INTRODUCCIÓN Cualquiera que sea la organización específica de un ser vivo, unicelular o pluricelular, procariota o eucariota, en sus células no puede faltar la membrana celular. La membrana celular es la estructura que separa al líquido
intracelular
(LIC)
del
extracelular (LEC). Ella está formada por dos compuestos orgánicos: los fosfolípidos y las proteínas. Su estructura actual -fue propuesta en 1972 por S. Singer y G. L. Nicholson. Su modelo se conoce con el nombre de “mosaico fluido” o mosaico de los líquidos. El modelo de mosaico fluido explica que la membrana plasmática consiste en una bicapa líquida de moléculas de fosfolípidos en donde están incluidas las proteínas. Las proteínas de la membrana celular permiten el paso del medio intracelular (LIC) al medio extracelular (LEC) y viceversa, de moléculas pequeñas ya sea en forma activa o pasiva, otras actúan como receptoras de señales como por ejemplo de hormonas; otras actúan como sitios de fijación para enzimas solubles y para el citoesqueleto. Es a través de la membrana celular que se controla el transporte de materiales entre el líquido intracelular (LIC) y el líquido extracelular (LEC), dado que ella es selectiva y semipermeable, pues impide que algunas sustancias grandes como los lípidos y proteínas la atraviesen fácilmente; pero permiten el paso de azúcares simples, oxígeno, dióxido de carbono, agua, glicerol, urea y otras moléculas. Este paso depende del tamaño y carga de las moléculas y de la composición de la membrana celular. Este transporte celular puede ocurrir por procesos pasivos y activos.
Los transportes pasivos no requieren el aporte de energía celular (ATP), y las moléculas se desplazan a favor de una gradiente de concentración: la sustancia se desplaza del sitio de mayor al de menor concentración. Entre los ejemplos están la difusión, ósmosis, diálisis y difusión facilitada. La difusión es el movimiento de partículas (átomos, iones y moléculas) de una región de alta concentración a otra de menor concentración, puede ocurrir en presencia o no de una membrana celular. La difusión permite los procesos de ósmosis y diálisis. La ósmosis desplaza el agua a través de la membrana celular desde un sitio de alta hacia otro de baja concentración. Los procesos osmóticos se denominan plasmólisis y turgencia en los vegetales y en las células animales se llaman lisis y crenación. De acuerdo con la presión osmótica, las soluciones extracelulares se dividen en isotónicas, hipotónicas e hipertónicas.
En las soluciones isotónicas, la concentración de solutos en el líquido intracelular es igual a la concentración presente en el líquido extracelular. En las soluciones hipotónicas, el líquido que rodea a la célula tiene menor concentración de sustancias, más agua y menos presión osmótica que el interior de la célula; por lo tanto, el agua se difunde desde el exterior hacia el interior celular. Las soluciones hipertónicas tienen mayor concentración de solutos, menor cantidad de agua y mayor presión osmótica que el LIC, esto provoca que el agua pase del interior al exterior de la célula.
OBJETIVOS Al final del laboratorio el estudiante debe ser ser capaz de:
Describir el mecanismo mecanismo de difusión a nivel molecular. molecular.
Describir el concepto concepto de membrana membrana permeable selectiva y explicar su papel en la ósmosis
Entender los conceptos de hipotónico, hipotónico, hipertónico e isotónico.
Discutir la influencia de la membrana celular sobre el comportamiento
osmótico en las células.
Reconocer los los procesos de difusión, ósmosis y diálisis en células células vivas.
Entender los principios de actividad osmótica en las actividades diarias diarias de una persona.
Explicar como la presión que ejercen ejercen las moléculas favorece los procesos procesos de la difusión y ósmosis
PROCEDIMIENTO Durante la sesión de laboratorio se realizaron 5 experimentos donde se estudiaron distintos aspectos del transporte de solutos y agua a través de membranas. Para ello, el grupo de laboratorio se dividió en 5 subgrupos de trabajo, con 5 estudiantes cada uno. Cada experimento fue ejecutado y analizado por todos los subgrupos. Al finalizar los experimentos, se hizo hizo una discusión de los resultados resultados obtenidos.
EXPERIMENTO N° 1: TASA DE DIFUSIÓN DE SOLUTOS MARCO TEÓRICO La difusión implica el movimiento simple a través de la membrana, provocado por el movimiento aleatorio de las moléculas de la sustancia. La velocidad de difusión viene determinada por la cantidad de sustancia disponible, la velocidad del movimiento cinético y el número y el tamaño de las aberturas de la membrana a través de las cuales se pueden mover las moléculas o los iones. 1 La velocidad de difusión de una sustancia a través de una membrana viene determinada por la Ley de Fick, que dice que la velocidad de difusión es directamente proporcional a una constante (K), a la superficie de absorción (A) y al gradiente de concentración (C1-C2), e inversamente proporcional al grosor de la membrana (d). La constante de difusión "K", depende a su vez de varios factores:
Tamaño o peso molecular.
Forma.
Grado de ionización.
