CARBOHIDRATOS

MANCILLA, C. G. E.; BLANCO, E. Z.; ROSAS, T. M; CASTREJÓN, C. R. y PÉREZ, S. L. J.

Q.F.B.; V Semestre: Universidad del Valle de México, Campus Chapultepec(Av. Constituyentes No. 151 Col. San Miguel Chapultepec. C.P. 11850 México, DF.)

RESUMEN:

En esta práctica se da una introducción al tema de los carbohidratos, de cómo están compuestos, sus estructuras y algunas de sus funciones primordiales; se trata el tema de los autótrofos ya que se utilizó un organismo de este tipo, es decir hojas de un geranio, el cuál al ser un organismo de este tipo realiza la fotosíntesis como principal fuente tanto de nutrición como de obtención de energía y de esta manera al producir glucosa, las plantas la almacenan en su interior en forma de almidón como principal forma de reserva energética y de alimentación.

Para realizar el procedimiento primero se realizó la inhibición de la producción de almidón por efecto de la luz a las hojas del geranio utilizando papel celofán de colores rojo, azul, amarillo y verde y a otras con aluminio para que se disminuyera la longitud de onda alcanzada por las plantas de la luz solar para después de unos días proceder con la identificación del almidón teniendo así mismo unas hojas testigo que recibieran la luz normalmente y de esta manera se procedió a colocar las hojas en matraces erlenmeyer (por separado) a los cuales se les agregó etanol y se colocaron a ebullición para desprender la clorofila.

Después se colocaron las hojas semidespigmentadas en agua fría y se añadió lugol, que es un reactivo que se utiliza para determinación de carbohidratos y dependiendo de la intensidad de luz que hubiesen recibido las plantas era la intensidad de color observada en las soluciones y tanto en los matraces como en los vasos con lugol se observó que a mayor cantidad de energía solar recibida se desprendieron mayor cantidad de electrones de clorofila debido a que esta es donadora de electrones y por lo tanto a mayor radiación mayor es la cantidad de electrones disponibles y por lo tanto mayor energía y en el caso del lugol a mayor energía mayor producción de carbohidratos y por lo tanto mayor intensidad de color en la solución se observó.

INTRODUCCIÓN

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Resumen………………………………………………………………..….1Introducción……………………………………………………………..…2I.- Bioquímica…………………………………………………….….…….……....2II.-Carbohidratos………………………………………………………….…….…3III. Autótrofos……..………………..………………………………………………8IV. Fotosíntesis………………………..…………………………………………...8

Objetivos………….……………………………………….……………..….9Hipótesis………...……………………………………………….……..……9

Material………………...……………………………………….………...…..9 Metodología…………….………………………………………….……..….10 Resultados………………………..…………………………………………..11

Discusión de Resultados………………………………….………… ……….12 Conclusiones…………………………………………….……………………13

Referencias……………………………………………….……………...…….13 Resumen del artículo…………………………………..……………………..14

A las plantas verdes se les denomina organismos autótrofos porque son capaces de fabricar durante la fotosíntesis sus propios alimentos, de los cuales uno de los más importantes es la glucosa. Existen varias sustancias que se utilizan para demostrar la presencia de azucares. Una de ellas es la solución de Fehling, que al combinarse con ellos cambia de color, variando desde un tono amarillento hasta un color rojo ladrillo, dependiendo de la cantidad de azucares presentes. La glucosa así elaborada en las plantas pasa a formar parte de las células vegetales, pero antes de que esto suceda se unen las moléculas de glucosa una con otra hasta formar largas cadenas que facilitan su empaquetamiento en la célula; a estas cadenas se les denomina almidones.

BIOQUÍMICA

Bioquímica, estudio de las sustancias presentes en los organismos vivos y de las reacciones químicas en las que se basan los procesos vitales. Esta ciencia es una rama de la Química y de la Biología. El prefijo bio- procede de bios, término griego que significa ‘vida’. Su objetivo principal es el conocimiento de la estructura y comportamiento de las moléculas biológicas, que son compuestos de carbono que forman las diversas partes de la célula y llevan a cabo las reacciones químicas que le permiten crecer, alimentarse, reproducirse y usar y almacenar energía.

La célula contiene un gran número de moléculas. La estructura de cada molécula determina la reacción química en la que interviene y, por tanto, el papel que desempeña en los procesos vitales celulares. Los tipos más importantes de moléculas biológicas son los ácidos nucleicos, las proteínas, los hidratos de carbono y los lípidos.

Los ácidos nucleicos son responsables del almacenamiento y transferencia de la información genética. Son moléculas grandes formadas por cadenas largas de unas subunidades llamadas nucleótidos, que se disponen según una secuencia exacta. Cada nucleótido está formado por una molécula de azúcar, un grupo fosfato y uno de 4 posibles compuestos nitrogenados llamados bases. Estas subunidades, son 'leídas' por otros componentes de las células y utilizadas como patrones para la fabricación de proteínas.

Las proteínas son moléculas grandes formadas por pequeñas subunidades denominadas aminoácidos. Utilizando sólo 20 aminoácidos distintos, la célula elabora miles de proteínas diferentes, cada una de las cuales desempeña una función altamente especializada. Las proteínas más interesantes para los bioquímicos

son las enzimas, moléculas 'trabajadoras' de las células. Estas enzimas actúan como promotores o catalizadores de las reacciones químicas.

