12. Transporte Atraves de Membrana

UNIVERSIDAD MANUELA BELTRÁN MACROPROCESO DE RECURSOS E INFRAESTRUCTURA ACADÉMICA FORMATO PARA PRACTICAS DE LABORATORIO Fecha: Abril 2011

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INFORMACIÓN BÁSICA NOMBRE DE LA PRÁCTICA: TRANSPORTE A TRAVÉS DE PRACTICA No. 12. MEMBRANAS. ASIGNATURA: Biología TEMA DE LA PRÁCTICA: Permeabilidad de la membrana plasmática: Difusión y Ósmosis. LABORATORIO A UTILIZAR: Biología CONTENIDO DE LA GUÍA OBJETIVOS.  Comprender el funcionamiento de la membrana plasmática y la homeostasis celular  Visualizar y diferenciar entre Hipotónico, Isotónico, Hipertónico.  Entender los fenómenos de Hemólisis, Crenación, Equilibrio hídrico, Turgencia y Plasmólisis, a través de la experimentación.

INTRODUCCIÓN. La explicación a fenómenos celulares tales como el transporte a través de membrana, reducen todos los aspectos del orden de la biología como factores de transporte e intercambio de sustancias, que a este nivel pueden ser utilizados para comprender a los organismos y el funcionamiento efectivo de sustancias, drogas y demás mecanismos dentro del metabolismo celular. Esta práctica permitirá aclarar y comprender conceptos básicos sobre el funcionamiento celular y su influjo en el avance de la farmacología sea casos específicos. MARCO TEORICO Estructura y Composición de las Membranas Biológicas. En la figura 1 se observa la estructura de la membrana plasmática conformada principalmente por lípidos y proteínas, y en menor proporción por carbohidratos; los principales lípidos se denominan fosfolípidos, compuestos por cabezas hidrofílicas (polares)que se distribuyen hacia la superficie y tienen contacto con el agua del citoplasma y del medio externo, y por colas hidrofóbicas (no polares) que están hacia el interior y tienen el máximo contacto entre si y el mínimo con el medio acuoso del citoplasma. En cuanto a las proteínas de la membrana se pueden distinguir dos clases, integrales y periféricas, las primeras forman parte de la membrana y también se pueden mover lateralmente de un lado a otro, en tanto que las periféricas se encuentran en la superficie interna de la membrana. Tanto los fosfolipidos como las proteínas pueden tener cadenas de carbohidratos (azúcares) unidas, de ser así estas moléculas se denominaran glucolípidos y glucoproteínas, respectivamente.


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Figura 1. Modelo de la membrana plasmática. Fuente: http://www.fisicanet.com.ar/biologia/introduccion_biologia/ Permeabilidad de la membrana plasmática. La membrana plasmática regula la entrada y salida de moléculas en la célula. Esta función es fundamental porque la vida depende del mantenimiento de su composición invariable. La membrana plasmática puede llevar a cabo esta función porque posee permeabilidad diferencial (selectiva), lo que significa que ciertas sustancias pueden moverse a través de la membrana y otras no. En la tabla 1 se observan los tipos de moléculas que pueden atravesar en forma libre (pasiva) una membrana, y cuales requieren ser transportadas por una proteína portadora o consumir energía: Tabla 1. Entrada y salida de moléculas en la célula (Mader, 2007). Nombre Dirección Requerimientos Ejemplos Moléculas solubles Gradiente de Difusión en lípido, agua y Hacia el área de concentración gases Energía no menor requerida Canales o portador y Un poco de concentración Transporte gradiente de azucares y facilitado concentración aminoácidos Hacia el área de Transporte Azucares, mayor Portador más energía activo aminoácidos e iones concentración Energía La vesícula se fusiona requerida Exocitosis Hacia el exterior con la membrana Macromoléculas plasmática Formación de la Endocitosis Hacia el interior Macromoléculas vesícula


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En general, el agua y pequeñas moléculas no cargadas eléctricamente, como dióxido de carbono, oxigeno, glicerol, agua y alcohol, son capaces de atravesar libremente la membrana, tienen la facilidad de deslizarse entre las cabezas hidrófilas de fosfolipidos y atravesar las colas hidrófobas de la membrana. Debido a eso, se dice que estas moléculas siguen su gradiente de concentración porque se mueven de un área de alta concentración a una de más baja concentración. En la figura 2 se observan los diferentes tipos de transporte de sustancias a través de la membranatanto el transporte pasivo (difusión simple, difusión facilitada y osmosis) como el transporte activo, su diferencia radicaen el consumo de ATP.

