FENÓMENOS DE MEMBRANAS: DIFUSIÓN, DIÁLISIS, OSMOSIS Y EQUILIBRIO OSMÓTICO I. -
II. III. -
IV. V.
INTRODUCCIÓN: Todas las moléculas e iones de los líquidos corporales, incluidas las de agua y las sustancias disueltas, están en constante movimiento, cada partícula de forma independiente. El movimiento de estas partículas es lo que los físicos denominan calor cuanto mayor sea el movimiento más alta será la temperatura y el movimiento no cesa nunca bajo ninguna condición excepto a la temperatura cero absoluto. Este movimiento continuo de moléculas entre sí en los líquidos o en los gases se denomina difusión, los iones difunden de la misma manera que las moléculas compactas e incluso las partículas coloidales en suspensión difunden de manera similar excepto que lo hacen con mucha menos rapidez que las sustancias moleculares, debido a su gran tamaño. La diálisis es la separación de pequeñas moléculas (cristaloides) de grandes moléculas (coloides) por medio de la difusión a través de una membrana selectivamente permeable. La sustancia más abundante con diferencia que difunde através de la me mbrana celular esel agua, en ciertascondiciones se puede desarrollar un a diferencia deconcentración para el agua a través de una membrana, al igual que se puede producir diferencias de concentración para otras sustancias. Cuando esto ocurre produce un movimiento neto de agua a través de la membrana celular, lo que hace que la célula se hinche o se contraiga dependiendo de la dirección del movimiento neto del agua causado por la diferencia de concentración de la misma se denomina osmosis. PROBLEMA: ¿Por qué el mecanismo de transporte en membrana debe ser distinto para diversos grupos de soluto o solvente? ¿No es suficiente con un solo mecanismo de transporte para todos? HIPÓTESIS: Los mecanismos de transporte son específicos para cada tipode soluto o solvente que desea traspasar la membrana semipermeable plasmática ya que éstos tienen propiedades (físicas y químicas) y estructuras distintas. Algunos de los solutos no pueden traspasar la membrana por sí solos. OBJETIVOS: Observar los diversos medios de transporte de membrana para cada tipo de soluto. Diferenciar y relacionar con la teoría los tipos de transporte tanto pasivo como activo. Reconocer los cambios cromáticos en los diversos fenómenos de membrana. FUNDAMENTO TEÓRICO:
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MEMBRANA PLASMÁTICA: La membrana delimita el territorio de la célula y controla el contenido químico de la célula. La membrana plasmática representa el límite entre el medio extracelular (MEDIO INTERNO) y el intracelular. Es de gran importancia para los organismos, ya que a su través se transmiten mensajes que permiten a las células realizar numerosas funciones. Es tan fina que no se puede observar con el microscopio óptico, siendo sólo visible con el microscopio electrónico. Las membranas procarióticas, a diferencia de las de eucariotas, carecen de esteroles (con las salvedades de Oxyphotobacteria, ciertas bacterias metilotrofas, y de los Mollicutes). Pero en cambio, en muchas bacterias existe una peculiar clase de compuestos policíclicos, denominados hopanoides (triterpenoides pentacíclico) que parecencondicionar parte de la rigidez de las membranas citoplásmicas. FUNCIONES DE LA MEMBRANA PLASMATICA
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Permeabilidad: se refiere a la posibilidad de transferencia e intercambio de sustancias a través de la membrana, ésta efectúa el control cualitativo y cuantitativo de la entrada y salida de sustancias y es selectiva porque permite solo el pasaje de ciertas sustancias. Barrera selectiva: mantiene la constancia del medio interno (impidiendo la salida de iones, metabolitos ymacromoléculas), pero simultáneamente permi te o promueveactivamente la entrada de nutrientes y la salida de los productos de desecho. Esta función de transporte es la que ocupará la siguiente sección.
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Recepción de la información: las proteínas intrínsecas pueden tener capacidad de captar determinadas sustancias específicas y a partir de ellas transmitir la información celular. Las proteínas intrínsecas con tales cualidades se conocen como receptores. Especializaciones
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Mantenimiento de la identidad celular: -
Fluidez
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Asimetría química y funcional
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Especificidad proteica
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Polarización
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Semipermeabilidad
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Participación en procesos bioenergéticos (obtención de energía) -
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Contiene todos los componentes requeridos para latransducción de en ergía y la producción de ATP, por procesos respiratorios. En el caso de una bacteriaquimiotrofa, Participación en biosíntesis de polímeros de las envueltas.
VI.
