Programa de las Clases Prácticas de la asignatura Biología General para Ciencias Ambientales.
I. Reconocimiento de biomoléculas
1.1. Reconocimiento de monosacáridos y disacáridos con poder reductor. Reacción de Fehling
1.2. Reconocimiento de polisacáridos. Reacción del lugol
2. Reconocimiento de lípidos
2.1. Solubilidad de lípidos
2.2. Lípidos saponificables. Reacción de saponificación
3. Reconocimiento y cuantificación de proteínas (albúmina)
1.1. Reacción de Biuret
1.2. Determinación espectrofotométrica
4. Actividad enzimática
4.1. Hidrólisis de sacarosa con invertasa de levadura. Reacción de Fehling
4.2. Hidrólisis de almidón con amilasa de saliva. Reacción con lugol
4.3. Observación de la presencia de catalasa en tejidos vegetales. Desnaturalización por cambios de pH y temperatura
a) Extracción, separación y determinación de pigmentos fotosintéticos.
1. Extracción y separación de pigmentos fotosintéticos de hojas de espinaca (Spinacia oleracea) por cromatografía de reparto
2. Extracción y separación de pigmentos fotosintéticos de hojas de espinaca por cromatografía en papel
3. Cuantificación de clorofilas del extracto de hojas de espinacas mediante espectrofotometría
4. Realización de espectros de absorción de los pigmentos presentes en el extracto de hojas de espinaca
b) Medida del desprendimiento de oxígeno fotosintético
1. Medida del desprendimiento de oxígeno fotosintético de cultivos de la cianobacteria Anabaena sp. PCC7120 utilizando un electrodo de oxígeno
III. Fundamentos de microscopía óptica
a) Observación de distintos tipos celulares y plastos.
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2.1 Células de la mucosa bucal. Tinción con azul de metileno
2.2 Epidermis de la hoja de lirio (Iris germanica)
3. Observación de plastos
1.1 Cloroplastos de hoja de lirio
1.2 Cloroplastos de hoja de elodea (Elodea canadiensis). Observación de ciclosis
1.3 Cromoplastos de tomate (Lycopersicum esculentum)
1.4 Leucoplastos de patata (Solanum tuberosum). Tinción con lugol diluido
b) Mitosis
1. Observación de las distintas fases de la mitosis en células meristemáticas de raíz de cebolla (Allium cepa). Tinción con orceína acética-clorhídrica
Justificación y breve descripción del Programa
Al ser la Biología una ciencia esencialmente experimental hay que subrayar la importancia de las clases prácticas. En éstas se pretende que, bajo la dirección del profesor, los alumnos obtengan confirmación de algunos de los fenómenos estudiados en las clases teóricas y además se familiaricen con las actividades propias del trabajo de laboratorio: diseño de experimentos, observación, calibración, ajuste, medida, clasificación, ordenación y crítica de resultados, etc., introduciéndoles en las principales características del método científico. La metodología que se propone supone una actitud completamente protagonista por parte del alumno en el desarrollo de cada práctica.
Con antelación a la realización de las prácticas, al alumno se le facilitan guiones y cuestionarios de cada una de las prácticas para que se vaya familiarizando con ellas. La sesión de prácticas se inicia con una breve explicación, por parte del profesor, de los contenidos y objetivos de la misma, así como de la metodología que se va a emplear, que estará más extensamente descrita en los guiones que los alumnos han de traer previamente estudiados. Se detallan además las medidas de seguridad y buena práctica de laboratorio. Asimismo, al final de cada sesión se hace una puesta en común en la que los alumnos discuten sus resultados y observaciones y se resuelven dudas y se responden a las cuestiones planteadas en el guión. El guión de prácticas contiene un cuestionario que los alumnos deben resolver durante la práctica y que se discute durante la puesta en común. Se indica a los alumnos la conveniencia de realizar un cuaderno de prácticas con los resultados de los experimentos y las cuestiones resueltas. Este cuaderno puede ser posteriormente utilizado como material de estudio por el alumno.
En la Práctica I (Reconocimiento de biomoléculas) se utilizan diversas técnicas sencillas para el reconocimiento de distintas biomoléculas y además, en esta práctica se pretende que los alumnos se familiaricen con uno de los instrumentos más usados en le investigación biológica, el espectrofotómetro, para cuantificar, concretamente, proteínas.
La práctica se inicia con el reconocimiento de glúcidos con poder reductor. La presencia de capacidad reductora se pone de manifiesto con la reacción de Fehling. Al alumno se le facilitan soluciones de glúcidos problema y mediante dicha reacción, tiene que determinar si dichos glúcidos tienen o no poder reductor. La siguiente experiencia que tiene que llevar a cabo el alumno es la identificación del polisacárido almidón utilizando el reactivo de lugol. El fundamento de la reacción es la tinción de la amilosa de azul en presencia de yodo. En este caso, al alumno se le facilitan dos soluciones y, mediante esta prueba, ha de identificar la que contiene almidón.