Figura 2. Tipos de transporte a través de membrana. Fuente: http://www.educa.aragob.es 1. Transporte Pasivo: Todas las modalidades de transporte pasivo tienen en común el no consumir ATP debido a que el soluto se mueve a favor de un gradiente de concentración (partículas de soluto fluyen desde donde están más concentradas a donde lo están menos) proceso conocido como difusión. Pero el mecanismo utilizado para atravesar la membrana puede diferir, existiendo 3 subclases de transporte pasivo (difusión simple, difusión facilitada y osmosis): a. Difusión Simple: Es el paso de sustancias directamente a través de la bicapa lipídica siguiendo un gradiente de concentración (de mayor a menor concentración). Este paso directo lo pueden realizar un reducido número de moléculas (Tabla 1) por dos razones: La primera es que los lípidos están estrechamente empaquetados de modo que el espacio fosfolípido y fosfolípido es muy reducido, y la segunda es que el interior hidrofóbico de la bicapa es impermeable a todo aquello que no sea hidrofóbico, es decir, la bicapa lipídica es una barrera para todo aquello que se disuelva en agua (hidrofílico). En la figura 2 se observa el proceso de difusión simple en la membrana citoplasmática, a través del tiempo, donde la sustancia que difunde debe tener una concentración diferente entre los dos medios en que se mueve, a medida que el soluto difunde del medio más concentrado al menos concentrado, las concentraciones de ambos medios tienden a igualarse hasta que finalmente se equilibran y cesa la difusión en si. En este punto la cantidad de soluto que pasa de un lado al otro de la membrana es igual a la que fluye en sentido opuesto.


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b. Difusión Facilitada: Se diferencia del anterior en queel soluto no puede atravesar la membrana libremente debido a que la molécula puede ser muy grande o muy polar (hidrofílico), entonces los solutos con estas características dependen de proteínas integrales, como se observó en la figura 2, las cuales facilitan su paso a través de la membrana, este tipo de proteínas transmembranales se clasifican en canales iónicos o carriers, poseen un sitio de unión al soluto que es altamente específico ya que el soluto se debe acoplar geométricamente a el. Una vez el soluto está unido al carriers, éste cambia de conformación abriendo un poro hidrofílico en su interior, este permite el paso de iones dependiendo de su tamaño y carga a favor de un gradiente; generalmente este poro se encuentra cerrado y ante determinada señal la proteína cambia de conformación abriendo la compuerta que obstruye al poro, con este cambio, el soluto es transferido al otro lado de las membranas las cuales pueden cambiar su conformación.Durante el tiempo en que el poro está abierto fluyen por él los iones de Na+, K+ y Cl-. c. Ósmosis: Es el definido como un caso especial de difusión (difusión del agua a través de una membrana), se caracteriza porque el agua se mueve desde donde está más concentrada a donde lo está menos. La concentración de soluto en una solución es inversamente proporcional a la concentración de agua, pues mientras más unido está el soluto entre sí más separadas están las moléculas de agua (disolvente) entre ellas. De acuerdo a la concentración relativa de soluto, las soluciones se clasifican (figura 3) en Hipertónicas, Hipotónicas e Isotónicas, a continuación se explicara brevemente cada una de ellas:  Hipertónica: Una solución A es hipertónica con respecto a una solución B si su concentración de soluto es mayor y por tanto su concentración de agua es menor.  Hipotónica: Una solución A es hipotónica con respecto a una solución B si su concentración de soluto es menor y por ende su concentración de agua mayor.  Isotónica: Se consideran isotónicas dos soluciones que tienen la misma concentración de soluto y por tanto de agua.

