Practica N 06

FISIOLOGÍA VEGETAL PRACTICA N°06 SINTESIS DE ALMIDON A LA LUZ

I.

INTRODUCCION

El almidón es el carbohidrato de reserva más abundante en las plantas y se encuentra en hojas que se acumula en los cloroplastos, donde es un producto directo de la fotosíntesis. También se encuentra en diferentes tipos de tallos y raíces así como en flores, frutos y semillas en los cuales se utiliza como fuente de energía durante periodos de estrés o reinicio del crecimiento. En los órganos de almacenamiento, se acumula en los amiloplastos, en los que se forma después de la translocación de la sacarosa, o de otro carbohidrato proveniente de las hojas. La cantidad de almidón en diversos tejidos depende de muchos factores genéticos y ambientales, pero en las hojas el nivel y la duración de la luz tienen una importancia especial. El almidón se acumula a la luz del día, cuando la fotosíntesis supera las tasas combinadas de respiración y translocación. Después parte de el desaparece por la noche debido a ambos procesos. Los órganos que almacenan almidón son productos alimenticios de importancia; estimativos del Instituto Internacional de Investigación sobre Políticas Alimentarias (IFPRI) indican que el valor de la producción de raíces y tubérculos en el año 2020 representará el 11% del valor total de cereales, soya y carne y que las tasas de crecimiento futuras de yuca, papa y ñame excederán las de arroz y trigo De manera creciente, el almidón es utilizado como recurso energético renovable después de su conversión a etanol y para muchas aplicaciones industriales por su versatilidad, bajo costo y la facilidad con que se alteran las propiedades físico químicas, ya sea mediante modificaciones químicas, enzimáticas o tratamientos físicos (Jobling, 2004). El almidón es una molécula compuesta por dos tipos de polímeros: la amilosa y la amilopectina. La amilopectina está formada por unidades de glucosyl unidas por enlaces α-1,4 y altamente ramificadas en la posición α- 1,6 en intervalos de 10nm a lo largo del eje de la molécula y constituye entre el 85-70% del almidón. La amilosa es una cadena fundamentalmente linear de glucanos α-1,4 con limitados puntos de ramificación en la posición α- 1,6 y constituye entre 15-30 % del almidón. La amilopectina es más estable que la amilosa debido a los limitados enlaces de hidrógeno, que le confieren fluidez, alta viscosidad y elasticidad a las pastas y espesantes. Las proteínas, lípidos y minerales son componentes cuantitativamente menores del almidón. 1

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FISIOLOGÍA VEGETAL Por ello es necesario realizar esta práctica de determinar la síntesis de almidón en la luz para comprender como influye la luz en la síntesis de almidón.

II.

OBJETIVOS  Demostrar el efecto de la luz sobre la síntesis de almidón, en hojas.  Manejar técnicas para eliminar clorofila.

III.

MATERIALES

a. b. c. d. e. f.

IV.

Hoja de geranio (expuestas a la luz y a oscuridad respectivamente). Lugol o yodo. Alcohol a 96° (1litro). Cocina. Olla pequeña. Becker de 50ml.

MARCO TEORICO

El almidón es el carbohidrato de reserva más abundante en las plantas y se encuentra en hojas, diferentes tipos de tallos y raíces así como en flores, frutos y semillas en los cuales se utiliza como fuente de energía durante periodos de dormancia, estrés o reinicio del crecimiento. a. Estructura del almidón. El almidón es un polímero de glucosa formado por amilasa y amilopectina. La amilosa es una cadena lineal cuyas unidades están unidas por enlaces α (1-4). El extremo reductor es el C1, y el no reductor, el C4 terminal. 2 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FISIOLOGÍA VEGETAL La amilopectina por su parte, tiene ramificaciones formadas por enlaces entre el C1 de la glucosa y el C6 de la siguiente. Está formada por cadenas lineales [α (14)] y cadenas ramificadas [α(1-6)]. La síntesis de almidón y sacarosa es muy parecida y es por eso que se pueden ver isoenzimas cloroplásticas y citosólicas aunque claro está, tienen distinta regulación.

b. Síntesis de Almidón. La síntesis del almidón comienza con la unión de dos triosas fosfato que dan lugar a una fructosa 2, 6-Bisfosfato. Una fosfatasa (fructosa 1, 6 Bisfosfatasa que participa también en el ciclo de Calvin) elimina uno de los fosfatos formando fructosa 6-fosfato que es isomerizada a glucosa 6-fosfato para pasar después a glucosa 1-fosfato por acción de laADP glucosa pirofosforilasa; se invierte una molécula de ATP y se obtiene la ADP-Glucosa y pirofosfato que es hidrolizado a fosfato inorgánico por acción de unapirofosforilasa. La ADP-Glucosa es la unidad que se acaba añadiendo a la cadena en formación por acción del almidón sintasa. A destacar de esta ruta es: 

La unidad estructural para la síntesis es la ADP-Glucosa. Dos enzimas constituyen puntos de regulación:



Fructosa 1, 6 Bisfosfatasa. ADP Glucosa Pirofosforilasa.



