Informe laboratorio bioquímica

Bombeo de protones en levaduras

Andrea Arbeláez, Arturo Caicedo

Universidad Icesi

Facultad de Ciencias Naturales

Laboratorio de Bioquímica

Santiago de Cali, Colombia

Octubre 23 de 2019

1. Objetivos

        Objetivo general:

• Relacionar el consumo de glucosa con los cambios de pH producidos por las levaduras.

        Objetivos específicos:

• Explicar los cambios de pH por la generación de protones.
• Interpretar el efecto de los inhibidores y los desacoplantes sobre el bombeo de protones.

1. Resultados de la práctica

En la práctica de laboratorio se preparó en una primera instancia una solución al 20% de levadora. Seguidamente, se tomaron tres vasos de precipitados rotulados y enumerados respectivamente. A los tres vasos o beakers se les adicionaron 5 mL de suspensión de levadura al 20% preparada previamente y aproximadamente 40 mL de agua destilada. Al vaso 2 se le adicionaron 0.2 mL de solución DNP 80 mM, y al vaso 3 se le adicionaron 0.5 mL de solución de azida de sodio 800 mM. Se dispuso de un pH-metro calibrado debidamente para tomar el pH de los tres vasos a diferentes tiempos, obteniendo los resultados que se observan en la tabla 1 y figuras 1 y 2.

Tabla 1. Resultados de pH en diferentes tiempos a una solución de levadura sometida a diferentes condiciones.

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Figura 1. Vasos de precipitados con solución de levadura al 20% a diferentes condiciones.

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Figura 2. Variación del pH en función del tiempo para una solución de levadura al 20% sometida a diferentes condiciones.

Seguido de esto, se dejaron en reposo dichas muestras durante cinco minutos, y luego se les adicionaron 5 mL de solución de glucosa al 10% para tomarles el pH a diferentes tiempos como se muestran en la figura 3 y la tabla 2.

Tabla 2. Resultados de pH en diferentes tiempos a una solución de levadura al 20% con 5 mL de una solución de glucosa al 10%.

[pic 3]

Figura 3. Variación del pH en función del tiempo de una solución de levadura al 20% con 5 mL de una solución de almidón al 10%.

1. Análisis de resultados

Las levaduras son organismos unicelulares importantes en el sector biotecnológico e industrial. Las levaduras son una variedad de hongos microscópicos (Etchartea, 2006). Los hongos son seres vivos con gran variedad de tamaños y formas que no son ni animales, ni plantas; no poseen ni clorofila ni cloroplastos, por lo tanto, no realizan fotosíntesis (como sí lo hacen las plantas), pero tampoco ingieren alimentos como los animales. Sin embargo, secretan sustancias (enzimas digestivas) que actúan sobre los alimentos transformándolos para poder absorberlos a través de su pared celular (Etchartea, 2006)

Son esenciales en la producción de algunos alimentos y bebidas, tales como pan, cerveza, vino y sidra. También pueden estar involucradas en la degradación de algunos alimentos, por procesos de fermentación o contaminación durante la pos cosecha (Etchartea, 2006).

El cuerpo de las levaduras está formado por una sola célula. En la figura 3 se observa una fotografía tomada con un microscopio, en donde se aprecian muchísimas levaduras teñidas de azul, cada uno de las “manchitas” celestes es una levadura (Etchartea, 2006).

[pic 4]

Figura 4. Levaduras teñidas con azul tripano.

Tomado de https://twitter.com/LaMicroMola

En la figura 4 se aprecia una microfotografía que se obtuvo con un microscopio más potente, se puede ver que algunas levaduras tienen forma similar a un 8, como si tuvieran dos partes, una pequeña y otra más grande; lo que se puede apreciar es la gemación, la forma en la que la levadura se reproduce (Etchartea, 2006). La parte más pequeña es la yema, levadura hija que pronto se separará de la madre y así es que la colonia de levaduras cada vez está formada por más individuos (Etchartea, 2006).

[pic 5]

Figura 5. Microfotografía de levaduras
Tomado de: Micrografía electrónica de barrido http://www.ciencia.cl/CienciaAlDia/volumen3/numero1/articulos/articulo3.html

La levadura, como todos los seres vivos, necesita aporte de energía para vivir, necesita

nutrirse (los nutrientes son como combustible para las células, y la respiración forma parte

del proceso de nutrición), es por esto que realizan procesos metabólicos como la fosforilación

oxidativa (Etchartea, 2006). La levadura, en ausencia de oxígeno y en presencia de abundante

glucosa (o azúcar) no realiza la respiración celular como los animales comúnmente, sino que

fermenta.

[pic 6]

Para el metabolismo aerobio de las levaduras o respiración aeróbica (en la que se usa

oxígeno) se obtiene como producto de desecho se obtiene agua, dióxido de carbono (gas

CO2) y energía (en forma de ATP); las levaduras prefieren metabolizar la glucosa en presencia de oxígeno puesto que es más eficiente (Etchartea, 2006).

Es posiblie que algunas especies de levaduras puedan sobrevivir en ausencia de oxígeno, por ello metabolizan la glucosa por una vía alternativa, la fermentación etanólica en la que como producto de desecho se obtiene como alcohol al etanol, CO2 y energía en forma de ATP, (Etchartea, 2006). Cabe resaltar que el pH óptimo para el crecimiento de las levaduras varía de 4.5 a 6.5, aunque muchas especies toleran grandes variaciones de pH 2.8 – 3.0 a 2.0 – 8.5. Entre estos, los valores del pH intracelular varían entre 5.8 a 6.8 (Thermedicalbiochemiestryparge.org, 1996).

El transporte de electrones crea un gradiente de protones debido a cuatro complejos situados en la membrana interna. El complejo I es el encargado de recibir los electrones del NADH  y pasarlos a la ubiquinona para ayudar a aumentar la reserva Q, en este proceso también se bombean cuatro protones al espacio intermembranal para contribuir a la formación del gradiente que permitirá la liberación del ATP posteriormente. El complejo II es el encargado de aceptar los electrones del FADH2 para pasarlos a la ubiquinona, pero no hay bombeo de protones. El complejo III es el encargado de pasar los electrones de un transportador de dos electrones (ubiquinona) a uno de un solo electrón (citocromo C). El complejo IV es el encargado de pasar los los electrones del citocromo C al oxígeno para reducirlo hasta agua y así se bombean más protones al espacio intermembranal para contribuir a la formación del gradiente. Finalmente, este gradiente creado por el bombeo y la captación de protones es el que hará posible la liberación del ATP de las subunidades beta de la ATP sintasa (Thermedicalbiochemiestrypage.org, 1996).

No se debe olvidar que para que se lleve a cabo la cadena transportadora de electrones es necesario contr con tres factores imprescindibles:

-Cofactores reducidos que van a ser oxidados en el proceso: los cofactores reducidos provienen del Ciclo de Krebs, y al aumentar la concentración de esos cofactores se incrementa la velocidad de la cadena transportadora. Recordemos que los cofactores reducidos son los sustratos de la cadena transportadora. Si disminuye la concentración de los cofactores reducidos, la velocidad de la cadena transportadora también disminuye (Rosales, 2007).

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