Los hidratos de carbono son las moléculas energéticas básicas de la célula. Contienen proporciones aproximadamente iguales de carbono e hidrógeno y oxígeno. Las plantas verdes, algunas bacterias, protozoos y algas utilizan el proceso de la fotosíntesis para formar hidratos de carbono simples (azúcares) a partir de dióxido de carbono, agua y luz solar. Los animales, sin embargo, obtienen sus hidratos de carbono de los alimentos. Una vez que la célula posee hidratos de carbono, puede romperlos para obtener energía química o utilizarlos como base para producir otras moléculas.

Los lípidos son sustancias grasas que desempeñan diversos papeles en la célula. Algunos se almacenan para ser utilizados como combustible de alto valor energético, mientras que otros se emplean como componentes esenciales de la membrana celular.

Las células tienen también muchos otros tipos de moléculas. Estos compuestos desempeñan funciones muy diversas, como el transporte de energía desde una zona de la célula a otra, el aprovechamiento de la energía solar para conducir reacciones químicas, y como moléculas colaboradoras (cofactores) en las acciones enzimáticas. Todas éstas, y la misma célula, se hallan en un estado de variación constante. De hecho, una célula no puede mantenerse viva a menos que esté continuamente formando y rompiendo proteínas, hidratos de carbono y lípidos; reparando los ácidos nucleicos dañados y utilizando y almacenando energía. El conjunto de estos procesos activos y dependientes de la energía se denomina metabolismo. Uno de los objetivos principales de la bioquímica es conocer el metabolismo lo suficiente como para predecir y controlar los cambios celulares. Los estudios bioquímicos han permitido avances en el tratamiento de muchas enfermedades metabólicas, en el desarrollo de antibióticos para combatir las bacterias, y en métodos para incrementar la productividad industrial y agrícola. Estos logros han aumentado en los últimos años con el uso de técnicas de ingeniería genética.[1]

INTRODUCCIÓN A LOS CARBOHIDRATOS (GLÚCIDOS)

Nombre genérico de un grupo de compuestos orgánicos ampliamente difundidos en la naturaleza, que comprenden los polihidroxialdehídos y las polihidroxicetonas, sus derivados y las moléculas que al hidrolizarse rinden polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas.

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Son las moléculas energéticas básicas de la célula. Contienen proporciones aproximadamente iguales de carbono e hidrógeno y oxígeno. Por el hecho de que muchos glúcidos tienen como fórmula general Cm

(H2O)n, donde el hidrógeno y el oxígeno se encuentran en la misma proporción que en el agua, se los denomina hidratos de carbono o carbohidratos; aunque esta denominación resulta incorrecta, ya que estructuralmente no pueden considerarse como tales puesto que son glúcidos algunos compuestos como por ej., la glucosamina C6H13O5N, no así otros como, por ej., el ácido láctico C3H6O3.

Son biosintetizados por los organismos autótrofos (plantas verdes, algunas bacterias, protozoos y algas) a partir de dióxido de carbono, agua y luz solar (proceso de fotosíntesis), y por los heterótrofos a partir de precursores sencillos, como el piruvato, el lactato y los aminoácidos (gluconeogénesis).

Los glúcidos tienen gran importancia biológica, sirven tanto como combustible para la obtención de energía (azúcares), como sustancias de reserva (almidón en las plantas, glucógeno en el reino animal) y como sustancias estructurales (celulosa en las paredes celulares vegetales, quitina en el esqueleto externo de los invertebrados).[2]

Figura 1: glúcidos [3]

Con los lípidos y las proteínas, son sustancias nutritivas esenciales para el hombre y los animales.; Una persona necesita ingerir diariamente unos 100-150 g de glúcidos; cuando se necesita energía, las enzimas descomponen los hidratos de carbono. Estos también se utilizan para fabricar tejidos, películas fotográficas, plásticos y otros productos: la celulosa puede convertirse en papel; el almidón y la pectina, en alimentos para el hombre y el ganado; los dextranos, como expansores de volumen del plasma sanguíneo para contrarrestar las conmociones agudas en medicina; el sulfato de heparina, como anticoagulante de la sangre, etc. De acuerdo a su constitución se

clasifican en monosacárido, oligosacáridos y polisacáridos[2]

Los carbohidratos forman un grupo de compuestos que contienen carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O). Son los compuestos orgánicos más abundantes en la naturaleza. Las plantas verdes y las bacterias fotosintetizadoras los producen en el proceso conocido como fotosíntesis, durante el cual absorben el dióxido de carbono del aire y, por acción de la energía solar, producen glucosa y otros compuestos químicos necesarios para que los organismos sobrevivan y crezcan. De los glúcidos más sencillos, monosacáridos, el más importante es la glucosa. Dos monosacáridos unidos producen un "disacárido", cuyo ejemplo más importante encontramos en la sacarosa, la lactosa y la maltosa. Los polisacáridos son enormes moléculas formadas por uno o varios tipos de unidades de monosacáridos.

