UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESARLIC. EN CIENCIAS NATURALES Y EDUCACIÓN AMBIENTAL BIOLOGÍA CELULAR

PRÁCTICA SOBRE RESPIRACIÓN

ANAEROBIA Docente: Rolando Hernández Lazo.

Fecha de realización: 24/04/17

Brielis redondo Avendaño

OBJETIVOS:

Objetivo General:

Comprender el fundamento bioquímico de la respiración anaerobia a través de procesos fermentativos recreados en el laboratorio.

Objetivos Específicos:

Conocer las aplicaciones de la Fermentación Alcohólica

Conocer las aplicaciones de la Fermentación Láctica

Identificar los tipos de Carbohidratos que hacen parte de la Fermentación Alcohólica

Determinar que Carbohidratos son más eficaces en la Fermentación Alcohólica

Observar los tipos de bacterias presentes en la Fermentación Láctica.

Para el Estudiante: elabore por lo menos cinco objetivos específicos relativos al desarrollo de la práctica. Tenga en cuenta los parámetros sugeridos para la redacción y clasificación de los mismos.

INTRODUCCIÓN

La respiración es el proceso mediante el cual se lleva a cabo la ruptura de glucosa para la obtención de energía (ATP).En la Tierra existen dos tipos de respiración celular: la respiración aerobia y la anaerobia. La respiración aerobia se lleva a cabo en presencia de oxígeno y la anaerobia en ausencia de oxígeno. La respiración anaerobia consta de un proceso de dos etapas, la glucólisis y la fermentación. La glucólisis es la degradación de la glucosa en dos moléculas de ácido pirúvico. Se lleva a cabo en tres pasos. Primero la activación de la glucosa, seguido de la ruptura de la glucosa y finalmente la obtención de productos (2 ácidos pirúvicos + 2NADH + 4 ATP). La segunda etapa de la respiración anaerobia es la fermentación. La fermentación es la vía metabólica que comprende una serie de reacciones químicas en las que cada tipo de célula fermentadora utiliza el ácido pirúvico para la síntesis de otros productos. Existen dos tipos de fermentación: la etanólica, que se realiza sin oxígeno y en la que se obtienen dos moléculas de etanol; y la láctica, que se realiza sin presencia de oxígeno y se forma el ácido láctico. En esta etapa no se gana ni sepierde ATP. Los organismos que realizan este tipo de respiración son algunasbacterias. Todos los organismos a excepción de algunas bacterias que realizan respiración anaerobia, realizan este tipo de respiración, por ejemplo los humanos, los pájaros, peces y mamíferos. El ATP es un compuesto formado por moléculas portadoras de energía y que son muy importantes en la respiración, tanto aerobia como anaerobia, porque gracias a esta molécula la célula obtiene la energía que necesita. En el ensayo de la Fermentación Alcohólica se experimentara con diferentes tipos de Carbohidratos: dos monosacáridos (Sacarosa y Fructosa) y dos disacáridos (Galactosa y Maltosa ) para calcular cual genera mayor cantidad de CO2

y como consecuencia determinar el tipo de azúcar que resulta ser un buen fermentador. Y en la práctica de Fermentación Láctica se observaran las bacterias presentes en la muestra de un yogurt, elaborado con anterioridad y se le medirá el pH.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Las células llevan a cabo diversos procesos para mantener su funcionamiento normal, muchos de los cuales requieren energía. La respiración celular es una serie de reacciones mediante lasCuales, la célula degrada moléculas orgánicas y produce energía. Todas las células vivas llevan a cabo respiración celular para obtener la energía necesaria para sus funciones. Usualmente se usa glucosa como materia

Para el estudiante: Elabore la introducción de la práctica de laboratorio siguiendo los parámetros sugeridos.

prima, la cual se metaboliza a bióxido de carbono y agua, produciéndose energía que se almacena como ATP (trifosfato de adenosina).

C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O 6 CO2 + 12 H2O + Energía (ATP)

La molécula de ATP está formada por adenina, ribosa y tres grupos fosfatos con enlaces ricos en energía. Cuando la molécula se hidroliza, el fosfato terminal se separa para formar ADP (difosfato de adenosina) y se libera energía. El ATP es la fuente de energía que se usa como combustible para llevar a cabo el metabolismo celu

La respiración celular se divide en pasos y sigue distintas rutas en presencia o ausencia de oxígeno. En presencia de oxígeno sucede respiración aeróbica y en ausencia de oxígeno sucede respiración anaeróbica. Ambos procesos comienzan con la glucólisis.