Liposolubilidad.2
La permeabilidad de la membrana depende de varios factores relacionados con las propiedades físico-químicas de la sustancia. 3 La velocidad con que difunden las moléculas depende de su coeficiente de partición y de la diferencia de concentración ambos lados de la membrana. En otras palabras cuanto más hidrófoba sea la molécula, con mayor velocidad difundirá por la membrana plasmática y además esta velocidad se incrementará cuanto mayor sea la diferencia de concentración de las moléculas entre ambos lados de la membrana. Estas relaciones valen para interpretar la difusión de gases y
moléculas pequeñas sin carga como el etanol a través de la membrana plasmática.4
MATERIALES Y SUSTANCIAS Material
Sustancias
1 tubo de ensayo pequeño
Gelatina
1 caja de Petri
Agua – Muestra A
1 cinta métrica o regla
Alcohol – Muestra B
Colorante
Glicerol – Muestra C
Cronometro
METODOLOGÍA En una caja de Petri que contenía una capa fina de gelatina solidificada se hizo 3 pozos pozos con el tubo de ensayo ensayo pequeño en en la superficie de la matriz. Se agregó 2 gotas de la solución de la muestra A en uno de los pozos (evitando la formación de burbujas). Se anotó el tiempo y se repitió el mismo procedimiento en el pozo 2 y 3, agregando las soluciones de la muestra B y C, respectivamente. Con la caja de Petri sobre una superficie blanca se ha hecho mediciones de la distancia recorrida por cada una de las muestras en intervalos de 10 minutos.
RESULTADOS 10 min
20 min
30 min
60 min
180 min
Muestra A - Agua
1,0 cm
1,1 cm
1,2 cm
1,4 cm
2,7 cm
Muestra B - Alcohol
1,2 cm
1,3 cm
1,4 cm
1,5 cm
3,2 cm
Muestra C - Glicerol
1,1 cm
1,1 cm
1,2 cm
1,3 cm
2,1 cm
Tasa de difusión = distancia / tempo Muestra A Tasa de difusión = 2,6 / 180 = 0,014 cm/min Muestra B Tasa de difusión = 3,2 / 180 = 0,017 cm/min Muestra C Tasa de difusión = 2,1 / 180 = 0,0116 cm/min
DISCUSIÓN Al hablar de difusión de sustancias hay que aclarar algunas características físico-químicas de las mismas, una vez que la velocidad de difusión va variar de acuerdo con las propiedades de cada una de ellas. El agua en estado líquido tiene una densidad de 1000 kg/m 3 y su masa molecular es de 18,01524 g mol -1. El alcohol a su vez tiene 789 kg/m 3; 0,789g/cm 3 de densidad y su masa molar es 46,07 g/mol. g/mol. La densidad del glicerol es de 1261 kg/m 3 o 1.261g/cm3 y masa molar 92,09382 g/mol. El glicerol posee, por lo tanto, un coeficiente de viscosidad elevado. Las pequeñas moléculas no polares difunden rápidamente a través de las membranas. En general penetran más rápidamente cuanto menor es la molécula e mayor su liposolubilidad. 5 Al observar la velocidad de difusión de las diferentes sustancias utilizadas en el experimento podemos ver que hay una diferencia en dicha velocidad, siendo que el alcohol ha tenido una mayor tasa de difusión (0,017
cm/min), seguido del agua (0,014 cm/min) e por último el glicerol (0,0116 cm/min), corroborando el hecho de que mientras mayor la viscosidad menor será la velocidad de difusión de los fluidos, o sea, que la viscosidad es inversamente proporcional a la velocidad de difusión. Las moléculas hidrofílicas también pueden difundir, con la condición de que no estén cargadas y de que posean pequeño tamaño. De esta manera pasan rápidamente el metanol, el etanol y el glicerol. También el agua puede atravesar la bicapa aunque en la célula esto representa menos de 10% de total de pasaje acuoso a través de la membrana. 5
CONCLUSIÓN La realización del presente experimento nos permitió reconocer y visualizar el mecanismo de difusión a nivel molecular, siendo posible también verificar el efecto del tamaño molecular o la concentración en la tasa de difusión, comparando la velocidad de difusión de las diferentes sustancias. sustancias. El alcohol fue la sustancia que primero y más rápidamente empezó a difundir en la gelatina confirmando por lo tanto que sustancias con menor densidad tienen una tasa de difusión más elevada.
REFERENCIAS 1. Guyton y Hall. Tratado de Fisiología Médica. Médica. Decimosegunda Decimosegunda edición. 2. Difusión Pasiva - Depto. Medicina Legal, Toxicología y Psiquiatría (Universidad de Granada) http://www.ugr.es/~ajerez/proyecto/t3-7.htm 3. Biologia
Celular.
Dr.
Eduardo
Rivadeneira.
https://pt.scribd.com/doc/20805277/GUIA-DE-PRACTICAS-DE-LABBIOLOGIA-CELULAR 4. http://www.biologia.edu.ar/cel_euca/transporte.htm 5. De Roberts (h)- Hib Hib – Ponzio. Biología Celular y Molecular – 15ª. ed., 3ª. reimp. El Ateneo, 2005.