En los organismos vivos los hidratos de carbono tienen funciones estructurales y de almacenamiento de energía. En la función estructural tenemos como ejemplo: la celulosa que es el principal glúcido estructural en las plantas, hasta un 40% en las paredes celulares, mientras que en los animales invertebrados el polisacárido quitina es un componente básico del exoesqueleto de los artrópodos y en los  cordados  las capas celulares de los tejidos conectivos contienen hidratos de carbono. Entre los glúcidos de almacenamiento de energía las plantas usan al almidón y los animales al glucógeno; (cuando se necesita la energía, las enzimas los descomponen en glucosa).Los principales puntos a recordar y comprender respecto a los azúcares son:

Son importantes metabólicamente.  Son la mayor fuente de energía almacenada de los

seres vivos.  Sus anillos de carbono contienen grandes cantidades

de energía. Por ejemplo, la glucosa completamente metabolizada:

 Libera 686Kcal/mol

Los polisacáridos son monosacáridos unidos entre sí por uniones glucosídicas en largas cadenas. Pueden o no tener el mismo tipo de monosacárido como eslabón en esas cadenas. Los principales son: almidón, celulosa y glucógeno.

El almidón  es la forma principal de almacenamiento de glucosa en la mayoría de las plantas. Es fabricado por las plantas verdes durante la fotosíntesis. Forma parte de las paredes celulares de las plantas y de las

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fibras de las plantas rígidas. A su vez sirve de almacén de energía en las plantas, liberando energía durante el proceso de oxidación en dióxido de carbono y agua. Los gránulos de almidón de las plantas presentan un tamaño, forma y características específicos del tipo de planta en que se ha formado el almidón

Existe en dos formas: En el primero, la amilosa, que constituye el 20 % del almidón ordinario, los grupos están dispuestos en forma de cadena continua y rizada, semejante a un rollo de cuerda; en el segundo tipo, la amilopectina, se produce una importante ramificación lateral de la molécula, pero ambas están formadas por unidades de glucosa unidas entre si por enlaces glicosídicos alfa1,4 [4]

Figura 2: Almidón [5]

Definición y clasificación

Los carbohidratos o sacáridos (del griego: sakcharón, azúcar) son compuestos esenciales de los organismos vivos y son la clase más abundante de moléculas biológicas. El nombre carbohidratos significa literalmente hidratos de carbono y proviene de su composición química, que para muchos de ellos es (C·H2O)n , donde n 3. Es decir, son compuestos en los que n átomos de carbono parecen estar hidratados con n moléculas de agua. En realidad se trata de polihidroxialdehidos y polihidrohicetonas (y algunos derivados de éstos), cadenas de carbono que contienen un grupo aldehído o cetónico y varios grupos hidroxilos.

Figura 5: Estructura química básica de los carbohidratos. Polihidroxi-aldehido (gliceraldehido, izquierda) y polihidroxicetona (dihidroxi-acetona, derecha).[6]

Las unidades básicas de los carbohidratos son los monosacáridos, no hidrolizables en unidades más pequeñas. La glucosa es el monosacárido más abundante; tiene 6 átomos de carbono y es el combustible principal para la mayoría de los organismos. Los oligosacáridos contienen de dos a diez unidades de monosacáridos unidas covalentemente. Por su parte, los polisacáridos están constituidos por gran número de unidades de monosacáridos unidos covalentemente, alcanzando pesos moleculares de hasta 106 dalton (g/mol). Los polisacáridos desempeñan dos funciones biológicas principales: algunos almacenan energía metabólica y otros sirven de elementos estructurales a la célula.

Los monosacáridos se forman en la naturaleza por reducción del carbono atmosférico gracias a la "fijación" del CO2 que realizan los organismos fotosintéticos. El ciclo del carbono se completa con la oxidación de los carbohidratos hasta CO2 realizada por el metabolismo oxidativo de plantas y animales

Figura 4: Ciclo del carbono en la naturaleza. Procesos de fijación fotosintética de CO2 y respiración oxidativa para liberar CO2.[7]

Monosacáridos

Los monosacáridos se clasifican según la naturaleza química de su grupo carbonilo y del número de átomos de carbono que poseen.

Atendiendo a la naturaleza química del grupo funcional carbonílico, si éste es aldehído el monosacárido recibe el nombre genérico de aldosa, y si es cetónico el monosacárido se le designa como cetosa. Dependiendo del número de átomos de carbono de la molécula, los monosacáridos se denominan triosas, tetrosas, pentosas, hexosas, etc. cuando contienen tres, cuatro, cinco, seis, etc. átomos de carbono. Se conocen en la naturaleza monosacáridos de hasta 8 átomos de carbono.

La combinación de ambas nomenclaturas anteriores permite denominar con el término aldohexosa a un azúcar (-osa) de seis átomos de carbono (-hex-), cuyo carbono carbonílico es una aldosa (aldo-). Por ejemplo, la glucosa.