La Glucolisis es el primer paso de la respiración celular y consiste de una serie de reacciones que ocurren en el citoplasma de la célula y por las cuales, a partir de una molécula de glucosa, se producen dos moléculas de ácido pirúvico (piruvato). Todos los organismos llevan a cabo la glucólisis. La glucólisis se divide en dos partes; en la primera la molécula de glucosa se divide en dos moléculas de gliceraldehido-3-fosfato y en la segunda estas dos moléculas se convierten en dos moléculas de ácido pirúvico (piruvato). Durante la glucólisis se producen dos moléculas de ATP.

GLUCOSA + 2Pi + 2ADP + 2NAD+ → 2 ACIDOS PIRUVICOS + 2ATP + 2NADH + 2H+

En ausencia de oxígeno, luego de la glucólisis se lleva a cabo fermentación (respiración celular anaeróbica). Algunas bacterias sólo llevan a cabo fermentación, mientras que la gran mayoría de los organismos (incluidos los humanos) pueden llevar a cabo respiración celular aeróbica y anaeróbica.

La respiración celular aeróbica es el conjunto de reacciones en las cuales el ácido pirúvico producido por la glucólisis se transforma en CO2 y H2O, y en el proceso, se producen 36 moléculas de ATP. En las células eucariotas este proceso ocurre en el mitocondrio en dos etapas llamadas el Ciclo de Krebs (o ciclo de ácido cítrico) y la cadena de transporte de electrones:

Reacción de transición:

2 ACIDOS PIRUVICOS + 2 NAD+ + 2 CoA 2 Acetyl CoA + 2 NADH + 2 CO2

Ciclo de Krebs:

OXALOACETATO + Acetyl CoA Citrato +

CoA En el ciclo de Krebs se producen:

4CO2, 6NADH, 2 FADH2 y 2 ATP por cada molécula inicial de glucosa

En la cadena de transporte de electrones, los electrones producidos en glucólisis y en el ciclo de Krebs pasan a niveles más bajos de energía y se libera energía para formar ATP. Durante este transporte de electrones las moléculas transportadoras se oxidan y se reducen. El último aceptador de electrones de la cadena es el oxígeno. En la cadena se producen 34 moléculas de ATP a partir de una molécula inicial de glucosa.

La respiración celular anaeróbica ocurre en ausencia de oxígeno. Este mecanismo no es tan eficiente como la respiración aeróbica, ya que sólo produce 2 moléculas de ATP, pero al

menos permite obtener alguna energía a partir del piruvato que se produjo en la glucólisis. Hay dos tipos de respiración celular anaeróbica: fermentación láctica y fermentación alcohólica.

Fermentación láctica:La fermentación láctica ocurre en algunas bacterias y gracias a este proceso obtenemos productos de origen lácteo tales como yogurt, crema agria y quesos. Este proceso sucede también en el músculo esquelético humano cuando hay deficiencia de oxígeno, como por ejemplo, durante el ejercicio fuerte y continuo.

Acido pirúvico + NADH + H+ acido láctico + NAD+

La acumulación del ácido láctico causa el dolor característico cuando ejercitamos los músculos excesivamente.

Fermentación alcohólica:En la fermentación alcohólica suceden dos reacciones consecutivas:

Acido piruvico acetaldehido + CO2 acetaldehido + NADH + H+

etanol + NAD+

Este tipo de fermentación ocurre en levaduras, ciertos hongos y algunas bacterias, produciéndose CO2 y alcohol etílico (etanol); ambos productos se usan en la producción de pan, cerveza y vino.

La diferencia básica entre la respiración celular aeróbica y la anaeróbica (a parte de suceder en presencia o ausencia de oxígeno) es la cantidad de moléculas de ATP que se producen. En la respiración celular anaeróbica, los hidrógenos (electrones) pasan al piruvato para formar el ácido láctico o el etanol, mientras que en la respiración celular aeróbica los hidrógenos pasan a la cadena de transporte de electrones para formar ATP. En la respiración celular aeróbica, el piruvato que pasa por el ciclo de Krebs produce hidrógenos adicionales que también pasan a la cadena de transporte de electrones para formar ATP. Por esta razón, en la respiración celular aeróbica se producen 36 moléculas de ATP a partir de una molécula de glucosa, mientras que en la ruta anaeróbica sólo se extraen 2 moléculas de ATP a partir de una molécula de glucosa.

