“Año de las Cumbres Mundiales en el Perú”

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOIngeniería Ambiental y de Recursos

Naturales

FISIOLOGIA - LABORATORIO

Tipos de Plantas y Respiración

Profesor:Blg. Jeni Barboza Palomino

Alumno: De Los Santos Araujo, Pedro Santiago

Código:072210B

Ciclo:II

2008

PLANTAS C3 y C4

Todas las plantas fijan el carbono a través de un ciclo fotosintético que involucra sobre todo intermediarios que contienen tres átomos de carbono. Se denominan plantas C3 a las que solamente disponen de ese ciclo básico. Son cultivos de zonas templadas que se saturan de luz con 200-300 J m-2 s-1. Como la intensidad de la luz solar en el verano es de 800 a 1000 J m-2 s-1, la mayoría de esa luz no la pueden aprovechar esas plantas. Existen otras denominadas plantas C4 que utilizan, además del ciclo de síntesis de tres carbonos, otro con compuestos de cuatro carbonos.

Una característica de estas especies, sobre todo tropicales, que incluyen la caña de azúcar, el sorgo, el maíz y otros pastos, es la presencia de dos cloroplastos de distinto tipo. Las plantas de C4 no exhiben prácticamente ningún síntoma de saturación de luz, por lo cual pueden hacer mejor uso de las intensidades de luz altas. Además, crecen bien en condiciones de escasez de agua.

Mientras que las plantas C3 transpiran 500-700 g de agua por cada g de materia seca, las plantas C4 pierden solamente 250-400 g de agua. La ruta metabólica C3 se encuentra en los organismos fotosintéticos como las cianobacterias, algas verdes y en la mayoría de las plantas vasculares. Las vías metabólicas C4 y CAM se encuentran solo en plantas vasculares.

Las vías C4 y CAM involucran mecanismos especializados para la concentración y transporte del CO2 a los sitios de fijación por RUBISCO (vía C3), pagando un precio extra en términos de ATP por unidad de CO2 fijado, sin presentar ninguna modalidad o mejora bioquímica en términos de la eficiencia de RUBISCO (ribulosa-1,5-difosfato carboxilasa oxigenasa) sobre la vía C3.

De las especies estudiadas hasta el momento aproximadamente el 89% son C3, el 10% son CAM y el restante 1% son C4; adicionalmente se conocen unas cuantas especies que son intermedias C3-C4.

Cuadro 1. Algunas Diferencias entre Plantas C3, C4 y CAM

C3 C4 CAM

Especies Típicas de

Importancia económica

Trigo, cebada, papa, frijol, arroz, tomate

Maíz, sorgo, caña de

azúcar, mijo perla

Piña, nopal

Hábitat típico Distribución ampliaSitios cálidos y

praderasSitios xéricos y

epifíticos

Primer producto

estable de la fijación de CO2

PGA Malato Malato

Anatomía

Vaina del haz vascular no

presente o sin cloroplastos

Vaina del haz vascular concloroplastos

(Kranz)

Suculencia celular o de los

tejidos

Fotorrespiración

Hasta 40% de la fotosíntesis

No detectable No detectable

Frecuencia estomática

(estomas mm-2)40 - 300 100 - 160

1 - 8

EUA (g CO2 fijado por kg

H2O transpirada)

1 - 3 2 - 510 - 40

Productividad máxima (ton ha-

1 año-1 )10-30 60-80

Generalmente menor a 10*

Sin embargo bajo condiciones de riego las plantas CAM se encuentran entre las más productivas conocidas.

PLANTAS CAM

El metabolismo ácido de las Crassulaceae (CAM) es un tipo de metabolismo que se da en plantas y que se descubrió en la familia de las Crassulaceae, de ahí su nombre. El nombre de metabolismo ácido hace referencia a la acumulación de ácidos orgánicos durante la noche por las plantas que poseen este mecanismo de fijación de carbono. Esta vía metabólica es semejante a la vía C4, sin embargo en la vía CAM la separación de los dos carboxilaciones no es espacial, como ocurre en las plantas C4, sino temporal.

Estas plantas tienen dos carboxilaciones separadas temporalmente:

Fijación nocturna de CO2.Esta primera fase se da en la noche (vía de 4 carbonos), cuando tienen los estomas abiertos. A través de ellos la planta capta CO2 atmosférico y la fosfoenolpiruvato carboxilasa lo incorpora por carboxilación al fosfoenolpiruvato (PEP) que se transforma en oxalacetato (OAA) con el desprendimiento de un grupo fosfato; el oxaloacetato formado de la prefijación de CO2 es reducido en el citosol a malato mediante la NAD-malato deshidrogenasa, el malato es bombeado con gasto de energía a las vacuolas, donde se va acumulando como ácido málico y es almacenado, provocando que el contenido vacuolar sea muy ácido (cerca de pH 3) durante la noche.