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El gliceraldehido es la aldosa más simple. Está formado por tres átomos de carbono, el primero contiene el grupo aldehído, el segundo tiene unido un hidrógeno y un grupo hidroxilo, mientras que el tercero posee dos hidrógenos y un hidroxilo. De los tres carbonos, el segundo (C-2) posee los cuatros sustituyentes distintos y por esta característica recibe el nombre de carbono asimétrico o quiral. Este hecho hace que el gliceraldehido exista en dos estructuras espaciales que se diferencian por cierta propiedad física (actividad óptica): una tiene el hidroxilo del C-2 hacia la derecha (D-gliceraldehido) y la otra posee el hidroxilo del C-2 hacia la izquierda (L-gliceradehido).

Figura 6: Estructura espacial de gliceraldehido. Proyecciones de Fischer y en perspectiva de la molécula de gliceraldehido. [8]

Las moléculas que aún teniendo la misma composición química tienen diferentes propiedades se denominan isómeros. A isómeros que se diferencian por la disposición espacial de los grupos sustituyentes de un centro quiral se les conoce con el nombre de isómeros ópticos o estereoisómeros. Dichos isómeros ópticos presentan una propiedad física denominada actividad óptica. La actividad óptica es la capacidad que tienen las moléculas quirales, en disolución, de desviar el plano de un haz de luz polarizada. Si lo hacen en el sentido de las manecillas del reloj, se designan con el símbolo (+) y si lo hacen en sentido contrario se designan con (-). Así, el enantiómero D- del gliceraldehido es (+) y el L- es (-).

Esto no quiere decir que todos los monosacáridos de la serie D tengan que ser (+). Por un lado está la posición del grupo hidroxilo (-OH) respecto a su carbono quiral, que es un aspecto puramente estructural, y por otro el efecto de la estructura de la molécula sobre el haz de luz polarizada, que es producido por la interacción de los rayos de luz polarizada con la red cristalina de la molécula en disolución. Por la configuración de los sustituyentes de los carbonos quirales no es posible asignar a un carbohidrato actividad óptica (+) ó (-).

Cuando los isómeros ópticos son imágenes especulares no superponibles se denominan enantiómeros, como es el caso del D y L gliceraldehido Aquellos isómeros ópticos que se diferencian solo en la configuración de uno de sus carbonos quirales se denominan epímeros. El resto de isómeros ópticos que no son enantiómeros ni epímeros se denominan diastereómeros.

Figura 7.Enantiómero del gliceraldehido. Imágenes especulares no superponibles de la molécula de gliceraldehido. [9]

Los monosacáridos se clasifican en la serie D- o en la serie L- de acuerdo con la configuración del carbono quiral más alejado del grupo carbonilo. Así, si dicho carbono posee la misma configuración que el carbono quiral del D-gliceraldehido, pertenece a la serie D-.

Podemos construir aldosas de la serie D adicionando unidades de H-C-OH ó de HO-C-H inmediatamente por debajo del carbono carbonílico. Lógicamente existirá otra familia de la serie L- con las imágenes especulares de las aldosas. En total tendremos 2 aldotriosas, 4 aldotetrosas, 8 aldopentosas y 16 aldohexosas. [10]

5

Figura 8 : D-Aldosas. Fórmulas de todas las aldosas pertenecientes a la serie D, hasta los monosacáridos de 6 átomos de carbono.

En las cetosas el grupo carbonilo ocupa la posición 2 en la cadena carbonada. La cetosa más pequeña es la dihidroxiacetona:

Figura 9: Dihidroxiacetona

Lo primero que salta a la vista es que esta cetosa carece de carbono quiral, luego, a diferencia de las aldosas, sólo existe una ceto-triosa y carece de actividad óptica. De ella se continúa la familia con la Eritrulosa, la cual sí posee enantiómeros D- y L-, ya que el carbono 3 es quiral (posee 4 sustituyentes distintos). Existen 1 cetotriosa, 2 cetotetrosas, 4 cetopentosas y 8 cetohexosas. De todas ellas la cetosa más común es la D-fructosa, cuyo nombre se le asignó antes de conocer su estructura; el resto de cetosas se aislaron o sintetizaron a partir de las aldosas y se las denominan basándose en el nombre de su aldosa de origen. Así, la D-fructosa, debería llamarse D-

arabinohexulosa, ya que posee el esqueleto base de la D-arabinosa.

Figura 10: D-cetosas. Fórmulas de todas las cetosas pertenecientes a la serie D, hasta los monosacáridos de 6 átomos de carbono.[11]

Los Disacáridos

Son dímeros formados por dos moléculas de monosacáridos, iguales o diferentes, unidas mediante enlace glucosídico. Este enlace puede realizarse de dos formas distintas.

i) ii)

Figura 11: Glucosa: En el primer caso, i), los dos monosacáridos están unidos mediante enlace O-glucosídico del tipo (1-4); como se puede apreciar, el disacárido formado presenta un carbono anomérico (*) libre (en el anillo segundo). En el caso ii) la unión se establece a través de los carbonos anoméricos de ambos monosacáridos; en este caso, el enlace glucosídico es del tipo (1-1), bloqueando los dos carbonos anoméricos (*).