DESARROLLO METODOLÓGICO

1. Fermentación alcohólica en levaduras

En este ejercicio se estudiará el proceso de fermentación alcohólica que llevan a cabo las levaduras. Estos organismos llevan a cabo respiración aeróbica en presencia de oxígeno y respiración anaeróbica en ausencia de éste. La levadura que se usará es Saccharomyces cerevisiae, la misma que se utiliza para la producción de pan, cerveza y vino. En la fermentación alcohólica se produce bióxido de carbono y alcohol etílico (etanol). El bióxido

de carbono crea la efervescencia en la cerveza y hace que el pan “suba” dentro del horno. El etanol que se produce es el alcohol presente en la cerveza y los vinos. Se usarán varias soluciones de carbohidratos para determinar cuáles pueden metabolizarse mediante la fermentación.

1.1. Materiales, insumos y reactivos por grupo de trabajo

Gradilla para tubos de ensayo Cuatro tubos de ensayo grandes Cuatro pipetas Pasteur desechables Lápiz de cera Un sobre de levadura Azúcar o melaza 4 Vasos de precipitación de 1000 mL Sacarosa Galactosa Maltosa Lactosa

1. 2. Procedimiento

1.Rotule cada uno de los vasos de precipitación de 1000 mL con los nombres de los cuatro carbohidratos: sacarosa, galactosa, maltosa y lactosa.2.Prepare una suspensión de levadura en cada uno de los vasos usando para ello 200 mL de agua destilada tibia, 10 gr. de levadura y 2gr. del carbohidrato que aparece en el rótulo del vaso.3.Deje transcurrir 10 minutos con el fin de que la levadura se active.4.Llene hasta el tope un tubo de ensayo con el fermento que contiene sacarosa, tape con el dedo pulgar, inviértalo y deposítelo de manera vertical en el vaso que contiene el mismo fermento. Anote el tiempo exacto a partir de este momento, el cual corresponderá al tiempo inicial de la experiencia.5.Replique lo anterior para los vasos que contienen galactosa, maltosa y

lactosa.6. Estime y anote en la tabla Nº 1, el volumen de CO2 producido en cada uno de los montajes en intervalos de 15 minutos, a partir del tiempo inicial, hasta completar una hora de observación.

Tiempo(en minute)

Tubo 1 Tubo 2 Tubo 3 Tubo 4

1 3.2cm 2.2cm 1.5cm 1cm5 2.1cm 1.2cm 1cm 0.8cm8 1.6cm 0.8cm 0.8cm 0.7cm10 0.2cm 0.5cm 0.5cm 0.5cm

Tabla Nº 1: Producción de CO2 en cada uno de los tubos de fermentación

1.3. Resultados:

La sacarosa fue la mezcla que obtuvo más fermentación, su proceso de fermentación fue más rápido y hizo más cantidad de espuma. Luego la maltosa que no produjo la misma cantidad de fermentación y su colorido fue más clara que el anterior.

La galactosa le sigue en cantidad de fermentación su espuma es más clara aun y no genero tanta producción de co2, por último la lactosa y la galactosa terminaron con cantidad de fermento aparecido, y su tiempo tarde por unos segundos.Pero en la galactosa fue más lento se observó una liberación de CO2

1.4. Análisis de resultados

Para el estudiante: Realice una descripción de los resultados obtenidos a partir de los hechos reales observados. Enriquezca sus resultados elaborando una gráfica con los datos registrados en la tabla Nº1.

Para el estudiante: Realice una discusión de los resultados obtenidos a partir de la explicación de los hechos observados, teniendo en cuenta los elementos conceptuales del marco teórico de la guía o haciendo uso de bibliografía especializada.