EXPERIMENTO N° 2: ÓSMOSIS MARCO TEÓRICO La ósmosis es la difusión del agua a través de una membrana que permite el paso de agua pero que impide el movimiento de la mayoría de los solutos; se dice entonces que esta membrana es selectivamente permeable. La ósmosis da como resultado la transferencia neta de agua de una solución que tiene un potencial hídrico mayor a una solución que tiene un potencial hídrico menor. Todas las células controlan de forma muy específica la composición de su medio interno. Ese control es la suma de distintos mecanismos, unos pasivos y otros de control activo. La pared celular es la encargada de regular el intercambio desustancias entre el interior de la célula y el medio externo.
MATERIALES
Una papa mediana o grande
6 Vasos desechables o beakers.
Papel toalla.
Navaja.
Sacarosa a distintas concentraciones (0.2M, 0.4M, 0.6M, 0.8M y 1.0M).
Agua destilada (solución 0.0 M).
Balanza electrónica.
MÉTODO 1. Se rotulo 6 vasos precipitados que contenían agua destilada (dH 2O) y sacarosa a distintas concentraciones (0.2M, 0.4M, 0.6M, 0.8M y 1.0M). 2. Se procedió a lavar (dH2O) cuidadosamente los trozos de papa y se secó el exceso de solución. 3. Pesamos los trozos de papa y se anotó el peso 4. Los transferimos inmediatamente a los vasos rotulados y esperamos una hora. 5. Sacamos los trozos de los vasos y quitamos el exceso de agua con papel toalla. 6. Anotamos si hubo cambios en el peso final de los cilindros. 7. A través de una tabla calculamos el cambio en peso para cada trozo
HIPÓTESIS En un medio isotónico, existe un equilibrio dinámico puesto que el
movimiento de agua hacia afuera está balanceado con el movimiento de agua hacia adentro
En un medio hipotónico, hipotónico, el flujo de agua va desde la solución solución hasta el tejido propiamente dicho, aumentando la concentración de agua en la célula aumentando la presión de turgencia.
En un medio hipertónico hipertónico La célula pierde agua, la membrana membrana se retrae separándose de la pared y la células se vuelve flácida, se dice que la célula se ha plasmolizado.
RESULTADOS Esta tabla almacena las diferencias en peso del tejido de papa, después de haberse sometido a varias concentraciones de sacarosa C 12H22O11. Cuando la diferencia es positiva (el tejido gana peso) y cuando es negativa (el tejido pierde peso). Tabla 1: Diferencias en peso del tejido de papa. Molaridades
de Peso del tejido (g)
las soluciones
Inicial
Final
Diferencia
dH2O
2.75
3.10
+0.35
0.2M
3.02
3.14
+0.12
0.4M
3.45
3.10
-0.35
0.6M
3.56
3.07
-0.49
0.8M
3.13
2.57
-0.56
1.0M
3.05
2.26
-079
Para calcular el cambio de peso (%) se utilizó la siguiente fórmula: Cambio en peso (%) = Peso final – Peso inicial x 100 Peso inicial Molaridades de las soluciones dH2O
0.2M
0.4M
0.6M
0.8M
1.0M
Peso final
3.10
3.14
3.10
3.07
2.57
2.26
Peso inicial
2.75
3.02
3.45
3.56
3.13
3.05
Cambio en peso 12.72% 3.97% (%)
-10.14% -13.76% -17.89% -25.90%
El siguiente cuadro muestra los cambios del peso en porcentajes de acuerdo a la concentración de solutos presentes en las soluciones. Osmosis Vs Cambio en Peso ) % ( o s e p n e o i b m a C
15.00%
12.72%
10.00%
3.97%
5.00% 0.00% -5.00%
-10.14% -13.76%
-10.00%
-17.89%
-15.00% -20.00%
-25.90%
-25.00% -30.00% Cambio en peso (%)
dH2O
0.2M
0.4M
0.6M
0.8M
1.0M
12.72%
3.97%
-10.14%
-13.76%
-17.89%
-25.90%
Osmolaridad
DISCUSIÓN Todos los cambios (cuantitativos) que se observaron en la práctica con el tejido de la papa, es porque sus células han sufrido un proceso denominado osmosis según Niel A. Campbell en su libro BIOLOGIA: CONCEPTOS Y
RELACIONES, pág. 82 dice que por el hecho de que la célula contiene una solución acuosa en su interior y además está rodeado por otra, y debido a que la membrana plasmática es permeable al agua, las moléculas de esta pueden pasar fácilmente hacia dentro y hacia afuera de las células. La difusión de las moléculas de agua a través de una membrana selectivamente permeable es un caso de transporte pasivo conocido como osmosis. De acuerdo ya sea al medio en que se encuentre la célula, esta va a reaccionar incorporando agua del medio a su interior en otro caso transportando agua de su interior hacia el medio externo o simplemente mantiene igual su medio interno. Según la
Edición Médica Panamericana 2005, BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR, pág. 164 dice que si las células son colocadas en una solución isotónica, no hay movimiento de agua hacia afuera o hacia adentro de la célula. Sin embargo cuando las células son colocadas en soluciones hipotónicas, el agua fluye hacia adentro haciendo que la célula se hinche aumentando el volumen celular.
