Otro vistazo a la fotosíntesis

     Aquí estoy de vuelta. Quería compartirte un video genial de Profe en c@sa que resume el proceso de fotosíntesis de una forma muy sencilla y fácil de entender. Chequéalo. ¡Hasta la próxima!

Cromatografía de pigmentos fotosintéticos

     Los pigmentos fotosintéticos son esenciales para la fotosíntesis. Sin una molécula que atrape la energía lumínica, no se puede llevar a cabo la fase lumínica. Si no se lleva a cabo la fase lumínica, no podría ocurrir el ciclo de Calvin. Sin ciclo de Calvin, no tendríamos glucosa. La clorofila es el pigmento fotosintético más importante. De hecho, en los fotosistemas de la membrana tilacoidal, hay un par de clorofilas especiales que canalizan la energía de la luz para energizar los electrones. No obstante, hay otros pigmentos contenidos en los cloroplastos: antocianina, carotenoide y xantofila. Estos reflejan largos de onda diferentes a la clorofila, la cual refleja el verde porque absorbe los demás. La antocianina refleja púrpura y rojo. El carotenoide refleja anaranjado, rojo y amarillo. La xantofila refleja amarillo. Cuando ves hojas de un color que no es verde, es porque tienen una gran concentración de otros pigmentos. Pues bien, agarra dos hojas de diferentes colores y hagamos una cromatografía. Dirás, cromatografía, ¿pero qué es eso? La cromatografía es un método químico de separación para la caracterización de mezclas complejas cuyo objetivo es separar los distintos componentes, permitiendo identificar y determinar las cantidades de dichos componentes. Tiene una fase estacionaria (papel) y una fase móvil (disolvente). ¿Estás listo?

Necesitaremos los siguientes materiales: 

- Hojas de cilantrillo o recao

- Hojas de repollo violeta

- Papel blanco de maquinilla

- Alcohol etílico o isopropílico con concentración de 70% o más

- Mortero

- Papel toalla

- Cuatro vasos transparentes

    En mi caso, realicé una tercera cromatografía con una hoja multicolores porque estaba curiosa en cuanto a su composición de pigmentos fotosintéticos. La colocaré en un vaso #3. Observa qué hermosura.

Ahora bien, este es el procedimiento a seguir. 

1. Limpia y prepara el área de laboratorio. Organiza los materiales. Te sugiero utilizar protección para los ojos y la ropa. El alcohol puede caer en el ojo y causar complicaciones. La ropa se puede manchar por los pigmentos y la mancha puede ser un poco difícil de remover.

2. En un vaso o mortero, vierte aproximadamente 30mL de alcohol etílico o isopropílico con concentración de 70% o más.

3. Añade las hojas verdes. Yo usé recao, pero cualquier hoja verde funcionará. 

4. Tritura las hojas en el alcohol hasta que éste se observe con color.

5. Cuidadosamente, filtra la mezcla vertiendo solamente el alcohol en un vaso transparente.

6. Repite el proceso con las hojas violeta. Yo usé repollo violeta, pero puedes usar cualquier hoja o flor cuyo color sea diferente a verde. 

7. En cada vaso, coloca un pedazo de papel cuadrado en el alcohol.

8. Deja los vasos en un área segura donde no puedan ser golpeados o derramados.

    Tras realizar el procedimiento debes tener dos vasos cuyo alcohol estará ligeramente teñido. Al cabo de unos minutos puedes comenzar a apreciar los pigmentos atravesando la fase estacionaria. 

    Puedes dejar la cromatografía de un día para otro, aunque varios minutos más tarde podrás apreciar la separación de pigmentos. Al día siguiente, remueve el papel y deja secar. Observarás líneas de delimitación y franjas de varios colores. Las bandas color verde corresponden a clorofila. Las bandas amarillas corresponden a xantofila. Las bandas color púrpura o azul corresponden a antocianina. Las bandas naranja, o incluso marrón, corresponden a carotenoides. 

    A la izquierda tenemos mi vaso #1, donde se puede observar clorofila (abajo), xantofila (línea amarilla en el centro) y carotenoides (marrón arriba). En la cromatografía de mi hoja violeta, localizada en el centro, había mayor concentración de antocianina, por lo que luce púrpura y es difícil discernir otros pigmentos. En la cromatografía #3, donde utilicé una hoja multicolores, se puede observar antocianina (abajo), clorofila (centro), xantofila (centro amarillo) y carotenoides (arriba). ¡Cuán colorido! Espero que hayas disfrutado realizar esta cromatografía tan bonita. Sin las plantas la vida no sería posible y nos dan mucho más que la protección que les brindamos. La fotosíntesis es increíble y si no fuese por los pigmentos, no se podría realizar. ¿Para qué la planta quiere producir su propio alimento, azúcares? Eso te lo explicaré en la próxima entrada. ¡Hasta entonces!