2. Fermentación láctica y observación de bacterias lácticas

2.1. Materiales, insumos y reactivos por grupo de trabajo

Microscopio Portaobjetos Cubreobjetos Aguja enmangada Papel indicador pH Yogur natural Colorante (verde de metilo o azul de metileno) Mechero Cuentagotas Leche Agua Alcohol al 95%

2.2. Procedimiento

a. Obtención de yogur por fermentación lácticaa) Coloque 50 ml de leche en un frasco limpio y añade una cucharadita

de yogur.b) Deje el frasco tapado a temperatura de 37 ºC durante dos días.c) Lleve el producto elaborado al laboratorio. Tome una muestra del

yogur producido y mida su pH con el papel indicador de pH.d) Anote el resultado del pH del yogur producido.

2.3. Resultados de la parte a:

Al agregarle la mezclas de leche una cuchara de yogur a pesar de que el yogur es de menos cantidad tuvo mas olor que la leche al medir el ph de la leche fue mas clara que la del yogur

Para el estudiante: Describa los resultados obtenidos a partir de los hechos observados teniendo en cuenta las características físicas del producto elaborado, su pH (fije la tira de papel indicador en el sitio indicado).

b. Observación de las bacterias del yogurEl yogur es un producto lácteo producido por la fermentación natural de la leche. A escala industrial esta fermentación es realizada por Streptococcus thermophillus y Lactobacillus bulgaricus.

a) Coloque una gota de agua sobre un portaobjetos.b) Deposite sobre ella una muestra del yogur con la ayuda de la aguja

enmangada.c) Realice un frotis con la muestra y añade una gota de alcohol al 95

para fijar la preparación (También se puede fijar por calor).d) Añada unas gotas del colorante y deje actuar durante 2-3 minutos.e) Lave el exceso del colorante con agua.f) Seque bien el portaobjetos, coloque el cubreobjetos y observe la

muestra al microscopio.g) Dibuje las bacterias observadas e indique su morfología y sus

tipos de agrupaciones.

2.4. Resultados de la parte b.

2.5. Análisis de resultados de la parte a y b.

Fije la tira de papel indicador de pH aquí

Para el estudiante: Dibuje las bacterias observadas e indique su morfología y sus tipos de agrupaciones.

Para el estudiante: Discuta los resultados obtenidos de la parte 2 a y 2 b, teniendo en cuenta los elementos conceptuales que se pueden aplicar a la fermentación de tipo láctica.

Durante la observación del procedimiento obtuvimos que el género Estreptococos es un grupo de bacterias formado por cocos gran positivos pertenecientes al filo firmicutes y al grupo de las bacterias ácido lácticas. Estas bacterias crecen en cadenas o pares, donde cada división celular ocurre a lo largo de un eje. La producción del yogur es debido a la simbiosis entre dos bacterias, el streptococcus thermophilus y el lactobacillus bulgaricus, las cuales se caracterizan porque cada una estimula el desarrollo de la otra, observamos que el yogur yla leche su ph es diferente y que poseen diferentes características químicas a pesar de que son derivados de un mismo producto.

CONCLUSIONEn esta práctica de laboratorio se pudo comprobar, que en la respiración Anaerobia la célula obtiene energía de una sustancia sin utilizar oxígeno a lo que se le llama Fermentación. Observamos el tipo de bacteria que lleva a cabo la Fermentación Láctica como los Lactobacillus, Streptococcus, entre otras bacterias utilizadas en el proceso de la obtención de yogurt, queso, mantequilla. De igual forma, observamos que la Fermentación Alcohólica tiene como resultado Etanol o Alcohol Etilico y co2,observamos y contabilizamos la cantidad de co2,liberada en este proceso, con ayuda de Levadura y Carbohidratos como la glucosa, Fructosa, Maltosa, galactosa

CUESTIONARIO

1. ¿Por qué no es igual la producción de CO2 en cada tubo?

Xq cada uno tuvo diferentes fermentaciones al agregarle las diferentes sustancia pudimos la cual pudimos observar sus diferentes reacciones de cada uno

2. ¿Qué tipo de fermentación ocurrió?En la fermentación alcohólica suceden dos reacciones consecutivas: Este tipo de fermentación ocurre en levaduras, ciertos hongos y algunas bacterias, produciéndose CO2 y alcohol etílico (etanol); ambos productos se usan en la producción de pan, cerveza y vino

3.¿Cuál es la característica principal de este tipo de fermentación?

logramos observar fue el cambio físico que sufre la sustancia al fermentarse, también observamos que en el proceso de fermentación hay mucho burbujeo, es decir es un proceso constante hasta llegar a un máximo de fermentación

4. ¿Puede la levadura usar diferentes carbohidratos para la fermentación?

