Biología 3051

1. Biología 3051 Laboratorio No. 8 Respiración celular Instructora Andrea Arias García

2. objetivos • Entender que es la respiración celular, su importancia y los pasos principales de la misma. • Diferenciar entre la respiración aeróbica y la anaeróbica. • Diferenciar entre la fermentación láctica y alcohólica y conocer sus implicaciones. • Medir la respiración aeróbica en varios organismos, utilizando titulaciones. • Estudiar la producción de CO2 durante la fermentación anaeróbica de varios carbohidratos.

3. Transformaciones de la energía • El estudio de las transformaciones de energía en los seres vivos se denomina bioenergética • Existen 3 tipos importantes de transformaciones energéticas: • Fotosíntesis • Respiración celular • Utilización de la energía por parte de los seres vivos

4. Respiración celular • Comprende una serie de reacciones por las cuales la célula degrada moléculas orgánicas y produce energía. • C6H12O6 +6O2 6CO2 + 6H2O + Energía (ATP) Glucosa bióxido agua de carbono

5. Clases de respiración • RESPIRACIÓN AEROBIA Es un proceso de obtención de energía en el que el receptor final de electrones es el oxígeno. • RESPIRACIÓN ANAEROBIA Cuando por determinadas causas, las células no disponen de oxígeno para obtener energía, se realiza la respiración anaeróbia (fermentación), produciendose como resultado el ácido láctico.

6. Funcion de la mitocondria • Las mitocondrias son los orgánulos celulares encargados de suministrar la mayor parte de la energía necesaria para la actividad celular, actúan por tanto,como centrales energéticas de la célula y sintetizan ATP a expensas de los carburantes metabólicos (glucosa, ácidos grasos y aminoácidos). • La ultraestructura mitocondrial está en relación con las funciones que desempeña: en la matriz se localizan los enzimas responsables de la oxidaciónde los ácidos grasos, los aminoácidos, el ácido pirúvico y el ciclo de krebs

7. Fucion de la mitocondria • En la membrana interna están los sistemas dedicados al transporte de los electrones que se desprenden en las oxidaciones anteriores y un conjunto de proteínas encargadas de acoplar la energía liberada del transporte electrónico con la síntesis de ATP,estas proteínas le dan un aspecto granuloso a la cara interna de la membrana mitocondrial. • También se encuentran dispersas por la matriz una molécula de ADN circular y unos pequeños ribosomas implicados en la síntesis de un pequeño número de proteínas mitocondriales

8. Estructura de la mitocondria Transporte de electrones Síntesis de ATP oxidación de los ácidos grasos, los aminoácidos, el ácido pirúvico y el ciclo de krebs

9. Vía aeróbica • Comprende 3 etapas: • Glucólisis: Se realiza en el citoplasma donde hay enzimas que degradan parcialmente la glucosa, liberando energía (ATP). • Ciclo de Krebs: Ocurre en la matriz mitocondrial por una acción enzimática. Se produce liberación de CO2 y energía. • Cadena respiratoria: Se produce en las crestas mitocondriales donde hay enzimas que forman la cadena respiratoria. Finalmente, la glucosa es degradada totalmente.  La respiración aeróbica produce 36 ATP a partir de una molécula de glucosa.

10. Glucólisis • La glucolisis tiene lugar en el citoplasma celular. Consiste en una serie de diez reacciones, cada una catalizada por una enzima determinada, que permite transformar una molécula de glucosa en dos moléculas de un compuesto de tres carbonos, el ácido pirúvico.

11. Glucólisis: Etapas • En la primera parte se necesita energía, que es suministrada por dos moléculas de ATP, que servirán para fosforilar la glucosa y la fructosa • En la segunda fase, que afecta a las dos moléculas de PGAL se forman cuatro moléculas de ATP y dos moléculas de NADH. • Se produce una ganancia neta de dos moléculas de ATP

13. El ciclo de Krebs • El producto más importante de la degradación de los carburantes metabólicos es el acetil-CoA, (ácido acético activado con el coenzima A), que continúa su proceso de oxidación hasta convertirse en CO2 y H2O ,mediante un conjunto de reacciones que constituyen el ciclo de Krebs punto central donde confluyen todas las rutas catabólicas de la respiración aerobia. Este ciclo se realiza en la matriz de la mitocondria

14. Ciclo de Krebs: Cont. • En este ciclo se consigue la oxidación total de los dos átomos de carbono del resto acetilo, que se eliminan en forma de CO2; los electrones de alta energía obtenidos en las sucesivas oxidaciones se utilizan para formar NADH Y FADH2, que luego entrarán en la cadena respiratoria

15. Esquema del ciclo de Krebs

16. Cadena respiratoria • Sería la etapa final del proceso de la respiración, es entonces cuando los electrones "arrancados" a las moléculas que se respiran y que se "almacenan" en el NADH Y FADH2, irán pasando por una serie de transportadores, situados en las crestas mitocondriales formando tres grandes complejos enzimáticos.