MATERIALES Y EQUIPO: -
EXPERIMENTO 1: DIFUSIÓN Placa peri Agua destilada Sulfato de cobre y permanganato de potasio. Cronómetro. Tubos de ensayo Pipetas. Papel absorbente Gradilla Baño María. (Cocina y una olla). Hielo. HCL y NH4OH Matraz de erlenmeyer
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EXPERIMENTO 2: ÓSMOSIS - Dos vasos de precipitación - Un huevo - Agua destilada
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EXPERIMENTO 3: DIÁLISIS - Solución compuesta por albúmina, NaCl, glucosa y almidón - Bolsa de celofán Agua y agua destilada Nitrato de plata - Reactivo de biuret Lugol diluido Reactivo de benedick (fehling)
VII.
DESARROLLO DE LOS EXPERIMENTOS: -
EXPERIMENTO Nº 1a. Difusión de sólido en un líquido: Deposite en el fondo de una placa petri o una cápsula de porcelana, con mucho cuidado, un cristal de permanganato de potasio. Permanganato de potasio
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¿Describa lo que Ud. observa?
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¿Qué esperaría usted encontrar en la experiencia realizada si eleva la temperatura del sistema? Fundamente. Repita la experiencia pero ahora colocando en el fondo de la placa petri un pequeño cristal de sulfato de cobre pentahidratado compare el resultado obtenido con el cristal de permanganato de potasio. Fundamente el resultado. Sulfato de cobre
EXPERIMENTO Nº 1b. Difusión de líquido en líquido Sulfato de cobre Sulfato de cobre Sulfato de cobre Permanganato de potasio Sulfato de cobre - Llene dos tubos de ensayo hasta la mitad con agua destilada cargue una pipeta con solución saturada de sulfato de cobre, séquela por fuera con papel absorbente e introdúzcala lentamente hasta el fondo del tubo de ensayo. Deposite 2 ml de la solución sulfato de cobre en el fondo del tubo de ensayo y retire la pipeta también lentamente. Repita la operación con el otro tubo de ensayo utilizando otra pipeta y la solución de permanganato de potasio. Anote la hora y deje ambos tubos en la gradilla. Observe ambos tubos cada 10 min y anote el tiempo que demora cada solución en colorear el tubo. ¿Cuál de las dos soluciones avanzo más rápido? ¿Cómo explica la observación anterior? Llene tres tubos de ensayo hasta la mitad con aguadestilada cargue una pipeta con solución de sulfato decobre y procesa a depositar en cada tubo de ensayo 2 m de esta solución teniendo las mismas precauciones antes señaladas. Lleve uno de los tubos a baño maría deposite el otro enhielo y mantenga el último a temperatura ambiente. Mida el tiempo que demora cada tubo en colorearse. ¿Describa el resultado obtenido? -
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EXPERIMENTO Nº 1c. Difusión de gas en gas -
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Deposite en un Erlenmeyer 0,5 ml de HCl concentrado y en otro 0,5 ml de NH4OH moje bien las paredes de los recipientes con el líquido depositado en ellos sitúe ambos Erlenmeyer horizontalmente y aplique la boca de uno contrala boca de otro. ¿Describa que observa inmediatamente? ¿Describa que observa a los 5 min? ¿Diga que compuesto químico se ha formado? ¿Explique como esperaba usted que varíe la intensidad de la difusión si en la experiencia se usan a Erlenmeyer e bocas de igual diámetro y cuellos más largos? ¿Explique cual es el fundamento físico de los fenómenos observados en los experimentos? EXPERIMENTO Nº 02 Osmosis
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Coger un huevo por aparte más aguda tratar de levantar con mucho cuidado la cáscara que está cubriendo a la cámara de aires y luego hecho esto colocarlo en un beaker y llenarlo con agua destilada hasta cubrirlo totalmente.
Beaker con el huevo -
Deje pasar por lo menos 30 minutos y luego:
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¿Cómo explica Ud. El fenómeno observado? ¿Explique porque pasa agua a través de la membrana?
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EXPERIMENTO Nº 3 Diálisis -
Deposite en un beaker de 100 ml una solución compuesta por: albúmina, NaCl, glucosa, almidón y luego deposítelo en una bolsa de celofán, cierre su extremo, lávelo por fuera con agua corriente para asegurarse que ésta solución no contamine el medio en que posteriormente va a ser colocado (agua destilada, la que va a bañar completamente a la bolsa de celofán conteniendo la solución antes preparada. Beaker con solución compuesta. Deje pasar aproximadamente 30 minutos y luego realice las siguientes reacciones con la muestra que se encuentra bañando la bolsa de celofán. Preparar 4 tubos de ensayo y luego en cada uno de ellos colocar lo siguiente:
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Tubo 1: 2 ml de la muestra y luego agregue unas gotas de solución de nitrato de plata, para identificar la presencia del ión a la segunda reacción. NaCl + AgNO3---- AgCl + Na NO3 Tubo 02: 2 ml de la muestra y luego añada 2 ml del reactivo de Biuret / hidróxido de sodio + sulfato de cobre, para identificar la presencia de proteínas según la reacción: Biuret + proteínas ------- color violeta. Tubo 03: 2 ml de la muestra y agregue más gotas de lugol diluida para identificar al almidón según la reacción. Lugol + almidón ------ color azul oscuro.