Figura 3. Clasificación de soluciones en Osmosis. Fuente: http://www.maph49.galeon.com/memb1/isotonic.html 2.Transporte Activo: Es el transporte de un soluto a través de una membrana que implica un gasto de energía, que será utilizada para movilizar el soluto en contra de su gradiente de concentración (de < a >


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concentración). El transporte activo es mediado siempre por proteínas carriers que utilizan la energía proveniente del ATP o aquella que es liberada por un soluto que se mueve a favor de su gradiente, como ejemplo se ilustra en la figura 4 un axón en estado de reposo donde por cada 3 moléculas de sodio que salen entran 2 de potasio.

Figura 4 Ejemplo de un axón en estado de reposo. Fuente: http://www.biolarioja.com.ar/Biologia/Seccion 47.htm

CONSULTA PREVIA Resolver las siguientes preguntas y entregar resuelto a su docente al inicio de la práctica de laboratorio:

1. Investiga y realiza un esquema con colores sobre turgencia y plasmólisis y su respectiva definición


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2. Elabora un MAPA CONCEPTUAL de los diferentes tipos de transporte existentes en la membrana celular. En ambos casos se debe incluir las referencias bibliográficas consultadas. (en Cmaptools)

METODOLOGIA Las actividades se desarrollan en equipos de trabajo (4 estudiantes), recordando que la presentación de pre-informes es de manera individual – la socialización de las actividades deberán ser expuestas de acuerdo al tiempo asignado. La metodología de laboratorio establece en la enseñanza basada en problemas, y en cada práctica se asignara una pregunta problematizadora que deberá ser resuelta al final de la práctica, las actividades y el procedimiento llevaran a la resolución de dicho cuestionamiento.

Cada equipo de trabajo deberá presentar a partir de los mapas conceptuales elaborados. De manera clara la inclusión de hipervínculos les permitirá aproximar conceptos de manera más específica. La extracción de sangre como parte del proceso de observación de los fenómenos de transporte celular requerirá ser obtenida por punción digital.


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MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS A UTILIZAR. Materiales Y Equipos

Caja de Petri Pequeñas (3)

(8) Microscopios

Reactivos

100 ml de cada Solución salina al 0.4 %, 0.9 %, 2%

Agua destilada.

10 Pipetas Pasteur (1 ml)

1 Jeringa insulina + algodón + alcohol antiséptico

Material Estudiante* Marcador para vidrio y colores (anaranjado, azul, morado, rojo, negro, blanco) entre otros (INDISPENSABLE) Guantes (2 pares por estudiante) Gafas de protección, Gorro y Bata Manga larga de material no inflamable Toalla de papel absorbente – esmalte transparente Hojas de Elodea 1 porción(planta pequeña) solo se requieren varias hojas por grupo (Planta acuática que se puede conseguir en plazas de mercado o en almacenes de peces y acuarios)

Aceite de inmersión  

Los estudiantes que no porten sus implementos de Bioseguridad individuales y materiales por equipo no serán admitidos a la sesión de trabajo práctico. Recuerden traer las cantidades solicitadas en recipientes aislados para no contaminar un contenido mayor al solicitado en el laboratorio.

PRECAUCIONES Y MANEJO DE MATERIALES Y EQUIPOS. FAVOR DEJAR EL MICROSCOPIO LIMPIO, EN OBJETIVO DE 4X, PLATINA ABAJO, APAGADO Y DESCONECTADO.  Cuidado en el manejo del microscopio que es un equipo delicado y costoso. Realizar la limpieza de lentes (oculares y Objetivos) con Isopropanol con papel de arroz. La platina y placa, tornillos macro y micrométrico con algodón y alcohol.  Utilizar los cubreobjetos en las observaciones necesarias para no ensuciar las lentes.