La fotosíntesis

    Sal al patio, o al balcón. Mira al cielo, al mar o a la montaña. Observa el suelo. Seguramente viste árboles, pájaros, flores, hormigas o perritos. También habría bacterias, pero a éstas solamente podrías verlas a través de un microscopio. Estos organismos, tanto grandes como pequeños, pueden dividirse en dos grupos: heterótrofos y autótrofos. Los organismos heterótrofos son aquellos que necesitan ingerir alimentos para producir energía, como los pájaros y los perritos. Los organismos autótrofos son aquellos que pueden producir sus propios alimentos, como bacterias y las plantas. Pero, ¿cómo lo hacen? ¡A través de la fotosíntesis!   

Fotosíntesis. https://www.ecologiaverde.com/fotosintesis-que-es-proceso-e-importancia-2948.html

    Fotosíntesis nace de "photos" que es griego para luz, y "synthithenai", que es griego para poner juntos o sintetizar. Es el proceso por el cual los autótrofos producen azúcares simples a partir del agua y el dióxido de carbono, usando la energía del sol. ¿Cómo es posible? Es gracias al cloroplasto. El cloroplasto es un organelo exclusivo de la célula vegetal que atrapa la energía lumínica del sol y la transforma en energía química para llevar a cabo las reacciones que sintetizan glucosa.

Estructura del cloroplasto. https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/cell-structure-and-function/cell-compartmentalization-and-its-origins/a/chloroplasts-and-mitochondria

    Para llevar a cabo la fotosíntesis, se necesitan 6 moléculas de agua, 6 moléculas de dióxido de carbono y energía lumínica para producir 1 molécula de glucosa y 6 moléculas de oxígeno. Este proceso hace posible la vida. Produce oxígeno, mantiene en equilibro los gases de la atmósfera, fija carbono y suministra energía a otros organismos a través de la alimentación. 

Ecuación balanceada de la fotosíntesis. https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/cellular-energetics/photosynthesis/a/intro-to-photosynthesis

    Ahora, ¿por qué las plantas son verdes? Esto es porque tienen clorofila, la cual se encuentra en los cloroplastos de las plantas verdes, algas y en la membrana celular de bacterias fotosintéticas. La clorofila es un pigmento fotosintético que absorbe la energía lumínica y la almacena en los carbohidratos producidos durante la fotosíntesis. Los cloroplastos también contienen otros pigmentos fotosintéticos que le dan colores particulares a las hojas de acuerdo al largo de onda que reflejan. La xantofila refleja el color amarillo. La antocianina refleja el púrpura y rojo. El carotenoide refleja rojo, amarillo y anaranjado. 

    El proceso de fotosíntesis consta de dos fases: la fase lumínica y la fase oscura, o ciclo de Calvin. La fase lumínica se lleva a cabo en la membrana tilacoidal del tilacoide. Requiere luz para llevarse a cabo. Rompe las moléculas de agua para obtener protones de hidrógeno, oxígeno y electrones para producir NADH + H y ATP, que son moléculas energéticas. El oxígeno liberado en este proceso sale de la célula a la atmósfera. Durante el ciclo de Calvin, que ocurre en el estroma, la molécula de dióxido de carbono se rompe y el carbono entra al ciclo para producir dos moléculas de tres carbonos. Dos moléculas de G3P (molécula de tres carbonos) forman una molécula de glucosa. En este proceso se utiliza el NADH + H y el ATP para las reacciones de oxidación-reducción y se convierten en NAD y ADP. Estas moléculas regresan a la fase lumínica y la fotosíntesis continúa. Se necesitan seis vueltas del ciclo de Calvin para producir una molécula de glucosa.    

La interconexión de la fase lumínica y el ciclo de Calvin. https://flexbooks.ck12.org/cbook/ck-12-conceptos-biologia/section/2.23/primary/lesson/resumen-de-la-fotos%C3%ADntesis/

    De acuerdo a investigaciones, fueron las cianobacterias, bacterias fotosintéticas, quienes oxigenaron el planeta. Esto dio paso a la evolución de organismos más complejos. No obstante, las plantas son una gran fuente de oxígeno que sostiene la vida en el planeta. En la próxima entrada te compartiré un experimento sobre los pigmentos fotosintéticos donde podrás observar la composición de pigmentos en una hoja. ¡Hasta entonces!

Aplicaciones del transporte celular

    Más allá de conocer cómo funciona el transporte celular, debemos conocer el para qué. El transporte celular permite el intercambio de moléculas y material celular que son necesarios para el funcionamiento de la célula. 

