El metabolismo de la glucosa es uno de los procesos más interesantes para quienes estimamos las Ciencias Biológicas como una de las disciplinas que más respuestas ha dado a la humanidad, en su afán por descubrir los caminos que el método científico ofrece en la ruta hacia la verdad. Develar los pasos que sigue este carbohidrato vital nos lleva necesariamente a referirnos a la fotosíntesis, considerando la relevancia metabólica que esta molécula reviste para la vida en el planeta y sus habitantes.

Una forma esencial para abordar esta temática biológica es mediante rutas de laboratorio o protocolos que develen -mediante el seguimiento de los pasos del método científico-, la vía para precisar de manera sencilla la producción de la glucosa fotosintética, así como también la identificación y reproducción de la conocida reacción de Hill.

La determinación del punto de compensación de luz en diversas especies se muestra como un apartado adicional, que permite abrir paso a mayores y mejores argumentos que amplíen los conocimientos útiles para el estudio de la fotosíntesis.

En este post cuentan con ilustraciones y recursos didácticos que facilitan el entendimiento del entramado fotosintético, convirtiéndose en un llamado contundente para la #Educación-STEM

DISEÑO EXPERIMENTAL

Ruta protocolar principal

Analizar los diversos procesos involucrados en la actividad fotosintética, tomando como base el método científico con experiencias de laboratorio.

Rutas protocolares preliminares

Se persigue determinar, con el apoyo de pruebas cualitativas, la asimilación de glucosa como producto fotosintético primordial. De la misma manera, reconocer en estructuras fotosintéticas, mediante un diseño experimental, la reacción de Hill, para finalmente determinar mediante montaje práctico el punto compensatorio de la luz.
Estas rutas direccionadoras permitirán responder a las interrogantes teóricas planteadas en la secuencia heurística.

FASE 1 del Protocolo. ESQUEMA Z y Liberación de ÓXIGENO

Este diseño experimental riguroso contempla lo siguiente: seleccionar 30 gramos de hojas de la colecta de cayena (o espinaca), llevándolas a lavado con suficiente agua destilada, al término de lo cual se generan pequeñas secciones. Luego se macera empleando para ello 50 mililitros de cloruro de potasio (KCL al 0.5M). Inmediatamente, el resultante se filtra con gasas, y se lleva a centrifugado a una velocidad de 680 rpm por un período de 12 minutos. Se descarta el sobrenadante y se replican los pasos seguidos hasta aquí en el procedimiento.

Coloca el producto resultante dentro de un matraz Erlenmeyer (de poca capacidad) al que luego colocarás un tapón monohoradado, conectado con tubos de vidrio y manguera de 10 cm. En el extremo opuesto se asociará a un recipiente de agua.

Utiliza un recipiente tipo cubeta para ubicar un tubo de ensayo invertido; así podrás visualizar mejor el desprendimiento de oxígeno que eventualmente desplazará el agua. La iluminación, a 50 cm del montaje se activará con un bombillo de 100 watts, preferiblemente.

FASE 2 del Protocolo: FEHLING para el reconocimiento de azúcares de Calvin-Benson

Desmonta el experimento anterior, y procede a soplar con un pitillo o popote hacia el interior del matraz. Hazlo hasta que emerjan las burbujas. Al terminar, agitas y lo sometes a reposo (1 hora) para finalmente aplicar la prueba de Fehling a la muestra. Registra las observaciones y el resultado.

Protocolo para ejecutar la Reacción de Fehling

Selecciona 3 mililitros (cc) de muestra; agrega un mililitro de Fehling “A” y un mililitro de de Fehling “B”. Mantente atento a que la muestra en el tubo de ensayo evidencie un color azul intenso. Registra los resultados y documéntalo gráficamente.
Utilizando “baño de María” o mechero, aplica calor al tubo. Considerarás la prueba positiva en caso de que la muestra tienda a color rojo-ladrillo, en tanto que si persiste el azul o gira a azul-verdoso, la reacción dará negativo. En ambos casos documenta lo observado.