Tubo 04: 2 ml de la muestra y luego añada el reactivo de Benedict (fehling) y caliente en baño maría para identificar glucosa según la reacción. Glucosa + reactivo de Benedict + calor --- precipitado color verde amarillo o rojo ladrillo. - ¿Qué explicación puede dar a las observaciones anteriores? -
VIII.
RESULTADOS:
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EXPERIMENTO Nº 1.A: DIFUSIÒN DE UN SÒLIDO EN UNLÌQUIDO: Después de 1-2 segundos se pudo observar la difusión del permanganato de potasio. - A los 15 minutos se dio la difusión del sulfato de cobre. -
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EXPERIMENTO Nº 1.B: DIFUSIÒN DE LÌQUIDO EL LÌQUIDO: Con sulfato de cobre: - Después de 15 minutos obtuvimos:
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Con permanganato de potasio: Después de 5 segundos obtuvimos:
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EXPERIMENTO Nº1.C: DIFUSIÒN DE GAS EN GAS - Teniendo al ácido clorhídrico y al hidróxido de amonio se formó el cloruro de amonio. El mayor difundido en este caso fue la base (Hidróxido de amonio).
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EXPERIMENTO Nº 2: ÒSMOSIS - Después de 30 minutos observamos que la cantidad de agua en el recipiente disminuyó, por lo tanto hubo ósmosis.
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EXPERIMENTO Nº 3: DIÀLISIS:
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Tubo 01: 2 ml de la muestra y luego agregamos unas gotas de la solución de nitrato de plata, para identificar la presencia del ión Cl. Según la reacción: NaCl + AgNO3→ AgCl + NaNO3
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El resultado es positivo, es decir si hay la presencia de cloro ya que la sustancia se torna de color blanco lechoso.
Tubo 02: 2 ml de la muestra y luego añadimos del reactivo Biuret (hidróxido de sodio + sulfato de cobre), para identificarla presencia de proteínas según la reacción: Biuret + Proteínas → color violeta - La reacción salió negativa, por que el color de la muestra fue azul y no violeta muestra. Por lo tanto no hubo presencia de proteínas.
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EXPERIMENTO Nº1.C: DIFUSIÒN DE GAS EN GAS -
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Teniendo al ácido clorhídrico y al hidróxido de amonio se formó el cloruro de amonio. El mayor difundido en este caso fue la base (Hidróxido de amonio). EXPERIMENTO Nº 2: ÒSMOSIS
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Después de 30 minutos observamos que la cantidad de agua en el recipiente disminuyó, por lo tanto hubo ósmosis.
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EXPERIMENTO Nº 3: DIÀLISIS:
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Tubo 01: -
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2 ml de la muestra y luego agregamos unas gotas de la solución de nitrato de plata, para identificar la presencia del ión Cl. Según la reacción: NaCl +AgNO3→ AgCl + NaNO3 El resultado es positivo, es decir si hay la presencia de cloro ya que la sustancia se torna de color blanco lechoso.
Tubo 02: 2 ml de la muestra y luego añadimos del reactivo Biuret (hidróxido de sodio + sulfato de cobre), para identificarla presencia de proteínas según la reacción: Biuret + Proteínas → color violeta - La reacción salió negativa, por que el color de la muestra fue azul y no violeta muestra. Por lo tanto no hubo presencia de proteínas. -
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Tubo 03:
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2 ml. De la muestra y agregamos unas gotas de Lugol diluido para identificar el Almidón la reacción: Lugol + Almidón → color azul oscuro La reacción salió negativa ya que el color de la muestra se tornó de color amarillo lo cual demuestra que no hubo almidón en la muestra.