En el reconocimiento de lípidos, los alumnos realizan una experiencia sencilla de solubilidad de lípidos (aceite) en colorantes polares y apolares y se realiza una reacción de saponificación, característica de lípidos con ácidos grasos esterificados.
La identificación de proteínas (albúmina) se lleva a cabo utilizando el reactivo de la reacción de Biuret que contiene cobre, el cual forma enlaces de coordinación con el N de dos enlaces peptídicos consecutivos de dos cadenas polipeptídicas próximas dando lugar a un compuesto coloreado (violeta). Esta reacción permite, además, cuantificar proteínas utilizando un espectrofotómetro. Al alumno se le facilitan varias soluciones de albúmina de concentración conocida para que haga una recta patrón que le permita interpolar la concentración de albúmina de una solución problema.
Por último, el alumno realizará ensayos de actividad enzimática mediante técnicas sencillas. La actividad de la invertasa (procedente de levadura) se ensaya observando la aparición del carácter reductor en una solución de sacarosa, mediante la reacción de Fehling. Se realiza una hidrólisis de almidón con la amilasa presente en la saliva, comprobándose dicha hidrólisis con la reacción de lugol. Asimismo, se ensaya la presencia de catalasa en tejidos vegetales y se estudia el efecto del pH y la temperatura sobre dicha actividad enzimática.
La Práctica II (Fotosíntesis) aborda el proceso fotosintético trabajando, por un lado, con la extracción, separación e identificación de pigmentos y por otro lado, midiendo el desprendimiento fotosintético de oxígeno.
En primer lugar, los alumnos realizan la extracción y separación de los pigmentos de la hoja de espinacas utilizando cromatografía de reparto y cromatografía en papel. También, cuantifican la clorofila en el extracto etanólico utilizando el espectrofotómetro que ya habían aprendido a utilizar en la práctica anterior; además, se hacen espectros de absorción de todos los pigmentos presentes en el extracto.
En la segunda parte de la práctica, los alumnos miden el desprendimiento de oxígeno fotosintético de suspensiones celulares de cianobacterias (Anabaena sp. PCC7120) iluminadas; así, el alumno comienza a familiarizarse con técnicas polarográficas (electrodo de oxígeno) además de las técnicas espectrofotométricas y cromatográficas.
Con la Práctica III (Fundamentos de microscopía óptica) se le introduce al alumno al microscopio, uno de los instrumentos fundamentales de la investigación biológica que le abre al alumno la posibilidad de conocer la vida a escala microscópica.
En primer lugar, se le explica al alumno con detalle las características y el manejo del microscopio óptico. Los alumnos comienzan por observar la morfología de células epidérmicas animales y vegetales. La observación de células de la mucosa bucal se aprovecha para introducir las primeras técnicas de tinción, que en este caso concreto, es la tinción con azul de metileno. La observación de las células epidérmicas de hoja de lirio culmina esta primera parte de la práctica. A continuación, los alumnos utilizan el microscopio para observar distintos tipos de plastos: cloroplastos en hojas de lirio y elodea (donde es posible observar el fenómeno de la ciclosis), cromoplastos de tomate y amiloplastos de patata (la tinción de estos últimos con lugol diluido evidencia que, fundamentalmente, son depósitos de almidón)
De forma paralela, los alumnos realizan una preparación de células meristemáticas de raíz de cebolla, teñidas con orceína acética-clorhídrica, con el fin de observar las distintas fases de la mitosis. Los alumnos estudian con detalle distintos campos de la preparación y calculan el porcentaje de células en mitosis e intentan localizar una fase adecuada para contar los cromosomas de esta especie.
La Práctica IV (Estudio de un caso práctico de contaminación ambiental) integra todos los conocimientos adquiridos en las prácticas anteriores y permite al alumno demostrar la madurez y destrezas adquiridas para analizar un caso práctico de contaminación ambiental: el efecto tóxico de un contaminante, el metal pesado cadmio, en cultivos de la cianobacteria fijadora de nitrógeno, Anabaena sp. PCC7120. Los alumnos trabajan con tres cultivos de la cianobacteria que han sido expuestos durante unas 20 horas a concentraciones crecientes de cadmio: 0 mM (cultivo control), 5 mM CdCl2 (concentración subletal) y 50 mM CdCl2 (concentración letal); se les pide que analicen una serie de parámetros que ayuden a determinar de qué manera afecta el metal pesado la fisiología celular de este organismo fotosintético:
2. Determinación del crecimiento y del contenido en clorofilas de cada cultivo utilizando el espectrofotómetro.
3. Evaluación, mediante microscopía óptica, de los efectos del metal en la morfología celular, en particular la del heterocisto, célula especializada encargada de la fijación de nitrógeno.
4. Determinación de la actividad fotosintética de los cultivos mediante el uso del electrodo de oxígeno.
Se pretende, por lo tanto, que esta última práctica sea un compendio de las anteriores e implique una mayor autonomía del estudiante.