A la inversa en una solución hipertónica, el agua fluye hacia afuera de la célula produciendo su encogimiento, debido a que el agua se pierde, el volumen celular disminuye. Entonces las diferencias observadas en los pesos fueron a causa de todas estas condiciones a las que fueron sometidas las células de la papa en el experimento realizado. Según el libro Biología de Alexander Bahret Chávez
Caurts. D
Alessio pagina 31 dice que el agua puede pasar por la membrana celular, el aguas se mueve de una región de mayor concentración a menor concentración, eso dependerá de la molaridad de la solución, además también dice que la concentración de agua se determina determina por la cantidad cantidad de material material disuelto en ella; la concentración de agua se considera alta si el material disuelto en ella es poco, el movimiento de agua seguirá hasta que las moléculas estén distribuidas uniformemente en el agua dentro y fuera de la célula, una vez que ocurra esto la concentración no cambiara; las moléculas continuaran moviéndose pero la concentración se mantendrá constante. El movimiento de las moléculas mantienen un estado de concentración constante, que llamamos equilibrio dinámico, esto es lo que buscaran las células, mantener en equilibrio su medio interno y externo, una vez que alcanzan este equilibrio, cualquier movimiento adicional no tendrá efecto sobre la distribución uniforme de las moléculas. Entonces decimos que los resultados observados fueron los esperados, ya que las células buscaron equilibrio dinámico mediante el movimiento neto de moléculas de agua hacia dentro o fuera de la célula. Para donde es el movimiento del agua, dependió dependió del medio donde se se encontraba la célula; si es isotónico, hipotónico como el agua agua destilada y sacarosa 0.2M o hipertónico como la sacarosa sacarosa 0.4M, 0.4M, 0.6M, 0.8M, 1.0M. 1.0M. Lo cual fue evidenciado en el cambio en peso del tejido de la papa.
CONCLUSIONES
Según lo observado podemos concluir que:
Una célula (vegetal), al al ser introducida en una solución hipotónica hipotónica como el agua destilada y sacarosa 0.2M, absorbe agua y se hincha aumentando su volumen celular
Una célula (vegetal), (vegetal), al ser introducida introducida en una solución hipertónica hipertónica como la sacarosa 0.4M, 0.4M, 0.6M, 0.8M, 1.0M,. 1.0M,. El agua dentro de la célula sale para alcanzar el equilibrio, produciendo un encogimiento de la célula y se dice que la célula se ha plasmolizado, disminuyendo disminuyendo su volumen celular.
BIBLIOGRAFÍA
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EXPERIMENTO N° 3: EFECTO DE LA PRESIÓN OSMÓTICA SOBRE LAS CÉLULAS MARCO TEÓRICO La ósmosis e s u n f e n ó m e n o físico-químico físico-químico r e l a c i o n a d o c o n e l comportamiento del agua como solvente de una solución ante una membrana semipermeable membrana semipermeable para el solvente (agua) pero no para los solutos. solutos. La ósmosis es un fenómeno biológico importante para la fisiología celular fisiología celular de los seres los seres vivos.
Presión osmótica La presión osmótica se define como la presión hidrostática necesaria para detener el flujo neto de agua a través de una membrana semipermeable que separa soluciones de composición diferente. La presión osmótica (p) está dada por: P = Rt (Cb – Ca) = Rt ΔC Donde p es presión osmótica medida en atmósferas (atm), R la l a constante de los gases, T la temperatura absoluta y DC la diferencia de las concentraciones de solutos a ambos lados de la membrana. La presión osmótica es una propiedad de tipo coligativa, es decir, depende del número de partículas. Así por ejemplo una solución de NaCl 0,5 M, si estuviera totalmente disociada en Na+ y Cl-, sería equivalente a una solución de glucosa 1M. (5)
Plasmólisis: Proceso por el cual el agua que hay dentro de la membrana celular sale al medio hipertónico ( ósmosis) y ósmosis) y la célula se deshidrata ya que pierde el agua que la llenaba. Finalmente se puede observar cómo la membrana celular se separa de la pared. Si es que este fenómeno ocurre, la planta tiene el riesgo de una muerte segura. Al menos hasta que consiga agua para que la membrana celular no sea el eje de la pared celular.
Turgencia: Determina el estado de rigidez de una célula, es el fenómeno por el cual las células al absorber agua, se hinchan, ejerciendo presión contra las membranas celulares, las cuales se ponen tensas. De esto depende que una planta este marchite o firme
Las soluciones isotónicas: Contienen la misma concentración de soluto que una solución de otro (por ejemplo, el citoplasma de la célula). Cuando una célula se coloca en una solución isotónica, el agua se difunde dentro y fuera de la celda en la misma proporción. El líquido que rodea las células del cuerpo es isotónico Si el proceso de osmosis es un fenómeno biológico importante para la fisiología la fisiología celular celular de los seres los seres vivos, ya que es la difusión de agua en la membrana, entonces al colocar las células a diferentes soluciones se observaran la plasmólisis y turgencia.
