilenglicol, Glicerol y Glucosa, calcularemos el tiempo en que los eritrocitos tardan en
sufrir hemólisis y así poder leer que lo que hay detrás del tubo de ensayo. Los tiempos
que se requieren para que las letras se hagan visibles son los siguientes:
Urea, masa 60 = 6 segundos
Etilenglicol, masa 62 = 12 segundos
Glicerol, masa 92 = 15 segundos
Glucosa, masa 180 = mas de tres minutos
Los resultados demuestran que a mayor peso molecular, mayor tiempo de
hemólisis.
Relación entre la permeabilidad y el coeficiente de reparto
El coeficiente de reparto es la relación de permeabilidad de un compuesto en
lípidos y su solubilidad en agua. Los alcoholes con pocos carbonos como el metanol y
el etanol son muy polares y poco solubles en lípidos, pero miscibles en todas las
proporciones con agua. Por el contrario, los alcoholes con más carbono como el
pentanol, tienden a mezclarse fácilmente con lípidos. Por lo tanto, los alcoholes con
pocos carbonos tienen bajos coeficientes de reparto, y los alcoholes que poseen mas
carbono, altos coeficientes. Por regla, los alcoholes con mayor coeficiente de reparto
entran más fácilmente a la célula.
Los tiempos de hemólisis para cada solución de alcohol fueron los siguientes
Metanol (1C) = 9:33 min.
Etanol (2C) = 5:05 min.
Propanol (4C) = 2:43 min.
Pentanol (5C) = 0:15 min.
Se concluye que cuando un alcohol posee mayor cantidad de carbonos (mayor
coeficiente de reparto), es más fácil que penetre por la membrana lipídica.
Enzimas
En el interior de las células procariotas y eucariotas existe un gran número de
sustancias especificas de naturaleza proteica, macromoléculas de origen biológico con
funciones biocatalizadores llamadas enzimas. Estas aceleran reacciones disminuyendo
la energía de activación necesaria para que se lleven a cabo. Estas enzimas trabajan
con un substrato especifico, pero pueden ser inhibidas por sustancias que compiten con
el sustrato o sustancias que hacen que la enzima pierda su funcionalidad.
La catalasa es una hemoproteina enzimaticamente activa, es decir, contiene un
protohemo como grupo prostético parecido a la hemoglobina. Se encuentra en grandes
cantidades en las células hepáticas. Esta enzima previene la acumulación de peróxidos
tóxicos que pudieran formarse durante la respiración celular. La reacción general de esta
enzima es:
2H 2O2  2H 2 O  O2
En esta reacción el donador de electrones es la segunda molécula de peróxido de
hidrógeno.
Para la experiencia se preparó 20 gramos de hígado que fue macerado
(machacado). Se le agrego 20 ml de agua destilada, se filtro y se preparo dos soluciones:
un homogeneizado concentrado y uno diluido. El concentrado es el que se obtiene
directamente de la solución y el diluido es otro al cual se le agregan 15 ml mas de agua
destilada.
Verificación de la liberación de oxígeno en la reacción del peróxido de hidrógeno
con la catalasa
Unas cuantas gotas de homogeneizado concentrado se hace reaccionar con 5 ml
de peróxido de hidrógeno en un tubo de ensayo, luego se acerca un palillo de madera
ardiente, sin llama, a la boca del tubo de ensayo. Se aprecia que este vuelve a encender.
Esto se debe a que la reacción de la catalasa y el peróxido de hidrógeno libera oxígeno y
este promueve la combustión del palillo.
Estudio de la cantidad de calor liberado durante la reacción de la enzima con el
substrato.
En un tubo de ensayo se coloca 10cc de solución de H2O2 3% y un termómetro.
Se lee la temperatura inicial y se toma como temperatura de referencia. Luego, se
agrega 1 ml de solución enzimática y se lee las variaciones de temperatura cada 30
segundos durante 5 minútos.