17. Cadena respiratoria: Cont. • La disposición de los transportadores permite que los electrones "salten" de unos a otros, liberándose una cierta cantidad de energía (son reacciones redox) que sirve para formar un enlace de alta energía entre el ADP y el P, que da lugar a una molécula de ATP. • El último aceptor de electrones es el oxígeno molecular, otra consecuencia será la formación de agua.

18. Cadena respiratoria

19. El ATP • Aunque son muy diversas las biomoléculas que contienen energía almacenada en sus enlaces, es el ATP (adenosín trifosfato) la molécula que interviene en todas las transacciones de energía que se llevan a cabo en las células; por ella se la califica como "moneda universal de energía".

20. El ATP está formado por adenina, ribosa y tres grupos fosfatos, contiene enlaces de alta energía entre los grupos fosfato; al romperse dichos enlaces se libera la energía almacenada. Constitución del ATP

21. En la mayoría de las reacciones celulares el ATP se hidroliza a ADP, rompiéndose un sólo enlace y quedando un grupo fosfato libre, resultando AMP + 2 grupos fosfato. El sistema ATP <-> ADP es el sistema universal de intercambio de energía en las células Intercambio de energía

22. Vía anaeróbica • Fermentación: Consiste en la descomposición anaeróbica de un compuesto orgánico por un sistema enzimático; para facilitar la obtención de energía por parte de la célula en ausencia de oxígeno. La ruta anaeróbica produce 2 ATP a partir de una molécula de glucosa.

23. Fermentación • Las levaduras son organismos anaeróbicos facultativos, que significa que pueden vivir sin oxígeno. • Cuando hay oxígeno lo utilizan para la respiración, es decir para oxidar la glucosa completamente y así obtener ATP. • En condiciones de anaerobiosis, las cepas de Saccharomyces cerevisiae (levaduras de la panificación) y otras especies de levaduras transforman la glucosa en ácido pirúvico, siguiendo la secuencia de reacciones de la glicolisis.

24. Fermentación: cont. • Este proceso es común a la mayoría de los seres vivientes; pero aquí radica lo específico de estas levaduras, son capaces de proseguir la degradación del pirúvico hasta etanol, mediante el siguiente proceso:

25. Resumen general

26. Actividad Práctica

27. Práctica Parte 1: Fermentación en levaduras • Preparar la suspensión de levaduras (antes del laboratorio: 1 pqte de levadura, 2 gr de sacarosa y un poco de melaza en 100 ml de agua). • Rotular 4 tubos y añadir y mezclar lo siguiente: • Tubo 1: 2 ml de sacarosa y 2 ml de levadura • Tubo 2: 2 ml de galactosa y 2 ml de levadura • Tubo 3: 2 ml de maltosa y 2 ml de levadura • Tubo 4: 2 ml de lactosa y 2 ml de levadura

28. Cont. • Para cada uno de los tubos, llenar una pipeta graduada con la solución del tubo, tapando el extremo con el dedo mientras se sella el otro lado con papel de parafina. • Invertir la pipeta, colocandola en el tubo de ensayo. • Anotar la producción de CO2 en cada pipeta a intérvalos de 5 minutos por 20 minutos

29. Resultados producción de CO2 en la fermentación

30. Práctica Parte 2: Respiración en plantas y animales • Rotular 5 beakers de 150 ml y añadir lo siguiente a cada uno: • B1: 100 ml de agua y 1 pez • B2: 100 ml de agua y 2 caracoles • B3: 100 ml de agua y 5 cm de Elodea • B4: 100 ml de agua y 5 cm de Elodea • B5: 100 ml de agua

31. Cont. • Tapar con papel de aluminio todos, excepto el 4 que se cubrirá por completo. • Colocar el 3 cerca de una bombilla • Después de 30 min, remover los organismos • Llenar pipeta de titulación con NaOH • A 25 ml de cada beaker añadir 4 gotas de fenolftaleína • Titular hasta observar color rosa pálido persistente

32. Calcular la produccion de CO2 para cada beaker utilizando la siguiente ecuacion : Producción de CO2 = [ml NaOH (experimental) – ml NaOH (control*)] x 2.5 ml NaOH ____________________________________________________ Volumen del organismo (ml) x tiempo (H) • * Al titular el agua del beaker 5