FASE 3 del Protocolo: BROMOTIMOL y Punto de Compensación de la Luz

En cada uno de los tubos de ensayo, vierte 3 ml de azul de bromotimol e introduce en su interior una malla plástica en forma de disco para dar soporte a las hojas. Tomando en consideración la cantidad de especies llevadas al laboratorio, introduce las muestras de hojas en suficientes tubos de ensayo (una docena estaría bien). Asegúrate de tapar con hermetismo los tubos y, además, apartar hojas para dar seguimiento al grupo control del color.

En un rincón oscuro del laboratorio coloca la gradilla con los tubos, haciendo ensayos de intensidad lumínica con distancias de 50 y 100 cm. Un par de tubos de cada especie debe dejarse en completa oscuridad, al tiempo que el tubo control se expondrá a la fuente de luz. Documentar cada proceso es importante para el posterior análisis.

El protocolo de laboratorio requiere que se garanticen dos especies (al menos) con el propósito de someterle a luz y oscuridad, respectivamente. Pasadas un par de horas (y al día siguiente), compara los colores observados en cada tubo de ensayo. El grupo control servirá de guía de contraste.

Prepara una matriz para recolectar los datos, comparando en función de las distancias de iluminación establecidas y aplicadas con relación a la coloración resultante; con ello tendrás el valor aproximado del punto de compensación de la luz. De esa manera podrás tener elementos de juicio empíricos (de laboratorio) para precisar el enfoque teórico y proceder a la discusión.

El análisis de la temática referida a la reacción de Hill, el ciclo de Calvin y el punto de compensación de la luz en el caso de especímenes umbrofilas y heliofilas, es posible gracias al establecimiento de una ruta de trabajo con base en el método científico.
Por otro lado, el contenido asociado a la respiración en plantas, al igual que las reacciones fotosintéticas de manera amplia, también es abordado con la actividad práctica.

La fotólisis del agua, ocurre por acción de la luz al iniciarse la fotosíntesis, generando oxígeno desprendido y evidenciado empíricamente durante la secuencia 1 (primera actividad) los procesos estudiados. Esto es ratificado cuando el gas del tubo de ensayo genera combustión al interactuar con la llama del fósforo.

La estimulación de los cloroplastos con dióxido de carbono (CO₂) resulta evidente en la ruta de trabajo 2 (segunda actividad), poniendo en marcha la producción de glucosa (hidratos de carbono) a partir del Ciclo de Calvin. La aplicación del reactivo de Fehling, mostró los elementos de juicio cualitativos en ese sentido.

Existen evidencias empíricas para afirmar que el punto de compensación de luz sólo se produce en las muestras expuestas a fuentes lumínicas, mientras que en oscuridad no hubo certeza de cambio notorios; con ello el papel metabólico de la luz en el proceso fotosintético quedó refrendado.

Se evidenciaron rotaciones a nivel de coloración, asumiendo como un hecho la liberación del dióxido de carbono (CO₂) a raíz de la respiración de las plantas. Esto se confirma con la reacción de azul de bromotimol

Con este protocolo de laboratorio es posible corroborar en términos empíricos el punto óptimo de compensación de luz en las plantas. La producción de O₂ y el aumento en los niveles de CO₂, son dos parámetros que interactúan en el proceso y deben se monitoreados constantemente.

Al someter a comparación las umbrófilas (arvejas) en cuanto a la variable iluminación, respecto a las plantas heliófilas (maíz), estas últimas mostraron elevada capacidad de captación. La explicación se relaciona con los disminuidos requerimientos lumínicos de la primera, que reducen su captación.

La variable edad es un parámetro influyente en el punto de compensación, dado que las plantas según su estadio de desarrollo cubren sus requerimientos con cantidades de luz diferentes.

Este protocolo de laboratorio es una fuente de datos necesarios para comprender de manera experiencial estos procesos biológicos tan importantes para el sostenimiento de los seres vivos en el planeta.

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