Los resultados entregaron la siguiente gráfica
concentración
tiempo
La temperatura sube hasta llegar a los 41º C. Luego desciende. Esto sucede por
que cuando se satura la cantidad de enzimas, la liberación de calor es constante. Cuando
la totalidad del substrato es completamente catalizado, la temperatura desciende. La
reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno en oxígeno y agua, mediado por
la catalasa, es un procedo exotérmico.
Efecto de la concentración de la enzima en la velocidad de la reacción
Si en un determinado volumen de una mezcla de reacción se mantienen
constantes el pH, la temperatura y la concentración del sustrato, y se dobla la cantidad
de enzima, se aumenta también la cantidad de producto de la reacción. La velocidad
inicial de la reacción es directamente proporcional a la concentración de la enzima. Para
esto se necesita que la concentración del substrato sea suficientemente elevada, de modo
que la totalidad de las enzimas interactúen.
Para comprobar esto se colocan uno, dos, tres y cuatro discos de papel filtro con
homogeneizado concentrado en cuatro botellas de reacción, de modo que aumente la
concentración de enzimas en cada botella. A estas se le agregan 10 ml de peróxido de
hidrógeno y se mide la cantidad de oxígeno liberado. Los resultados nos indicaron que
al aumentar la concentración catalasa aumentaba la cantidad de oxigeno liberado. El
gráfico donde se presentan cada una de las cuatro reacciones, desplazamiento en
función del tiempo, es el siguiente
Desplazamiento
de O2
tiempo
El gráfico de velocidad con respecto a la concentración se calculó con la
pendiente de cada recta de desplazamiento en función del tiempo, y se graficó en
función de la concentración de enzima.
velocidad
concentración
Se concluye que la velocidad de reacción de la enzima es proporcional a la
concentración de esta misma. A mayor concentración de enzima, mayor velocidad de
reacción
Efecto de la temperatura sobre la actividad enzimática
El aumento de temperatura influye de distinta manera sobre la actividad y la
velocidad enzimatica.
1.
2.
3.
4.
En la estabilidad de la enzima
En la velocidad de escisión del complejo Enzima-Substrato
En la afinidad de la enzima por su substrato
En la afinidad entre la enzima y sus inhibidores y activadores
En los casos 2, 3 y 4, al aumentar la temperatura, se observa un aumento en la
velocidad de la reacción. En cambio, en el primer caso, al verse afectada la
estabilidad de la enzima se puede producir una disminución de la velocidad de
reacción de esta.
Para todas las enzimas existe una temperatura óptima en la cual desarrollan su
máxima acción. Por debajo de esta temperatura la enzima es más estable y puede
actuar por mas tiempo, pero al velocidad de reacción que esta ejerce es menor. Por
encima de la temperatura óptima, la velocidad de reacción aumenta, pero la enzima
puede ser rápidamente inactivada debido a que se desnaturaliza a mucha
temperatura.
Para el estudio de este efecto se midió la velocidad de la reacción de la catalasa a
diversas temperaturas, 8ºC, 37ºC y 60ºC. El gráfico que representa los resultados es
el siguiente:
velocidad
8ºC
Temperatura
óptima
37ºC
60ºC
temperatura
La temperatura óptima de la catalasa esta en un rango de 37ºC, es decir que a
37ºC la velocidad de reacción de la catalasa es máxima pues su temperatura es óptima.
Por lo tanto, la velocidad de reacción de una enzima aumenta al presentarse en una
temperatura óptima.
Efecto del pH sobre la actividad enzimática
Todas las reacciones enzimáticas son influenciadas por el pH del medio. Cada
enzima tiene un pH óptimo, en el cual esta ejerce su máxima acción.
La mayor parte de las enzimas intracelulares tienen un pH óptimo cerca de la
neutralidad, por lo que puede actuar en medio ácidos o básicos, pero los ácidos y bases
enérgicos las inactivas irreversiblemente.
La acción del pH sobre la actividad enzimática es debido:
1.
2.
3.
4.