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PROCEDIMIENTO. 1.Ósmosis.  Rotular tres cajas de petri con números 1, 2,3.  Agregar a cada caja de petri las cantidades indicadas (ml) en la siguiente tabla, en cada caso usar pipeta diferente: Caja Solución salina (2 ml) Sangre 1 0.9% 2 gotas 2 2% 2 gotas 3 0.4% 2 gotas    

Mezclar y dejar reposar unos 3 minutos. Colocar una gota de solución + sangre desde cada caja de petria una lámina. Cubrir con una laminilla. Observar al microscopio con aumento de10X, 40X y 100X.

Fotografía Nº 1 Eritrocitos Equilibrio hídrico

2. Turgencia y Plasmólisis.       

Marcar dos láminas como 1 y 2. En la lámina 1añadir una gota de agua destilada y en la lámina 2 una gota de solución salina al 10%. Cortar dos hojas de la planta acuática Elodea. Colocar una hoja en cada lámina. Dejar reposar por 5 minutos con la solución respectiva. Cubrir los montajes con las laminillas. Observar en el microscopio con el objetivo de 10X, 40X y 100X.


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BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA. CURTIS, H. 2000. Invitación a la Biología. 6ta Edición. Médica Panamericana. Buenos Aires, Argentina. FREEMAN, S. 2009. Biología. Editorial Pearson Educación, S.A., Madrid, España. MADER, S. 2008. Biología. 9na Edición. McGraw Hill. México, D.F. Paginas en internet: fecha de consulta Junio 2010. http://www.biolarioja.com.ar/Biologia/Seccion 47.htm. http://www.maph49.galeon.com/memb1/isotonic.html http://www.educa.aragob.esfecha de consulta http://www.fisicanet.com.ar/biologia/introduccion_biologia/

ELABORÓ

REVISÓ

APROBÓ

Firma: Docentes Laboratorio de Biología

Firma: Equipo Docente Laboratorio de Biología

Firma: Equipo laboratorio de Biología

Nombre: Equipo Laboratorio de Nombre: Equipo Docente Biología Laboratorio de Biología

Nombre: Equipo de Laboratorio de Biología y Gerencia de Laboratorios

Fecha: Enero 2013 - Rediseño Fecha:

Fecha: Enero 2013

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INFORME DE LABORATORIO ESTUDIANTES: 1. 2. 3. 4.

GRUPO:

NOTA:

CARRERA:

OBJETIVOS   

Elabore un Mapa conceptual del tema a tratar en la Práctica de Laboratorio. . Elabora un mapa conceptual http://www.youtube.com/watch?v=K84zko4RfLo&feature=related sobre membrana celular y su estructura. (Es el mismo de consulta previa)


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RESULTADOS

1. Según la actividad No.1 completar el siguiente cuadro: Clasifique la solución Mues Dibuje los eritrocitos salina con respecto al tra que observa citoplasma del eritrocito.

¿Qué sucede?

Caja 1 0.9%

Hipertónica: _____ Isotónica: _____ Hipotónica: _____

Hemólisis:_____ Crenación:_____ Equilibrio hídrico:_____

Caja 2 2%



Caja 3 0.4%



2. Según la actividad No. 2 completar la siguiente tabla: Tratamiento

Con agua destilada

Con solución salina

Dibuje lo observado

Fenómeno

Turgencia:____ Plasmólisis:____

Turgencia:____ Plasmólisis:____


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3. De acuerdo a lo anterior completar la siguiente tabla (Adaptado de Mader, 2007), titulada “Efecto de la osmosis en una célula” Tonicidad de la solución

Concentraciones Soluto Agua

Isotónica

Movimiento neto del agua Ninguno

Efecto en la célula Ninguno

Fenómeno Equilibrio hídrico

Menor que la célula Menos que la célula CUESTIONARIO

1. Dentro del proceso de transporte a través de membrana SE RECONOCE el mecanismo transportador como fuente de homeostasis celular, describe que procesos artificiales pueden ser implementados que simulen esta homeostasis en células vegetales y de ello su relación con la importancia y uso industrial de medios isotónicos en farmacología.

CAUSAS DE ERROR Y ACCIONES PARA OBTENER MEJORES RESULTADOS


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CONCLUSIONES

APLICACIÓN PROFESIONAL DE LA PRÁCTICA REALIZADA

BIBLIOGRAFIA

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