Algunos de los disacáridos más abundantes son la sacarosa, la lactosa, la maltosa y la trealosa. La lactosa es el ß-D-galactopioranosil-(1-4)-ß-D-glucopiranosido, y la sacarosa es el -D-glucopiranosil-(1-2)-ß-D-fructofuranosido. La lactosa posee un enlace glucosídico ß-(1-4), mientras que en la sacarosa es del tipo (1-2)ß. Este aspecto es muy importante si se analizan sus propiedades químicas. Así, la lactosa al poseer un carbono anomérico libre (el C-1 de la glucosa), en

disolución, puede abrirse y poner de manifiesto la naturaleza reductora de este disacárido. Por su parte la sacarosa, no posee carbono anomérico libre, los dos están formando parte del enlace glucosídico, ninguno de los anillos puede abrirse y pierde su capacidad reductora. Por esta razón se dice que la lactosa es un azúcar reductor y la sacarosa no. [12]

Figura 12: Maltosa

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O

CH2OH

O

O

CH2OH

1* 4 *

Enlace (1,4) Enlace (1,1)

1*1*O

CH2OH

O

CH2OH

O

Figura 13: Disacáridos más abundantes

Polisacáridos

Son polímeros de monosacáridos unidos por enlace O-glucosídico. Entre los polímeros naturales, algunos de los más abundantes y de mayor significativo biológico son el almidón, el glucógeno y la celulosa. Los tres están formados por moléculas de D-glucosa y sólo se diferencian en el tipo de enlace glucosídico, constituyendo estructuras espaciales diferentes.[13]

El almidón

Es la principal reserva de hidratos de carbono que sintetizan las plantas y es también la principal fuente de glucosa para la alimentación de los animales. Está formado por una mezcla de dos polisacáridos, la amilosa (en un 20 %) y la amilopectina (en un 80 %). La amilosa es un polímero lineal de D-glucosa con uniones -(1-4) glucosídicas que le permite adoptar una disposición tridimensional de tipo helicoidal

Figura 14: Estructura de la amilosa. Epolisacárido formado por monómeros de glucosa en enlaces (1-4).

Figura 15: Estructura tridimensional de la amilosa. El enlace (1-4) produce el curvamiento helicoidal del polímero.

Por su parte, la amilopectina está constituida por restos de D-glucosa unidos por enlace -(1-4), pero presenta también ramificaciones cada 24-30 unidades de glucosa, mediante enlaces -(1-6)

Figura 16: Estructura tridimensional de la amilopectina El enlace (1-6) produce ramificaciones responsables de la estructura abierta de la hélice de almidón.

El Glucógeno

El glucógeno es el polisacárido de reserva de glucosa en los animales y constituye el equivalente al almidón en las células vegetales. Se halla presente en todas las células, aunque preferentemente se acumula en los músculos esqueléticos y especialmente en el hígado (10 % en peso), en cuyas células el glucógeno aparece en forma de grandes gránulos. La estructura principal del glucógeno se parece a la amilopectina, posee una cadena líneal con uniones -(1-4) y ramificaciones -(1-6), aunque en este caso aparecen cada 8 ó 12 unidades de glucosa. El glucógeno (al igual que el almidón) se hidroliza con facilidad por la acción de las -amilasas (proteínas especializadas en la rotura del enlace -glucosídico).

La celulosa

La celulosa, componente estructural primario de las paredes de las células vegetales, es un polímero lineal de glucosa unido por enlaces ß-(1-4) glucosídicos. A diferencia de la amilosa (helicoidal y con uniones ), el enlace ß impide que la molécula se enrolle, de forma que las cadenas de celulosa pueden adoptan una conformación plenamente extendida permitiendo que se empaqueten con facilidad mediante puentes de hidrógeno, lo que explica su resistencia y su insolubilidad en agua. A diferencia de los casos anteriores, los vertebrados no poseen enzimas capaces de hidrolizar el enlace ß-(1-4), sólo los herbívoros poseen microorganismos simbióticos con una enzima

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(celulasa) que permite hidrolizar los enlaces ß-(1-4) glucosídicos. [14]

Figura 17: Estructura lineal de la celulosa y estabilidad por puentes de hidrógeno entre cadenas paralelas.

Funciones fisiológicas de los carbohidratos

Algunos monosacáridos como la glucosa y sus derivados, son piezas fundamentales de muchas rutas metabólicas esenciales para la obtención de energía . La glucosa actúa en el organismo como combustible energético de uso rápido, mientras polisacáridos o grasas son reservas energéticas que deben ser procesadas antes de su utilización. Algunos monosacáridos y disacáridos como la fructosa o la sacarosa son responsables del sabor dulce de muchos frutos, con lo que se hacen más atractivos a los agentes dispersantes de las semillas.

Los oligosacáridos, pequeñas cadenas poliméricas conteniendo entre 2 y 10 monosacáridos, aparecen normalmente formando parte de las glicoproteínas que ejercen importantes funciones reguladoras o de reconocimiento celular.