El efecto sobre la velocidad de desnaturalización de la enzima
Al efecto sobre el substrato
Al efecto sobre los centros activos de la enzima
Al efecto sobre los grupos que participan en la reacción
Los resultados de la velocidad de reacción de la enzima catalasa para los pH 4, 7 y 9
fueron representados en el siguiente gráfico
velocidad
pH óptimo
4
7
9
pH
El pH óptimo de la catalasa es cercano a 7, por que la velocidad de reacción
aumenta en ese valor. De esto podemos concluir que la velocidad de reacción aumenta
al presentarse en un pH óptimo
Efecto de la concentración del substrato
La velocidad de la reacción enzimática se encuentra también influida por la
concentración del substrato. Al aumentar la concentración del substrato, aumentará la
velocidad de la reacción, hasta alcanzar la velocidad máxima. Se alcanza esta velocidad
por que la todos los sitios activos de las enzimas están saturados. Aquí la velocidad de
reacción se hace constante.
Para esta experiencia se utilizaron 3 sistemas con:
- 5 ml de H2O2 + 10 ml de agua destilada
- 10 ml de H2O2 + 5 ml de agua destilada
- 10 ml de H2O2
Los resultados para estos experimentos están representados en el siguiente
gráfico:
velocidad
Concentración
del sustrato
La gráfica nos permite concluir que la concentración de sustrato influye en la
velocidad de la reacción, llegando a ser constante cuando todos los sitios activos de la
enzima catalasa están saturados.
Metabolismo
La suma de todos los cambios químicos que tienen lugar en la célula constituye
el metabolismo. Una metabolito es una sustancia que se ocupa o se deshecha en las
reacciones metabólicas. El metabolismo se divide en dos partes que se llevan a cabo al
mismo tiempo en los procesos de la célula: Catabolismo y Anabolismo. En las
reacciones catabólicas o de degradación ocurre una ruptura de las moléculas en partes
cada vez más pequeñas. En el anabolismo o reacciones de síntesis se integran partes
pequeñas para dar moléculas más complejas.
Respiración aerobia, producción de CO2
Se introducen 40 semillas en germinación de frijoles en un matraz tapado. Un
tubo conecta este matraz con otro matraz que contiene Ba(OH)2. Otra abertura del
mismo tapón esta unida a un embudo. Se deja una hora para luego sacar las pinzas de
los tubos y dejar caer el agua hacia el sistema. El agua provocará que el CO2 avance
desde el matraz con los frijoles hasta el matraz con Ba(OH)2, reaccionando con este,
produciendo BaCO3 + H2O y un leve burbujeo. El BaCO3 se presenta como un
precipitado blanco.
Respiración anaerobea, producción de CO2
Es similar a la experiencia anterior, solo que en vez de frijoles se utiliza
levadura. Esta levadura, gracias al proceso de fermentación, libera CO2. Un tubo
conecta este matraz con otro matraz que contiene Ba(OH)2. Otra abertura del mismo
tapón esta unida a un embudo. Se deja una hora para luego sacar las pinzas de los tubos
y dejar caer el agua hacia el sistema. El agua provocará que el CO2 avance desde el
matraz con la levadura hasta el matraz con Ba(OH)2, reaccionando con este,
produciendo BaCO3 + H2O y un fuerte burbujeo. El BaCO3 se presenta como un
precipitado blanco.
Efecto de un antimetabolito en la respiración de las células de levadura
La enzima enolasa cataliza la reacción que convierte el 2PG en PEP. La enolasa
para reaccionar requiere la presencia de iones Magnesio. El fluor se presenta como un
antimetabolito pues precipita los iones Mg y asi inhibe la reacción. Esta inhibición se
puede detectar por la disminución de la velocidad del proceso respiratorio.