    A través de la difusión entran a la célula moléculas como el oxígeno y el agua, las cuales son necesarias para procesos como la fotosíntesis y la respiración celular. El agua permite la solubilidad de iones necesarios, por ejemplo, para la bomba de sodio-potasio. Esta bomba donde la entrada de iones de sodio y la salida de iones de potasio concede a la célula una carga eléctrica negativa para la transmisión de impulsos nerviosos. 

    La fagocitosis, como observamos, es un tipo de transporte de partículas grandes endocítico muy importante. Nuestro sistema inmune tiene unas células blancas conocidas como fagocitos. Gracias al reconocimiento celular a partir de proteínas y carbohidratos en la superficie de las células, discrimina aquellas que pertenecen al cuerpo de las invasoras. Engolfa las partículas invasoras y las digiere. ¡Adios, bacterias patogénicas! Este también es el método en que parásitos unicelulares adquieren su nutrición, como la ameba.

Una ameba fagocita un paramecio.

    La exocitosis es igualmente importante, ya que por este medio las proteínas, lípidos y hormonas producidas por la célula son secretadas al torrente sanguíneo.

    Ahora bien, hemos resumido algunos para qué del transporte celular. Enfoquémonos ahora en uno en particular: la difusión. El dióxido de carbono y las moléculas de agua entran a la célula por difusión y osmosis respectivamente. ¿Para qué? Pues para uno de los procesos más importantes para la vida: la fotosíntesis. Exploraremos este maravilloso proceso en la próxima entrada. ¡Hasta entonces!

Osmosis: Los efectos de la tonicidad de las soluciones en la zanahoria

    Dentro del transporte pasivo, encontramos la osmosis. La osmosis se refiere al movimiento de agua hacia dentro o fuera de la célula de acuerdo a la tonicidad de la solución. Teóricamente, comprendimos que en una solución hipertónica la concentración de iones es mayor fuera que dentro de la célula y el agua sale, causando plasmólisis. La célula entonces se observa arrugada. En la solución hipotónica, la concentración de los iones es mayor dentro que fuera de la célula y el agua entra, aumentando la turgencia y causando el ensanchamiento de la célula. Recuerda, la turgencia es la presión interna de la célula. En una solución isotónica, hay equilibrio dinámico y la célula no tiene cambio. En esencia, el agua se moverá hacia donde haya mayor concentración de soluto o iones. ¿Qué te parece realizar un experimento para observar los cambios por osmosis?

Necesitarás los siguientes materiales:

-  Dos (2) zanahorias pequeñas o "baby carrots"

-  Sal

-  Agua destilada

-  Hilo

-  Una (1) cuchara plástica

-  Dos (2) vasos plásticos

 El procedimiento consta de los siguientes pasos:

1.  Limpia y prepara el área de laboratorio. Organiza los materiales.

2.  Identifica un vaso con el número 1 y otro con el número 2.

3. Añade 30mL de agua destilada al vaso 1.

4.  Añade 30mL de agua al vaso número dos. Añade sal hasta que no se disuelva.

5.  Amarra un hilo a la zanahoria lo más ajustado posible.

6.  Coloca una zanahoria en el vaso 1, y otra zanahoria en el vaso 2.

7.  Déjalo en reposo por un día.

8.  Remueve la zanahoria y observa los cambios.

9.  Anota las observaciones realizadas. Un buen científico siempre toma nota.

El vaso #1 contiene una zanahoria en agua destilada y el vaso #2 en agua con sal. 

    Ahora bien, ¿qué podemos observar? Siéntete en la libertad de sacar la zanahoria para tocarla y apreciarla mejor. Los materiales utilizados no son riesgosos para la salud. La zanahoria en el vaso #1, en el agua destilada, estará más rígida y ligeramente ensanchada. ¿Por qué? El agua destilada carece de iones. Por lo tanto, la concentración mayor de iones estará dentro de la célula y el agua entra aumentando la turgencia. La zanahoria en el vaso #2 estará blanda y un poco arrugada. ¿Por qué? Al añadir sal al agua, aumenta la cantidad de iones disueltos en la solución. Esto significa que hay mayor concentración de iones fuera de la célula y el agua sale, causando plasmólisis y por ende su apariencia arrugada. 

    Espero que te hayas animado a realizar este experimento sobre la osmosis. La teoría es genial, pero nada se compara con poder observar experimentalmente los diferentes conceptos. El transporte celular es algo increíble y conocer sus aplicaciones, o su funció, nos da otra perspectiva y apreciación por la unidad básica de la vida. En la próxima entrada conoceremos los 'para qué' del transporte celular. ¡Hasta entonces!