Los polisacáridos como almidón o glucógeno tienen funciones de reserva energética en plantas y animales, respectivamente. Otros polisacáridos tienen funciones estructurales. Ya hemos citado el caso de la celulosa, principal componente de las paredes celulares vegetales, que supone la mayor parte de la masa de la madera y el algodón en casi pura celulosa; y la quitina, principal componente del exoesqueleto de muchos artrópodos. También tienen gran importancia estructural el heteropolímero de residuos alternados de N-acetilglucosamina y N-acetilmurámico unidos por enlaces 1-4), que constituyen el componente principal de las paredes celulares bacterianas; estos heteropolímeros se unen a proteinas formando peptidoglucanos. [15]

AUTOTROFOS

Los autótrofos son organismos que "fabrican su propio alimento" de una fuente inorgánica de carbón (bióxido de carbono) y una determinada fuente de energía. La

mayoría de los autótrofos hacen uso de la luz solar durante el proceso de fotosíntesis para hacer su propio alimento. Fotosíntesis es el nombre que se le da al proceso mediante el que los autótrofos convierten agua, bióxido de carbono y energía solar en azúcares y oxígeno. Algunos ejemplos son plantas y algas.

Figura 18: Plantas y algas

Los autótrofos son los productores en la cadena alimenticia. La palabra autótrofo proviene del Griego autos=propio y trophe=nutrición. [16]

FOTOSÍNTESIS

Joseph Priestley, en 1780, descubrió la producción de oxígeno durante el proceso de fotosíntesis; sostenía que las plantas podían "purificar el aire que había sido contaminado por la combustión producida por las velas”. Para demostrarlo, colocó una rama de menta en un vaso de vidrio invertido y, varios días después, encontró que el aire en el interior no dañaba a un ratón que recibía los gases producidos por la rama. Realizada por Priestley en el siglo XVIII, esta prueba fue la base del entendimiento científico del proceso de fotosíntesis en las plantas.

 Entre 1790 y 1815 se realizaron diversos experimentos con los cuales se estableció que las partes verdes de las plantas absorben CO2, en la oscuridad y producen O2, cuando reciben luz solar. Pronto se reconoció que también absorben el agua y convierten la luz en materia orgánica. A mediados del siglo XIX, el filósofo alemán Mayer reconoció la verdadera importancia de la luz en la fotosíntesis y en el mundo vivo como proveedora de energía para todos los procesos biológicos.[17]

Requerimientos energéticos para la fotosíntesis La fotosíntesis ocurre en plantas verdes con buenas condiciones de sanidad (el color se debe a la presencia de clorofila); una amplia cantidad de CO2, (normalmente presente en la atmósfera en 0.03%), agua del suelo o vapor de agua atmosférico y luz con cierta longitud de onda.

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  La fotosíntesis es un proceso formado por reacciones en cadena, las cuales pueden sumarizarse con la siguiente ecuación:

226122luminosa Energía

22 O OH OHC OH 12 CO 6 Corno puede verse, seis moléculas de dióxido de carbono reaccionan con doce moléculas de agua para producir una molécula de glucosa, seis moléculas de agua y seis moléculas de oxígeno. El agua es la fuente del oxígeno gaseoso liberado en la fotosíntesis y la luz es la fuente de energía para separar las moléculas de agua, que producen iones de hidrógeno (con electrones asociados) más oxígeno gaseoso. La reacción fotosintética que se realiza en los cloroplastos requiere energía lumínica para llevarse a cabo. En la naturaleza, la luz del sol proporciona la energía necesaria, aunque debe aclararse que las plantas capturan sólo una pequeña cantidad de energía total del sol.[8]

Pigmentos Fotosintéticos El pigmento más conocido por su capacidad de absorber luz es la clorofila. A pesar de que antiguamente se reconoció al pigmento verde de las plantas como la sustancia responsable de la absorción lumínica en la fotosíntesis, y capaz de absorber la luz roja y la azul, no la verde, desde hace mucho se sabe que hay otros pigmentos de diversos colores y que, incluso, la clorofila no es una sustancia simple, sino un grupo de pigmentos interrelacionados. En los cloroplastos ocurre la fotosíntesis. 

Figura 19: Pigmentos Fotosintéticos La clorofila A está presente en todas las plantas fotosintéticas; la clorofila B, en la mayoría de las plantas verdes; en las algas verde-azul hay ficocianina; en las pardas, fucoxantina, y en las algas rojas, ficoeritrina. Las bacterias fotosintéticas tienen bacterioclorofila que absorbe al rojo lejano.[19]

 El proceso Fotosintético en los cloroplastos Por conveniencia, el proceso fotosintético se separa en dos partes: en la primera, llamada reacción lumínica (Reacción de Hill), la planta recibe la energía en forma de luz y la usa para reducir nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADP+) a NADPH, el cual puede aceptar energía. Otro compuesto importante en la transferencia de energía es el llamado adenosina trifosfato (ATP). En la segunda parte de la fotosíntesis ocurre la llamada reacción de la fase oscura (o de Calvin), en la que el carbón tomado en el interior de las hojas en forma de CO2, del aire acepta la energía, se reduce para formar los carbohidratos. Durante la fotosíntesis, el agua se separa en iones de hidrógeno y oxígeno; por otro lado, éste se separa del dióxido de carbono y los átomos de hidrógeno del agua, con sus electrones asociados, se recombinan con el carbón para formar los azúcares. En la fotóIisis del agua, 12 átomos de oxígeno (O-2) de las moléculas de agua donan 24 electrones; esto es, el oxígeno del agua dona los electrones (agentes reductivos). Cuando los seis átomos de carbono del dióxido de carbono aceptan los 24 electrones, se convierten en los receptores de electrones.[20]