Si, en la levadura se puede utilizar varios carbohidratos ya que por glicolisis se trasforman estos carbohidratos a glucosa y de glucosa a acido pirúvico y en la fermentación este acido pirúvico produce etanol y CO2. La levadura es un catalizador para la desintegración de carbohidratos a este proceso se le llama fermentación, pueden fermentar diferentes azucares como glucosa, sacarosa, maltosa y lactosa

5.Cuál es el producto de la fermentación láctica? Explique!!!La fermentación láctica es una ruta metabólica anaeróbica que ocurre en la matriz citoplásmica de la célula, en la cual se fermenta la glucosa (se oxida parcialmente) para obtener energía metabólica y unproducto de desecho que principalmente es el ácidoláctico . en este orden de idea la fermentación láctica por medio de la respiración anaeróbica , la cual se produce en el citoplasma debido a la fermentación de la glucosa al ser sometida a estos procesos , la glucosa se oxida y produce un producto de desecho que es el acido láctico permitiendo la fermentación de esta.

BIBLIOGRAFÍA

1. http://www.biology-online.org/1/3_respiration.htm

2. Denniston, Topping and Caret (2004). General, Organic, and3. Biochemistry , 4ta Ed. Mc Graw Hill. New York. USA4. Boyer, B (1999). Concepts in Biochemistry, Brooks/Cole Publishing.5. http://en.wikipedia.org/wiki/Cellular_respiration6. Solomon, Berg & Martin (2004). Biology, 7th Ed. Brooks Cole Publ.7. http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/C/Cellular/

Respiration.html

PARÁMETROS DE EVALUACIÓN DE LA PRÁCTICA DE LABORATORIO

1. Para el Estudiante:

NOMBRE DE LOS ESTUDIANTES DEL GRUPO

ITEM DE EVALUACIÓN VALOR

Brielis Redondo Usa atuendo requerido para estar en el laboratorioLlega puntual al laboratorioEs proactivo y dedicado en su quehacer prácticoMantiene el orden y la disciplina en el laboratorioIntercambia opiniones con sus compañeros de manera respetuosa y cordialUsa atuendo requerido para estar en el laboratorioLlega puntual al laboratorioEs proactivo y dedicado en su quehacer prácticoMantiene el orden y la disciplina en el laboratorioIntercambia opiniones con sus compañeros de manera respetuosa y cordialUsa atuendo requerido para estar en el laboratorioLlega puntual al laboratorioEs proactivo y dedicado en su quehacer prácticoMantiene el orden y la disciplina en el laboratorioIntercambia opiniones con sus compañeros de manera respetuosa y cordialUsa atuendo requerido para estar en el laboratorioLlega puntual al laboratorioEs proactivo y dedicado en su quehacer prácticoMantiene el orden y la disciplina en el laboratorioIntercambia opiniones con sus compañeros de

manera respetuosa y cordialUsa atuendo requerido para estar en el laboratorioLlega puntual al laboratorioEs proactivo y dedicado en su quehacer prácticoMantiene el orden y la disciplina en el laboratorioIntercambia opiniones con sus compañeros de manera respetuosa y cordialUsa atuendo requerido para estar en el laboratorioLlega puntual al laboratorioEs proactivo y dedicado en su quehacer prácticoMantiene el orden y la disciplina en el laboratorioIntercambia opiniones con sus compañeros de manera respetuosa y cordial

2. Para el grupo:

ITEM DE EVALUACIÓN

VALORElaboran los objetivos de la práctica de manera correcta de acuerdo a los parámetros establecidos.Redactan la introducción de la guía con base en los principios establecidos en la metodología de la investigación.Describen sus resultados de manera clara teniendo mediante un discurso contextualizado y coherente a partir de hechos reales observados.Demuestran una actitud científica mediante los análisis construidos a partir de una hipótesis acertada y el uso de elementos conceptuales teóricos, con el fin de explicar los hechos observados.Elaboran su pre-informe y organizan sus materiales de trabajo, previamente antes de ingresar al laboratorio.