Con la salida del sol, los estomas se cierran previniendo la pérdida de agua e impidiendo la adquisición de CO2. El ácido málico sale de la vacuola y se descarboxila liberando el CO2 y ácido pirúvico el cual es devuelto al ciclo tras ser fosforilazdo con ATP, produciendo nuevamente fosfoenolpiruvato. Ya que los estomas están cerrados, el CO2 liberado internamente no puede escapar de la hoja y en lugar de esto es reducido a carbohidrato por la operación del ciclo C3 PCR. La concentración elevada en el interior de CO2 suprime efectivamente la oxigenación fotorespiratoria de la ribulosa 1,5-bifosfato y favorece la carboxilación.

Este mecanismo de concentración de dióxido de carbono permite disminuir la probabilidad de que entre un O2 en el sitio activo de la RuBisCO por lo que la eficiencia fotosintética es mayor. Las plantas CAM suelen ser crasas (no todas) y relegadas a ambientes secos (también existen CAM acuáticas); esto es debido a su bajo rendimiento total fotosintético (ya que la absorción de dióxido de carbono está limitado a la cantidad de MA que se puede almacenar en la vacuola) por lo que son malas competidoras con las plantas C3 o C4. Existen plantas CAM constitutivas o adaptativas (estas últimas sólo tienen metabolismo ácido de crasuláceas bajo estrés hídrico, etc.).

Estas plantas resuelven el problema de pérdida de agua durante la fotosíntesis al abrir sus estomas solo durante la noche cuando la temperatura es menor y la humedad del ambiente es comparativamente alta. De manera que el mecanismo CAM le permite a la planta maximizar la eficiencia en el uso de agua.

Típicamente una planta CAM pierde de 50 a 100 gramos de agua por cada gramo de CO2 ganado, comparado con los 250 a 300 gramos de la C4 y los 400 a 500 gramos de la C3. Por lo tanto las CAM tienen una ventaja competitiva en ambientes con poca agua (Taiz, 1991), comúnmente se asocian a climas desérticos, pero incluso en ambientes tan húmedos como el bosque tropical es posible encontrarlas en forma de epifitas tales como las orquídeas (Hans-Walter, 1999), dado que la cantidad de agua sobre los troncos de sus huéspedes es menor a la registrada sobre el suelo.

OBSERVACIÓN EN EL LABORATORIO

1. PLANTAS C3

Monocotiledónea

PALMERA

Dicotiledónea

CHIFLERA

2. PLANTA C4

PASTO

3. PLANTAS CAM

CACTUS

RESPIRACIÓN

1. OBJETIVO

Calcular el índice respiratorio (IR) mediante una Rx de neutralización.

IR =

IR = Intensidad de la respiración celular durante un trabajo y esta en función a la masa celular y el tiempo.

2. PROCEDIMIENTO

1. Soplar (burbujear) en 100 ml. De una sol. de NaOH 0,01M conteniendo el indicador fenolftaleina, hasta el viraje del indicador.

2. Tomar el tiempo requerido y masa corporal.3. Realizar los cálculos estequiométricos de la neutralización.

Supuestos

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O

CO2 + H2O H2CO3

2NaOH + H2CO3 Na2CO3 + H2O

Cálculo del # de moles de NaOH neutralizados:

M = n = M x V

NNAOH = (0,01)(0,1) = 0,001 moles de NaOH.

Entonces teniendo el número de moles de NaOH hallamos el número de moles de H2CO3 para así obtener el número de moles del O2.

2mol de NaOH 1mol de H2CO3

0,001 mol de NaOH X moles de H2CO3

X moles de H2CO3 = 0,0005 moles

Por lo tanto: = = 0,005 moles

Entonces sabiendo el número de moles de O2 procedo a hallar el volumen de O2 utilizando la respectiva fórmula de P.V = n.R.T

Vo2 = (0.0005)*(0,082)*(298) = 0,012 litros 1

Sabiendo el volumen de O2, hallamos el índice respiratorio (IR):

t = 55 segundosm = 82 kilosVo2 = 0,012 l

IR = 0.012 = 0,00000313 l/kg.s (55)*(82)

EJERCICIO

Realizar los cálculos de índice respiratorio (IR) neutralizando 200ml de Ca(OH)2 a 0,1M al mismo tiempo y con la misma masa.

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O

CO2 + H2O H2CO3

Ca(OH)2 + H2CO3 CaCO3 + 2H2O

La relación de moles de CaCO3 con las moles de H2CO3 y las del O2 son iguales, por lo tanto procedemos a calcular dicha mol:

M = n = M x V

N Ca(OH)2 = (0,1)(0,2) = 0,02 moles de Ca(OH)2

Teniendo el número de moles de Ca(OH)2 ,hallamos el número de moles de H2CO3 para así obtener el número de moles del O2.

1mol de Ca(OH)2 1mol de H2CO3O,02 moles de Ca(OH)2 X moles de H2CO3

X moles de H2CO3 = 0,02 moles.

Por lo tanto: = = 0,02 moles

Entonces sabiendo el número de moles de O2 procedo a hallar el volumen de O2 utilizando la respectiva fórmula de P.V = n.R.T

Vo2 = ( = 0,4887 litros. Vo2 = 0.49 litros.

Sabiendo el volumen de O2, hallamos el índice respiratorio (IR):

t = 55 segundosm = 82 kilosVo2 = 0.49 litros.

IR= 0.49 = 0.00018647 l/kg.s (82)*(55)