En la síntesis de almidón se obtiene fosfato. En plantas hay varias familias de la enzima almidón sintasa que a su vez pertenecen a dos grupos: uno de ellos participa en la síntesis de amilosa y el otro en la de amilopectina. La estructura densa e insoluble que constituye el grano de almidón se obtiene por la unión de amilosa y amilopectina cuando interaccionan con la isoamilasa (elimina las ramificaciones que estorban) y la enzima D (recicla los restos de glucano). 3

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FISIOLOGÍA VEGETAL La fructosa 1, 6-bisfosfatasa está regulada por el sistema ferredoxina/ tiorredoxina y parece que la ADP glucosa pirofosforilasa también. Esto lleva a concluir que en el cloroplasto la síntesis de almidón es inducida por luz.

c. Regulación del metabolismo del almidón por la luz Se ha registrado que la expresión de algunos genes relacionados con el metabolismo del almidón está ajustada al ritmo circadiano de la planta mediante un mecanismo de control por luz similar al encontrado en la fotosíntesis en el sistema del fitocromo. Este mecanismo común permite la activación simultánea por la luz de la fotosíntesis y el metabolismo del almidón para garantizar el balance entre el carbono fijado durante la fase bioquímica de la fotosíntesis y el metabolismo del almidón. En papa se han registrado mecanismos de regulación diurna del contenido de una gama amplia de metabolitos primarios y carbohidratos. Se han identificado elementos G, GT1 y GATA que responden a la luz para promover la transcripción de algunos genes de la síntesis de almidón. d. Enzimas que intervienen en la síntesis de almidón La ruta postulada para la biosíntesis de almidón es relativamente simple e involucra tres enzimas: la ADP- glucosa pirofosforilasa (AGPasa), la sintetasa de almidón (SS) y la enzima de ramificación del almidón (SBE). Sin embargo, se ha demostrado la participación de varias isoformas de estas enzimas y otras enzimas adicionales que están de alguna manera involucradas en el proceso. 

ADP- glucosa pirofosforilasa (AGPasa)

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La AGPasa es una enzima heterotetramérica y el análisis de mutantes demostró que tanto las dos subunidades grandes como las dos pequeñas son necesarias para la actividad; las subunidades grandes actúan en la regulación y las pequeñas en la catálisis. El producto de la actividad de AGPasa es la ADP-glucosa que actúa como precursor inmediato de la síntesis del almidón.  Sintetasas de almidón (SS) Las sintetasas del almidón, que cataliza esta reacción, se activa mediante potasio, una de las razones por la que ese ion es esencial para las planta. Estas están asociadas con el alargamiento de las cadenas de glucano y se pueden clasificar en dos grupos de acuerdo con la localización; una (GBSSI) se encuentra firmemente ligada a los gránulos de almidón y cataliza la conversión de ADPglucosa a cadenas lineales de∝ (1-4) -glucosa (amilosa) y la otra (SSS) es una forma soluble localizada en el estroma de los amilo plastos y cloroplastos y actúa específicamente en la biosíntesis de amilopectina. Sin embargo, GBSSI responsable de la síntesis de amilosa también contribuye con la síntesis de amilopectina.  Enzima de ramificación del almidón (SBE) La enzima ramifica dora SBE también presenta múltiples formas que varían entre especies y su actividad entre genotipos debido a cambios en el extremo N y C terminal de la proteína. La actividad de SBE es importante en la calidad y cantidad de almidón. La ausencia de esta enzima ocasiona varios efectos como bajas concentraciones de amilopectina y almidón pero elevada cantidad de azúcares. El estado de desarrollo de la planta regula la expresión de las enzimas ramifica doras del almidón I y II por lo cual se pueden observar granos de almidón de forma diferente con el transcurso del tiempo. Las ramificaciones de las amilopectinas, entre el carbono seis de la cadena principal y el carbono uno de la cadena ramificada, se forma mediante diversas isoenzimas que en conjunto recibe el nombre de enzima Q o factor de ramificación.