OBJETIVOS:

GENERAL: Demostrar la presencia de glucosa en las hojas de las plantas verdes almacenada en forma de almidón ESPECIFICOS:- Comprobar que la ausencia de luz inhibe la producción de carbohidratos- Comprobar que la longitud de onda de la luz recibida es importante en la fotosíntesis para la producción de carbohidratos

HIPOTESIS

Para comprobar lo anterior realizaremos un experimento sencillo fundamentado en la hipótesis de que si en el proceso fotosintético se produce glucosa ye esta al unirse forma almidón, entonces al inhibir uno de los factores indispensables para la fotosíntesis como es la luz no se producirá almidón.

MATERIAL

o 1 Agitador de vidrio o 2 Pipetas graduadas de 10mlo Tijeras o 1 Pipeta Pasteur con bulbo

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o 1 Pinzas de disección o 1 Espátulao 2 Vasos de precipitados de 250ml o 1 Vidrio de reloj o 8 Vasos de precipitados de 100ml o 1 Pizeta con agua destiladao 6 Matraces erlenmeyer de 100mL o 1 Baño Mariao 1 Probeta de 25ml o Masking tapeo Propipeta

MATERIAL BIOLOGICO

1 Planta de hojas verdes no demasiado coriáceas como geranio

EQUIPO

Parilla de calentamiento

REACTIVOS

Etanol 150ml Solución yodo-yodurada (lugol) 25ml:

Disolución 0,05g de yoduro de potasio en 25ml de agua destilada y agregar 0,01g de yodo metálico. Disolver completamente

METODOLOGÍA

A. INHIBICION DE LA PRODUCCION DE ALMIDON POR EFECTO DE LA LUZ

Tres días antes de realizar el experimento, a una planta de hojas verdes, se le trata como se describe a contaminación:

1. Recubrir cuidadosamente 2 hojas con papel aluminio, de modo que no reciban luz2. Recubrir cuidadosamente 2 hojas con papel celofán rojo3. Recubrir cuidadosamente 2 hojas con papel celofán azul4. Recubrir cuidadosamente 2 hojas con papel celofán amarillo5. Recubrir cuidadosamente 2 hojas con papel celofán verde NOTA: Sujetar bien con cinta adhesiva los papeles para evitar que el aire los desprenda.6. Al día siguiente colocar la planta a luz directa del sol por unas horas, evitando que se deshidrate7. Al día siguiente se vuelve a colocar la planta a luz directa del sol por unas horas

8. El día de la practica cortar 2 hojas verdes que hayan sido iluminadas por el sol, además de las hojas cubiertas con papel aluminio y papel celofán (MARCALAS PARA NO CONFUNDIRLAS)

B. IDENTIFICACION DE ALMIDON

1 .Colocar en diferentes matraces erlenmeyer, una de las diferentes hojas iluminadas y cubiertas. (Si son muy grandes las hojas colocar un trozo), pero que sean la misma cantidad de hoja en todos los matraces (Figura 20)

2. Adicionar a cada matraz 25ml de etanol y mantener en ebullición por 5min en baño María (Figura 21)

3. Posteriormente sacra las hojas con las pinzas y por separado colocarlas en vasos de precipitados que contengan agua fría hasta cubrirlas (Figura 22)

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4. Hasta que todas las hojas estén depositadas en todos los vasos, agregar a cada uno 2gotas de lugol y comparar la intensidad del color de la solución

RESULTADOS

Hojas en los matraces (Figura 23)

De acuerdo al papel celofán utilizado se marco cada matraz para agregarles etanol y mantenerlos a ebullición en baño maría (Figura 24)

Se sacaron las hojas y colocaron en vasos de precipitados observándose que variaba la intensidad de color del etanol en cada vaso dependiendo del material con el que se cubrió:

1) Testigo: (Figura 25)

2) Rojo (Figura 26)

3) Azul (Figura 27)

4) Aluminio (Figura 28)

5) Verde (Figura 29)

6) Amarillo (Figura 30)

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Al agregar lugol a los vasos con las hojas en agua fría estas cambiaron a tonalidades en rosa que variaban (Figura 31)

En los matraces y vasos la intensidad de a cuerdo al color fue de:

Testigo>Verde>Amarillo>Rojo>Azul>Aluminio Figura 32 y 33 : Intensidades de color

Figura 34: Resultados en orden de intensidad

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Al colocarle a los matraces el etanol y ponerlos a ebullición las hojas fueron desprendiendo poco a poco la clorofila que contienen que es lo que les da el color verde a las plantas por lo que al hacer este procedimiento al sacar las hojas estas perdieron casi todo el color verde oscuro que tenían.

Las intensidades de color verde del etanol que se tenía en los matraces variaba dependiendo del tipo de luz que obtuvieron las plantas al ser cubiertas con el celofán o aluminio y de esta forma se observó que el

testigo tenía más coloración que el verde, este más que el amarillo, el cuál tenía más coloración que el rojo, seguido del azul y por último del que estaba cubierto por aluminio y el mismo orden de intensidad se tuvo al agregar a los vasos con agua fría y hojas el lugol.