Soluciones hipotónicas: Hipotónico viene del griego "hypo," que significa bajo, y "tonos," que significa dilatarse. En una solución hipotónica, el total de la concentración molar de todas las partículas disueltas, es menos que el de otra solución o menos que el de la célula. Si las concentraciones de solutos disueltos son menos fuera de la célula que dentro, la concentración de agua afuera es correspondientemente más grande. Cuando una célula es expuesta a condiciones hipotónicas, hay un movimiento neto de agua hacia dentro de la célula. Las células sin pared celular se inflan y pueden explotar (lisis). si el exceso de agua no es removido de la célula. Las células con paredes celulares a menudo se benefician de la presión que da rigidez en medios hipotónicos. (6)
Soluciones hipertónicas: Hipertónica viene del griego "hyper," que significa sobre y "tonos," que significa expandirse. En una solución hipertónica, la concentración molar total de todas las partículas de soluto disuelto, es más grande que el de la otra solución, o más grande que la concentración de la célula.
Si las concentraciones de solutos disueltos es mayor fuera de la célula, la concentración de agua es correspondientemente menor. Como resultado, el agua dentro de la célula sale para alcanzar el equilibrio, produciendo un encogimiento de la célula. Al perder agua la célula también pierden su habilidad para funcionar o dividirse. Los medios hipertónicos, como la salmuera o jarabes, han sido utilizados desde la antigüedad para preservar la comida, debido a que los microbios que causan la putrefacción, son deshidratados en esos medios hipertónicos y son incapaces de funcionar.
MÉTODO Plasmólisis en células vegetales 1. Sobre un portaobjetos coloque una gota de solución de NaCl 0.9% (isotónica) y un fragmento de epidermis de cebolla u hoja de Elodea. Cubra y observe al microscopio. 2. Haga un dibujo de la preparación (rotule las estructuras observadas). Describa la apariencia de las células que observa. 3. Retire la preparación del microscopio y agregue una gota de solución de NaCl 5% (hipertónica) en uno de los bordes del cubreobjetos. En el lado opuesto coloque un pedacito de papel absorbente para permitir que la solución hipertónica quede en contacto con las células. Observe al microscopio.
Turgencia en células vegetales 1. En la misma preparación, reemplace la solución hipertónica por agua destilada siguiendo el mismo procedimiento anterior. Observe al microscopio y explique los cambios que ocurre. 2. Haga un dibujo de la preparación que ilustre los cambios observados en esta condición experimental. Rotule las estructuras observadas.
RESULTADOS
En medio isotónico las células mantienen su estructura y forma y no se altera su morfología.
Es hipotónica por que gana agua y se hincha, ya que el a g u a s e difund difunde e en la célu célula, la, causan causando do que que la la célul célula a de hinche hinche y posiblemente explote; esto se debe a que el centro de la célula tiene más agua y a su alrededor hay mas soluto. Lo contrario a la solución hipertónica. Aquí Aq uí la s cél cé l ula ul a s está es tá n t ur gen ge n te s (f en ómen óm en o po r el cua cu a l las la s células al absorber agua, se hinchan, ejerciendo presión contra las membranas celulares, las cuales se ponen tensas).
Es hipertónico porque sale el agua de la célula célula y esta se encoge debido debido a que es una solución concentrada, esto quiere decir que en el centro de la célula hay más agua y fuera de ella más soluto (Células plasmolisadas).