V. PROCEDIMIENTO 1. Exponer todo el día una planta de geranio a la luz, luego extraer una hoja grande de esta planta y llevarla al laboratorio. 2. Exponer a la oscuridad otra planta de geranio por unas 30 a 36 horas. Y como en el caso anterior extraer una hoja grande y llevarla al laboratorio (aun en oscuridad). 5

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FISIOLOGÍA VEGETAL 3. En el laboratorio hervir en agua por tres minutos la hoja de geranio que estuvo expuesta a la luz y luego eliminar el agua y colocarla en alcohol y hervir asta eliminar la clorofila. 4. Realiza el mismo procedimiento de extracción de clorofila con hoja de geranio que estuvo expuesta a la oscuridad. Las hojas deberán tomar un color blanquecino. 5. Introducir por separado las hojas en un recipiente con lugol o agua yodada. DESARROLLO  Cubrimos la hoja con papel y revertir con una bolsa de color negro, para no dejar el paso de la luz a la hoja (hoja en oscuridad), el tiempo indicado por el docente (48horas).  Posteriormente en laboratorio hervimos las tres hojas (hoja luz y hoja oscuridad hoja extraída la misma hora de la practica). Durante tres minutos en agua. Observaciones: las hojas que estaban hirviendo empezaron a perder su pigmento verde (clorofila) en pequeñas cantidades, lo que nos da a conocer que hay una decoloración de la hoja. 

Luego hervimos nuevamente las hojas pero utilizando alcohol (96°) por un determinado tiempo hasta que las hojas estén totalmente descoloradas (hasta eliminar por completo la clorofila de las hojas).

Observaciones: la hoja pierde su coloración verdísima y toma una coloración blanca, lo cual es un indicador que las hojas han perdido su clorofila y están listas para hacer la coloración.  Luego de haber sacado las hojas del alcohol. agregamos gotas de lugol para comprobar si tiene almidón.



Observación en la hoja luz:

En esta hoja se observa que la coloración es más intensa debido a la presencia de almidón que reacciona con el lugol ya que existe almidón como producto de la fotosíntesis, ya que esta hoja ha estado expuesta a la luz. 6

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FISIOLOGÍA VEGETAL El color que se forma al agregar el lugol es un color violeta muy oscuro debido a la alta concentración de almidón. Y fue un proceso rápido.

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Observación en la hoja oscuridad:

La hoja mantiene el mismo color después que fue hervida y no se produce ninguna reacción ya que no hay almidón porque la hoja no ha estado expuesta a la luz (durante 48 horas) por lo tanto no ha estado haciendo fotosíntesis, y el almidón de reserva que tenía ha sido consumido por la misma hoja durante la 48 horas de estar fuera de la luz.

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Observación en la hoja cubierto con estiquers :

La hoja al colocar el lugol se obtiene un color violeta oscuro pero en menor intensidad que de la hoja expuesta a la luz, debido a que estaba cubierta con estiquers y no llego completamente la luz. 

Análisis del experimento:

Realizamos el siguiente análisis. El tratamiento recibido por los tipos de hojas (hoja luz y hoja en oscuridad)? Se demuestra que las hojas sintetizan almidones solo aquellas que están expuestas a la luz. La luz permite a las plantas realizar el proceso de la fotosíntesis, en el que se fabrican las sustancias orgánicas. Y si las hojas cambiaron de color al ser hervidas en el alcohol, esto nos indica que el alcohol es una sustancia sirve para decolorar o extraen la clorofila de las hojas.

VI.

RESULTADOS

Se obtuvo que la hoja expuesta a la luz se tiño de color violeta oscuro, y de una manera rápida. Como se muestra en la figura. La hoja que estaba en la oscuridad no se tiño de color violeta oscuro debido a que ya no contenía almidón. 7

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VII.

CONCLUSIONES.  Al encerrar a la hoja se priva de realizar fotosíntesis ya que está en la oscuridad y no podrá continuar a las siguientes reacciones, como para que dicha planta sintetice almidón.  La planta ya no sintetiza almidón porque ha estado en ausencia de luz y todas sus reservas que ha tenido, lo ha consumido o se ha alimentado durante el tiempo de estar encerrada.  Se ha demostrado que en ausencia de luz no sintetiza almidón, ya que no realiza fotosíntesis.  También se ha demostrado el manejo de técnicas para eliminar la clorofila. Ya que estas hojas al ser hervidas en agua y alcohol decolora a las hojas porque este alcohol extrajo la clorofila.

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