Se obtuvieron variaciones de color debido a que la clorofila es donadora de electrones y dependiendo de la frecuencia de la luz es posible que se desprendan los electrones de clorofila; es decir, a mayor cantidad de radiación, mayor es la cantidad de electrones disponibles y por lo tanto mayor energía (ya que forma ATP que entra la ciclo de Krebs), por lo cual el

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aluminio fue el que menos desprendió clorofila ya que como no entra mucha energía solar, no se generan tantos carbohidratos por lo cual disminuye la intensidad de color al no producirse tanto almidón como en las plantas que si recibieron luz con mayor longitud de onda que la del aluminio..

El lugol es un identificador de carbohidratos y ya que las plantas verdes convierten la luz en materia orgánica debido a que son seres autótrofos, es decir convierten el agua en CO2 y la energía solar en azúcares (primero glucosa, que después almacenan las plantas en forma de almidón) y oxígeno, entonces el lugol, al haber presencia de carbohidratos vira a un color rojo-rosa, que se presento en nuestras muestras así demostrando la presencia de carbohidratos en las plantas.

CONCLUSIONES

Por medio de esta práctica se logró determinar la presencia de glucosa almacenada en forma de almidón en las plantas por medio del reactivo lugol después de extraer la clorofila de hojas de geranio y de esta manera comprobamos como la intensidad de la luz que reciban las plantas, va a influir en la producción de carbohidratos al realizar la fotosíntesis ya que si la energía solar en forma de luz que reciben las plantas es uno de los factores indispensables para el proceso fotosintético de estos organismos de tipo autótrofo ya que esta es su forma principal de alimentación y producción de energía.

REFERENCIAS

[1] "Bioquímica," Enciclopedia Microsoft® Encarta® Online 2007 En: http://mx.encarta.msn.com © 1997-2007 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.[2] Saura-Calixto, F., Garcia-Alonso, A., Goñi, I. & Bravo, L. (2000). In vitro determination of the indigestible fraction in foods: An alternative to dietary fiber analysis. J Agric. Food. Chem., 48, 3342-7.[3] http://www.practiciencia.com.ar/cbiologicas/biologia/bioquimica/glucidos/index.html[4] Mathews, C. K; Van Holde, K. E.: Glúcidos En Bioquímica 2ªed. Mc Graw Hill Interamericana. Madrid 1998. 657-665[5] http://fai.unne.edu.ar/biologia/macromoleculas/azucar.htm

[6] Lehninger, A. L. Principios de bioquímica. Barcelona: Ed. Omega, 2ª ed., 1993. [7] Asp, N.G., Van Amelsvoort, J.M.M. & Hautvast, J.G.A.J. (1996). Nutricional implications of resistant starch. Nutr. Res. Rev., 9, 1-31.[8] Bioquímica. D. Voet y J.G. Voet, Ediciones Panamericana, 2006 [9] Bioquímica, 3ª Ed. Mathews y Van Holde. McGraw-Hill. Interamericana. 2002 [10] Bioquímica, 5ª Ed. Stryer, Berg y Tymoczko. Editorial Reverté, S.A. 2003.[11] Bioquímica, libro de texto con aplicaciones clínicas, 4ª Ed . Thomas M. Devlin. Ed. Reverté, S.A. 2004 [12] Bioquímica, la base molecular de la vida, 3ª Ed.McKee y McKee. McGraw-Hill. Interamericana. 2003[13] Texto Ilustrado de Biología Molecular e Ingeniería Genética. José Luque y Angel Herráez. Harcourt. 2001 [14] Lehninger. Principios de Bioquímica , 4ª Ed.D.L.Nelson y M. M. Cox. Ediciones Omega, S.A. 2006 [15] BioROM 2007: Ayudas a la enseñanza y el aprendizaje de la Bioquímica y Biología Molecular (Material multimedia en CD-ROM). Claros,M.G., Fernández Fernández,J.M., García-Vallvé,S., González Mañas,J.M., Herráez,A., Oliver,J., Pons,G., Pujadas,G., Roca,P., Rodríguez,S., Sanz,J.M., Segués,T. y Urdiales,J.L. 2002. Publicado por Sociedad Española de Bioquímica y Biología Molecular. (2 ejemplares depositados en Biblioteca, ref. BAF577.3:37BIO ) [16] Windows to the Universe (Ventanas al Universo), en http://www.windows.ucar.edu/ de University Corporation for Atmospheric Research (UCAR). ©1995-1999, 2000 Los Regentes de la Universidad de Michigan; ©2000-02 University Corporation for Atmospheric Research. Todos los Derechos son Reservados.[17] Lehninger, A.. Bioquímica . Editorial Pueblo y Educación . La Habana . 1985. [18] Pequeño Pérez , J. Prácticas de Fisiología Vegetal . Editorial Pueblo y Educación , La Habana 1972.[19] Brewster, R.Q..Curso práctico de Química Orgánica . 2da edición . Editorial MIR . Moscú 1977.[20] Alberts, B., Bray, D., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. y Watson, J.D. (1994) Biología Molecular de la Célula. 2ª ed. Ediciones Omega.

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