3PG(1)  2PG(2)  PEP(3)  Puruvato(4)  Acetaldehido  CO2 (5)  E tanol
Las enzimas que realizan este proceso son:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
Fosfogliceromutasa
Enolasa
Piruvato cinasa
Piruvato descarboxilasa
Alcohol deshidrogenada
El antimetabolito es NaF y actúa inhibiendo a la enolasa. Esto es debido a que el
Fluor precipita los iones Mg que requiere la enolasa para poder llevar a cabo la
reacción. El resultado observable de esta inhibición es la no producción de CO2
Tubo 1: 5 ml de una suspensión de levadura + 10 ml de agua destilada
Tubo 2: 5 ml de una suspensión de levadura + 5 ml de glucosa + 5 ml de agua destilada
Tubo 3: 5 ml de una suspensión de levadura + 5 ml de glucosa + 5 ml de NaF 0,01M
Tubo 4: 5 ml de una suspensión de levadura + 5 ml de glucosa + 5 ml de NaF 0,05M
Tubo 5: 5 ml de una suspensión de levadura + 5 ml de glucosa + 5 ml de NaF 0,10M
Colocados a 37ºC los resultados de liberación de CO2 fueron los siguientes:
Tubo 1 : No libera CO2
Tubo 2 : Bastante liberación de CO2
Tubo 3 : Descenso de la liberación de CO2, 2 ml
Tubo 4 : Descenso de la liberación de CO2, 1 ml
Tubo 5 : Descenso de la liberación de CO2, 0,5 ml
Se conluye que la liberación de CO2 esta dada indirectamente por la acción de la
enolasa, que es inhibida por el antimetabolito NaF. A mayor concentración de
antimetabolito, menor respiración celular.
Medición de la velocidad del proceso respiratorio en los animales
Se pesan dos animales de la misma especie y se encierran (por separado) en una
cámara de respiración junto con un tubo de ensayo con Na(OH) levemente tapado para
no quemar al animal. El hidróxido de sodio absorbe el CO2 producido en la respiración
y esto produce un cambio en la presión. Este cambio representa el oxígeno consumido
por el animal. Con este valor podemos determinar el consumo de oxígeno por hora. Por
ejemplo: si la marca se desplazo 5 ml en 5 minutos, tenemos:
5m lO2 Xm lO2

15 min 60 min
X corresponde a la cantidad de O2 consumida por hora. Los resultados fueron
que a mayor peso del animal, mayor consumo de oxígeno. La gráfica de consumo de
oxigeno por hora vs peso del animal es la siguiente:
Consumo de
O2
Peso del
animal
La tasa metabólica corresponde al consumo de oxígeno dividido por el peso del
animal.
Consum o de  O2
tasa  m etabolica
peso
Al ser el animal con mayor peso el que consume más oxigeno, tenemos una
relación inversamente proporcional. El gráfico es el siguiente:
Tasa
metabólica
Peso del
animal
La tasa metabólica es menor para animales con mayor peso por que estos poseen
tejidos que consumen menos oxígeno.
Fotosíntesis
Se toman tres hojas, una completamente verde, otra con pigmentos verdes y
pigmentos de otro color, y otra hoja que debe estar 36 horas dentro de una bolsa sin
cortarla del árbol (a la obscuridad). El día en que se realiza el experimento es cuando se
debe cortar la hoja del árbol. La hoja debe perder su pigmentación verde.
Esta experiencia nos permite comprobar si la clorofila es necesaria par la
fotosíntesis. Se llena un vaso químico con agua hasta la mitad y se pone a calentar. En
otro vaso se agregan 200 ml de alcohol etílico al 95% y se coloca a baño maría. Cuando
el agua este hirviendo se introduce la hoja por dos minutos y posteriormente se
transfiere al vaso con alcohol etílico y se deja calentar por tres minutos. A través de este
procedimiento la clorofila se elimina. Es necesario eliminar la clorofila por que esta
oculta la presencia de almidón. Se hace la prueba de lugol a cada hoja. Los resultados
fueron:
Hoja verde : Completamente negras, presencia de almidón
Patrones con mancha : Donde era verde, se tiñe de negro, presencia de almidón. Donde
era de color no se tiñe, no hay presencia de almidón.
Hoja a la obscuridad : no hay tinción, no hay presencia de almidón.
En el caso de la hoja a la obscuridad este resultado se debe a que gastó todas las
reservas de almidón que poseía cuando se dejo en la obscuridad, y al no poder realizar
fotosíntesis, se atrofiaron los cloroplastos y no pudo sintetizar más almidón.
Se concluye que los componentes del almidón son sintetizado por la clorofila a
través de la fotosíntesis