DISCUSION La importancia de la descripción osmótica de la célula radica en que este mecanismo describe el intercambio de solvente de la célula con el baño en que se encuentra sumergido. La aplicación de los conceptos termodinámicos a la membrana celular pone de manifiesto una dificultad conceptual que se origina en la aplicación de conceptos macroscópicos a nivel de la escala celular. El efecto osmótico en las células se verifica directamente por el fenómeno llamado "plasmólisis". Esto ocurre cuando una célula viva se introduce en un vaso con agua destilada. A consecuencia de que el líquido celular consta de una solución acuosa a cuyos solutos disueltos se les impide fluir al exterior, producen una tensión de absorción tal, que ocurre un flujo osmótico a través de la membrana celular, y el agua fluye al interior de la célula; ésta se hincha lentamente hasta llegar el momento en que estalla, dispersando su contenido celular en el agua destilada.(2) Los cambios de volumen de una célula se correlacionan con los cambios en la concentración del citoplasma. Así, dicha concentración se hace mayor
cuando la célula está en equilibrio, representado por un baño con una solución concentrada. Asimismo, la concentración del citoplasma disminuye cuando el baño está representado por una solución solución diluida.. Las membranas de las células de los vegetales resisten mecánicamente las presiones osmóticas de una solución hipertónica, restringiendo el flujo de agua hacia el interior de la célula. Este comportamiento hace que la pared de la célula vegetal se distienda, ejerciendo una presión suficientemente grande para balancear la diferencia de las presiones osmóticas de la solución externa e interna. A la presión ejercida por la membrana celular sobre la solución interna de la célula se le llama "presión de Turgor". Este fenómeno ocurre porque la membrana celular en realidad es poco elástica y el incremento del volumen celular, debido a la entrada de un poco de agua, produce un incremento apreciable en la presión de Turgor.(2) Los vegetales como las algas (elodea), los hongos y las bacterias están rodeados de una pared celular rígida. Debido a la pared pared celular, el flujo osmótico de ingreso de agua cuando cuando que tiene lugar cuando cuando estas células están situadas en una solución hipotónica (aun en agua pura) conduce a un incremento de la presión intracelular peo no del volumen de la célula. En las células de las plantas, la concentración concentración del soluto (por ejemplo azucares y sales) suele ser más alta en la vacuola que en citoplasma, que a su vez tiene una concentración de solutos más alta que la del espacio extracelular. La presión osmótica, llamada presión de turgencia generada por la entrada de agua en el citosol y luego en la vacuola empuja al citosol y a la membrana plasmática contra la resistente pared celular. La elongación de la célula durante el crecimiento tiene lugar por una pérdida localizada, inducida por hormonas de la pared celular, seguida por un flujo de agua hacia adentro de la vacuola lo que incrementa su tamaño.(1) A) “Las plantas se encuentran en un medio isotónico, en el cual se da su metabolismo natural” (4) En la lamina se nota este fenómeno la hoja
elodea esta en su medio natural, incluso se notan a los cloroplastos
moviéndose. Si vamos añadiendo un soluto a la solución externa, su potencial de solutos y por tanto su potencial hídrico irá descendiendo. Esto hará que tienda a salir agua de la vacuola y la célula pierda turgencia. Cuando la concentración exterior de solutos de la solución externa sea tal que haga haga que la membrana plasmática plasmática de las células comience a separarse de la pared celular, el Ψp célula = 0 (recordemos que también es 0 el potencial de presión del medio externo). Si Ψp célula = 0 = Ψp exterior y Ψ célula = Ψ exterior El potencial de solutos
de la solución es igual que el potencial de solutos de la vacuola por lo que no hay flujo neto de agua entre la célula y el medio. La membrana plasmática de la célula permanece "pegada" a la pared celular excepto en las esquinas. En esta situación se dice que la célula está en incipiente plasmólisis.
De acuerdo a lo visto podemos afirmar el
fenómeno de osmosis en las células, que dependen de la gradiente de concentración para entrar, salir de la célula o en el caso de un medio isotónico donde no existe paso neto de agua. La pared celular juega un papel fundamental en la plasmólisis ella se mantiene en interacción con los protoplastos, y en la turgencia interviene estimulando la presión de turgencia dentro de la célula. B) “La célula vegetal está recubierta por una pared celular, alarga y controla fenómenos como el de plasmólisis y turgencia, lleguen a dañar irreversiblemente a la célula” (3). En la semipermeabilidad de la
membrana citoplasmática y la permeabilidad de la pared celular originan, entre otros, el fenómeno de plasmólisis. se produce ya que las condiciones del medio extracelular son hipertónicas en el caso del segundo experimento con la hoja elodea; debido a esto, el agua que hay dentro de la vacuola sale al medio hipertónico (ósmosis) y la célula se deshidrata ya que pierde el agua que la llenaba. se puede observar cómo la membrana celular se separa de la pared (la célula se plasmoliza). Si es que este fenómeno ocurre, la planta corre el riesgo de una muerte segura. Al menos hasta que consiga agua que llene la
vacuola, volviéndose la célula turgente nuevamente y que se recupere. En este fenómeno las células al perder agua se contraen, separándose el protoplasto de la pared celular y este se encoge por lo que la membrana
citoplasmática
se
separa
de
la
pared.
No hay ningún mecanismo en las células vegetales para evitar la pérdida excesiva de agua, pero la plasmolisis puede revertirse si las células se colocan en solución hipotónica. La elevada presión en el interior de la célula hará que la membrana plasmática "se pegue" a la pared celular. C) “Turgencia (del latín turgere; hinchar) determina el estado de rigidez de una célula” (4). Es el fenómeno por el cual las células al absorber agua,
se hinchan, ejerciendo presión contra las membranas celulares, las cuales se ponen tensas. Este fenómeno está íntimamente relacionado con
la
ósmosis.
en el primer experimento se observa observa este proceso donde donde la hoja se encuentra en un medio hipotónico ( Ψ s = 0). Se producirá un flujo de
agua hacia el interior de la célula, lo que hará que vaya aumentando el potencial de presión hasta que Ψp = -Ψs y se alcance el equilibrio
hídrico con el medio externo. Este equilibrio se caracteriza porque el que Ψvac = Ψext y por tanto ∆Ψ = 0.
CONCLUSIONES
En esta práctica se observo la osmosis y así mismo la plasmólisis y la turgencia en las células de una Elodea, al igual que los cambios qu e presenta la célula en una solución solución isotónica, hipertónica e hipotónica. hipotónica.