Transporte celular

 

    Una de las estructuras más importante de la célula es la membrana plasmática. Ésta permite el intercambio de moléculas necesario para el funcionamiento de la célula y el organismo. Al movimiento de sustancia hacia el interior o exterior de la célula se le conoce como transporte celular. Este intercambio ocurre de tres formas: transporte pasivo, transporte activo y transporte de moléculas grandes.

    El transporte pasivo se puede dividir en: difusión, difusión facilitada y osmosis. La difusión es cuando la molécula pasa de un gradiente de concentración mayor (donde hay más) a uno mejor (donde hay menos). La difusión facilitada se da a través de proteínas transportadoras o de canal que permiten la entrada de moléculas específicas.

Transporte celular. https://sites.google.com/site/nuestraseucariotas/membrana-celular/tipos-de-transporte

    Las osmosis, no obstante, se refiere al movimiento especifico de agua que se guía por los iones o solutos disponibles en el medio. Cuando hay mayor concentración de iones dentro que fuera de la célula, se le llama una solución hipotónica y el agua entra a la célula y aumenta la turgencia, la presión dentro de la célula. Ésta se hincha. Un ejemplo de esto es el agua destilada. Cuando hay mayor concentración de iones fuera que dentro de la célula, se le llama una solución hipertónica y el agua sale de la célula. Ocurre plasmólisis, donde la célula se arruga por la pérdida de agua. Un ejemplo de esto es el agua con sal. Cuando la concentración de iones está balanceada, se llama una solución isotónica y el agua entra y sale constantemente para mantener equilibro dinámico.

Osmosis. https://prevencionsaludproactiv.com/2021/04/01/soluciones-isotonicas-hipotonias-e-hipertonicas/

        Ahora bien, el transporte pasivo no incurre en gasto de energía celular, pero el transporte activo sí. Durante el transporte pasivo, las moléculas son transportadas en contra del gradiente de concentración. Entiéndase, van de una concentración menor a una mayor. Es como ir a un lugar donde hay mucha gente y hay que valerse de empujones para entrar. La bomba de sodio-potasio, importante para la conducción de impulsos nerviosos, es un ejemplo de transporte activo. El gasto de ATP permite el movimiento de los iones de sodio y potasio, cuyo gradiente crea una carga eléctrica que permite la conducción neuronal.

Bomba de sodio-potasio. https://www.lifeder.com/bomba-sodio-potasio/

        Por último, tenemos el transporte de partículas grandes. También consume energía. Se divide en dos: endocitosis y exocitosis. Durante la endocitosis, la célula ingiere partículas grandes hacia el citoplasma. Podemos observar esto a través de la fagocitosis que llevan a cabo algunos microorganismos que engolfan otras células y partículas para digerirlas. Por medio de la exocitosis, la célula secreta moléculas o partículas que son expulsadas al exterior. Un ejemplo es la secreción de hormonas al torrente sanguíneo.    

Endocitosis y exocitosis. http://diccionariobiologia.blogspot.com/2017/10/que-es-endocitosis.html

        Fascinante, ¿verdad? Espero que esta síntesis te haya ayudado a conocer un poco más sobre el transporte celular y la importancia de la membrana plasmática. Luego veremos más aplicaciones sobre este intercambio. ¡Hasta entonces!

La membrana plasmática

     Ahora que conoces la estructura de la célula eucariota, vamos a enfocarnos en la membrana plasmática. Esta tiene varias funciones que incluyen: delimitación, protección e intercambio de moléculas. La membrana plasmática tiene cuatro componentes: fosfolípidos, colesterol, carbohidratos y proteínas. ¿Te suenan? Esencialmente, está compuesta de tres macromoléculas.

    Los fosfolípidos son unos lípidos de cabeza hidrofílica, a fin con el agua, y colas hidrofóbicas. Estos le dan la fluidez necesaria para el intercambio de moléculas. El colesterol, sin embargo, le da rigidez. De esta forma hay un balance. Las proteínas pueden ser periféricas, que están a un lado u otro, o integrales. Las integrales cruzan de un lado a otro de la membrana creando un canal. Los carbohidratos se encuentran adheridos a la superficie externa de la membrana. En conjunto con las proteínas, participan del reconocimiento celular. Por ejemplo, le indican al sistema inmunológico si la célula pertenece al cuerpo o si es extranjera, en cual caso el cuerpo la atacaría.

La membrana plasmática. https://www.partesdel.com/partes_de_la_membrana_plasmatica.html

        La membrana se considera un mosaico fluido. Es un mosaico dinámico de componentes que se pueden mover fluida y libremente en el plano de la membrana. Esto permite la entrada y salida de partículas y moléculas que la célula y el cuerpo necesitan para su funcionamiento. Pero ¿cómo ocurre ese intercambio? Eso lo veremos en la próxima entrada. ¡Hasta entonces!