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Tubo 04: 2 ml de la muestra y luego añadimos el reactivo de Benedict (Fehling) y lo calentamos en baño María para identificar glucosa según la reacción: Glucosa + Reactivo Benedict + calor → precipitado + color verde amarillo o rojo ladrillo - La reacción salió positiva ya que la muestra se tornó de color rojo ladrillo, con lo cual se comprobó que si había la presencia de glucosa. IX. ANÁLISIS DE RESULTADOS: EXPERIMENTO Nº 1.A: DIFUSIÓN DE UN SÓLIDO EN UN LÍQUIDO: - Vemos que la difusión ocurre más rápido en la placa petri donde estaba el permanganato de potasio, su difusión es casi instantánea. Una de las razones de este fenómeno se debe a que el sulfato de cobre tiene ligeramente mayor su peso molecular: 159 umas; mientras que el permanganato de potasio tiene158 umas. Si vamos a su aspecto molecular, podremos observar que: Nos daremos cuenta que el permanganato de potasio tiene mayor afinidad por el agua ya que presenta mayor pares libres en sus oxígenos y enlaces dobles haciendo de este compuesto más soluble. No es necesario estudiar toda la molécula para saber su tipo de solubilidad sólo basta dar un vistazo a sus elementos metales y ver su peso molecular. En este caso ver el comportamiento de K y Cu. En caso de elevar la temperatura del sistema la difusión se realizaría más rápido debido que a mayor temperatura mayor alteración de moléculas y por lo tanto ésta se hace más fácil. -
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EXPERIMENTO Nº 1.B: DIFUSIÒN DE LÌQUIDO EL LÌQUIDO: -
El tubo de ensayo que contenía el permanganato de potasio se difunde más rápido dado a que tiene menor peso molecular ;esto se puede comprobar en la parte a.1 donde ocurre lo mismo pero en otro medio. Acá podemos observar que de los tres tubos utilizados en esta parte del experimento el que se encontraba en el baño maríase difunde más rápido, seguido del que se encontraba atempera tura ambiente y finalmente el que se encontraba en el hielo, pudiéndose comprobar así que a mayor temperaturase hace más fácil la difusión por la alteración demoléculas .Dado que las moléculas de cualquier sustancia se encuentran en movimiento cuando su temperatura está por encima de ceroabsoluto (0 grados Kelvin o -273 grados C ) , existe una disponibilidad de energía para que las mismas se muevan desde un estado de potencial alto a uno de potencial bajo. La mayoría de las moléculas se mueven desde una concentración alta a una baja, es decir el movimiento neto es desde altas concentraciones a bajas concentraciones. Eventualmente, si no se
agrega energía al sistema las moléculas llegan a un estado de equilibrio en el cual se encuentran distribuidas homogéneamente en el sistema. -
EXPERIMENTO Nº1.C: DIFUSIÒN DE GAS EN GAS Observamos que ocurre una reacción química que va a dar como resultado un nuevo compuesto (NH4Cl+H20) observándosela difusión. Se observa que el comienza difundirse Hidróxido de Amonio hacia el Ácido Clorhídrico a una velocidad determinada, se unen para formar una sal y liberar agua. Se difunde más rápido la base ya que tiene menor peso molecular (35umas), siendo el peso del ácido 36 umas. - Sumando los dos compuestos HCl+ NH4OH = NH4Cl+H20. - Explique cómo espera Ud. que varíe la intensidad de la difusión si en la experiencia se usara Erlenmeyer de bocas de igual diámetro y cuellos más largos. - La distancia a la que difunden las moléculas de un determinado fluido en otro, es directamente proporcional a la velocidad de difusión y al tiempo de la misma. Esto quiere decir que la difusión se haría más lenta y en más tiempo. -
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EXPERIMENTO Nº 2: ÒSMOSIS Vemos que el agua ha difundido a través de la membrana de la clara de huevo, esto sucede gracias a la presión osmótica - ¿Cómo explica Ud. el fenómeno observado? - Normalmente, la cantidad que difunde en ambas direcciones está tan equilibrada que se produce un movimiento neto de agua nulo. Por lo tanto el volumen de la célula permanece constante. Sin embargo, en ciertas condiciones, se puede desarrollar una diferencia de concentraciones para el agua, a través de la membrana, al que igual que se pueden producir diferencias de concentraciones para otras sustancias. Cuando esto ocurre, se produce un movimiento neto de agua a través de la membrana celular, lo que hace que la célula se hinche o se contraiga. - Explique ¿Porqué pasa agua a través de la membrana? - El agua es una molécula demasiado pequeña, por ello puede atravesar la membrana sin ninguna dificultad. -
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X. -
EXPERIMENTO Nº 3: DIÀLISIS - La membrana celular actúa como barrera semipermeable impidiendo la entrada de la mayor parte de las moléculas, dejando pasar selectivamente a otras. En la práctica se pudo comprobar que las proteínas no dializan. DISCUSIÓN Después de haber realizado los diferentes experimentos se observó que la membrana es permeable a algunas sustancias por lo que se encontró la presencia de ellas en las diferentes reacciones y a su vez se vio que a menos peso molecular hay una difusión más rápida y que en ella también interviene la temperatura porque a más temperatura hay
una difusión más rápida mientras que ha temperaturas bajo cero no se da la difusión es nula. XI. -
CONCLUSIONES En la difusión muestra que cuanto tenga menos peso molecular va a haber una difusión más rápida. En la osmosis se ve la permeabilidad de la membrana por lo que el agua pasa a través de la membrana del huevo. En la diálisis se ve que las moléculas pasan a través de la membrana lipídica mientras que para otros no.