Las membranas celulares son completamente permeable al agua, agua, por lo tanto, el entorno de la célula es expuesta a puede tener un efecto dramático en la célula.
Los fenómenos fenómenos de difusión y osmosis son son de gran importancia importancia biológica, biológica, porque mediante ellas se logran en parte llevar a cabo procesos de transporte e intercambio de sustancias.
BIBLIOGRAFÍA 1. Lodish y col. “Biologia Celular y Molecular” 5ta Edicion, Editorial Panamericana – Colombia- 2006.. 2. De Robertis, “Biologia Celular Molecular” 21va Edicion, Editorial AteneoColombia 3. Neil A. Campbell. BIOLOGÍA: BIOLOGÍA: conceptos y relaciones
3ra edición,
Editorial Mc Graw Hill- 2004 4. Taiz, Eduardo Eduardo Zeiger Zeiger : FISIOLOGÍA VEGETAL 5. http://biblioteca.uns.edu.pe/saladocentes/archivoz/curzoz/osmosis_y_presi on_osmotica.pdf 6. https://es.scribd.com/doc/59459838/Turgencia 7. http://www.ecured.cu/index.php?title=Presi%C3%B3n_osm%C3%B3tica& printable=yes 8. http://www.bionova.org.es/biocast/documentos/tema12.pdf
EXPERIMENTO N° 4: DIFUSIÓN DE MOLÉCULAS A TRAVÉS DE MEMBRANA SEMIPERMEABLE MARCO TEÓRICO Se entiende como diálisis, a la difusión de solutos a través de una membrana semipermeable, desde un área de alta concentración hasta un área de baja concentración. La diálisis se basa en tres principios: transferencia por conducción (difusión), ósmosis y ultrafiltración (Oto 2003). De acuerdo con este experimento, el tipo de diálisis que se observó es la originada mediante la transferencia por conducción, ésta consiste en un proceso pasivo por el cual dos soluciones de distinta concentración llegan a formar una mezcla uniforme, debido a la tendencia de las partículas de desplazarse por el solvente. La velocidad del movimiento de las partículas depende
del gradiente de
concentración, de la superficie de la membrana y del tamaño de las moléculas (Oto 2003). El gradiente de concentración es una forma de energía, y puede impulsar el movimiento direccional de una sustancia a través través
de una una
membrana (Starr & Taggart 2004). Las membranas semipermeables permiten el paso de moléculas en función del peso y tamaño molecular de éstas, e impiden el paso de moléculas de gran tamaño. Están dotadas de poros microscópicos, y dependiendo de las dimensiones de los mismos, podrán o no pasar unas determinadas moléculas. Cuando dos soluciones de sustancias distintas entran en contacto y no existe alguna membrana que las separe, las moléculas de éstas se entrelazan por un simple proceso de difusión, que es el movimiento neto de moléculas o de iones de una sustancia hacia una región adyacente donde no están tan concentrados (Starr & Taggart 2008), como sucedió en el primer experimento. Según lo mencionado anteriormente, las moléculas pequeñas se difunden con mayor rapidez y facilidad en el soluto con que estén en contacto,
por lo que se puede inferir que sustancias con moléculas de tamaños grandes duran más en difundirse que las de menor tamaño. A esto se le añade la concentración molecular que posea la sustancia, ya que la velocidad de difusión se ve favorecida en sustancias con altas concentraciones, por lo tanto se puede decir que la difusión es más rápida cuando los gradientes son más marcados, debido a que un mayor número de moléculas se desplaza de una región con mayor concentración en comparación con el número que entra a dicha región (Starr & Taggart 2004). El objetivo de este experimento es corroborar que hubo movimiento de moléculas de un soluto a otro, otr o, pasando por una membrana semipermeable.
MATERIALES
Bolsa de celulosa (en este caso se utilizó una bolsa de celofán)
Mezcla de 10% glucosa, 0.5 % almidón y 1.5% albúmina
Agua (H2O)
Beaker de 150 ml
100 ml de Agua destilada
Solución Lugol Lugol (mezcla (mezcla de yoduro de de potasio y yodo)
Reactivo Benedict (disolución (disolución de Sulfato de Cobre II, Citrato de Sodio y Carbonato de Sodio)
Mechero
MÉTODO 1. Tome una bolsa de celulosa ya preparada que contiene una mezcla de 10% glucosa (180 g/mol), 0.5% almidón (~200,000 g/mol) y 1.5% albúmina. 45,000 g/mol). Registre el color de la bolsa de diálisis 2. Lave cuidadosamente la bolsa de diálisis con dH2O. Seque el exceso de solución presente en la cubierta externa de la bolsa 3. Pese la bolsa de diálisis y registre éste valor
4. Llene un beaker de 150mL con 100 ml de agua destilada y añada aproximadamente 5 ml de solución de Lugol 5. Tome una muestra de esta solución colóquelo en un tubo de ensayo y agréguele reactivo de Benedict (cuando le agrega el reactivo, caliente la muestra con un mechero o baño de maría). Registre el color 6. Coloque la bolsa de diálisis dentro de la solución de Lugol de forma que quede completamente cubierta. Sujete la bolsa como se observa en la figura 3. Anote el tiempo. 7. Diseñe una hipótesis de trabajo y una predicción de sus resultados. Diseñe el experimento control apropiado 8. Después de 45 minutos, retire cuidadosamente la bolsa del beaker y colóquela en un recipiente seco y limpio. Observe y registre cualquier cambio en la coloración de la solución contenida en la bolsa de diálisis y en la solución en el beaker 9. Seque con una toalla el exceso de solución en el exterior y pese la bolsa de diálisis. Calcule el porcentaje de cambio en el peso de la bolsa de diálisis 10. Tome una muestra de la solución del beaker y haga la prueba de Benedict nuevamente 11. Complete la tabla en el reporte. 12. En base a sus resultados, conteste las preguntas del reporte
HIPOTESIS De acuerdo a todo lo mencionado anteriormente se espera que la bolsa de celofán que se usó en reemplazo de la bolsa de diálisis que sugiere la práctica pueda cumplir la función de una membrana semipermeable dejando pasar de esta manera hacia fuera los solutos que se colocó dentro de ella (glucosa, almidón y albúmina) reaccionando positivo ante la prueba de Benedict o prueba de lugol si en caso llegara a difundir un azúcar reductor o almidón respectivamente al exterior.
RESULTADOS Antes de que la bolsa de celofán cumpliera 45 minutos de reposar en la solución de lugol, se observó un cambio paulatino en la coloración del almidón, éste fue adquiriendo un color oscuro. También ocurrió cambio de coloración al calentar suavemente la mezcla de lugol (color oscuro) con benedict (tonalidad azulada), ésta cambió gradualmente, primero adquirió un color amarillento y al finalizar los tres minutos mi nutos obtuvo una coloración anaranjada.
DISCUSIÓN El cambio de coloración en el contenido de la bolsa de celulosa, se debió a que moléculas de yodo que contiene el lugol, traspasaron la membrana semipermeable y se intercalaron con las moléculas de amilosa, tiñéndolas; éstas junto a las moléculas de amilopectina constituyen el almidón (Primo 1995). La bolsa de celofán, por su característica de semipermeabilidad, no permitió la salida de moléculas de almidón (coloide) (Garritz et al. 2001 ). La coloración naranja obtenida al calentar la mezcla de Lugol y Benedict, evidenció la presencia de un azúcar reductor que traspasó la membrana de celulosa y se mezcló con el Lugol. La detección de aldosas, es posible mediante el efecto reductor que ejercen éstas en oxidantes suaves (Campbell & Farrell 2004), el Reactivo Benedict es uno de ellos, está constituido por una disolución de Sulfato de Cobre II, (CuSO 4); Citrato de Sodio, (C 6H5Na3O7); y Carbonato de Sodio, (Na 2CO3). Las aldosas (en este caso la glucosa) al tratarse con reactivos como el de Benedict, experimentan una reacción de oxidación; el cobre II en la disolución acuosa, de color azul, se reduce a cobre I, el cual precipita como óxido de cobre I, de color rojo, lo que dio el tono anaranjado a la mezcla. Ese tipo de reacciones conforman la prueba de que se llevó a cabo la difusión de moléculas entre la membrana que fue utilizada, y que además es posible hacer la escogencia de la misma para controlar el paso de las moléculas de una sustancia específica, en este caso, el almidón no pudo
salir de la bolsa porque el tamaño de los poros de ésta no permitía el paso de las moléculas grandes del almidón.
CONCLUSIÓN La tasa de difusión se ve afectada por la magnitud del gradiente de
concentración, lo mismo que por la temperatura, el tamaño molecular, los gradientes eléctrico y de presión (Starr & Taggart 2008).
BIBLIOGRAFÍA
Oto, I. et al . 2003. Enfermería Médico-Quirúrgica. Necesidad de nutrición y eliminación. Editorial Masson S.A. Barcelona, España. 298 p.
Starr, C. & R. Taggart. Taggart. 2004. Biología. Biología. La Unidad y Diversidad de la la vida. T. Aguilar (Trad.). Thomson Editores S.A.de C.V. Distrito Federal, México. 406 4 06 p.
Starr, C. & R. Taggart. 2008. Biología. Biología. La Unidad Unidad y Diversidad Diversidad de la vida. J. Pecina (Trad.). Thomson Editores S.A.de C.V. Santa Fe, México. 917 p.
Primo, E. 1995. Química Orgánica Orgánica Básica y Aplicada. Aplicada. De la Molécula a la Industria. Editorial Reverté S.A. Barcelona, España. 1258 p.
Garritz, A. et al . 2001. Tú y la Química. Editorial Pearson Educación. México. 848 p.
Campbell, M. & S. Farrel. 2004. Bioquímica. Bioquímica. T. Aguilar (Trad.). Thomson Editores S.A.de C.V. Santa Fe, México. 716 p.
