Laboratorio N˚3 Membrana Celular y Transporte Celular Escuela de Química Integrantes: Rosa Cerezo 4-777-1402 Walter Pérez 4- 774-134 Hanna Quintero 4-800-358 Paola Tejada 4-769-2333 Introducción: La célula intercambia materiales a través de su membrana, es decir, a pesar de que hay una barrera (membrana) que separa al sistema (célula), esa barrera no es impermeable, al contrario a través de la membrana se transportan diferentes materiales hacia adentro y hacia afuera de la célula. La célula es siempre un sistema abierto que interactúa con su entorno, intercambiando con este último, materiales para su mantenimiento y reproducción, a través de un mecanismo conocido como ósmosis. (Anónimo) El transporte celular es un mecanismo mediante el cual entran sustancias que la célula necesita y salen de ella las sustancias de desecho y también productos útiles. Existen dos tipos de transporte: pasivo y activo (Gómez, 2007) Las membranas celulares son barreras selectivas que separan las células y forman compartimientos intracelulares. Entre sus funciones están: • Regular el transporte de moléculas que entran o salen de la célula o del organelo. • Generar señales para modificar el metabolismo. • Adherir células para formar tejidos. La membrana celular está formada por una capa doble de fosfolípidos, proteínas, colesterol y carbohidratos. Cada fosfolípido está compuesto por glicerol, ácidos grasos y fosfato, que en conjunto crean una barrera hidrofóbica entre los compartimientos acuosos de la célula. Las proteínas permiten el paso de moléculas hidrofílicas a través de la membrana. Las proteínas periféricas están asociadas con las superficies, mientras que las integrales están incrustadas en la membrana y pueden atravesar completamente la capa doble. La función de los carbohidratos adheridos a las proteínas (glucoproteínas) o a los fosfolípidos (glucolípidos) es la de adhesión y comunicación intercelular. En esta experiencia describiremos los componentes de las membrana biológicas, identificaremos los factores que afectan la integridad de la membrana, explicaremos la importancia de la osmosis y la difusión, también qué factores afectan la velocidad de difusión y por ultimo explicaremos que son soluciones hipotónicos, hipertónicas e isotónicas.
Materiales y Reactivos: Nombre Dibujo Remolacha
Zanahoria
3 Huevos Crudos
Descripción o Toxicidad Es una planta de la familia Chenopodioideae, de la cual las hojas y la raíz son comestibles. Es una hortaliza que pertenece a la familia de las umbelíferas. El tallo floral crece alrededor de 10 cm con una umbela de flores blancas en el ápice. La raíz comestible suele ser de color naranja, blanca o en una combinación de rojo y blanco. Se presentan protegidos por una cáscara y son ricos en proteínas (principalmente albúm ina, que es la clara o parte blanca del huevo) y lípidos.
Bolsas de Celofán
Se utiliza principalmente como envoltorio, para envolver y adornar regalos y ramos florales y salchichas entre otras cosas.
Tubos de ensayo
Se utiliza mayormente como recipiente de líquidos y sólidos, con los cuales se realiza mezclas o se les somete a variaciones de temperatura u otras pruebas. Es la harina de maíz, fécula o almidón.
Maicena
Papa Cruda
Es el tubérculo subterráneo de una planta herbácea, que se emplea para obtener almidón, harina, alcoholes, jarabes, dextrinas y otros productos menores
Azúcar de mesa
Es un disacárido formado por una molécula de glucosa y una de fructosa, que se obtiene principalmente de la caña de azúcar o de la remolacha.
Hojas de Roheo sp.
Es una especie de planta herbácea perteneciente a la familia de las comelináceas, con hojas verdes en su cara adaxial y púrpuras en el envés, y flores pequeñas, blancas y agrupadas en inflorescencias sostenidas por brácteas en forma de bolsa. La planta es venenosa.
Gelatina
Es una mezcla coloide, incolora, translúcida, quebradiza e insípida, que se obtiene a partir del colágeno procedente del tejido conectivo de animales(pezuñas de animal) hervidos con agua Si una persona se expone a la acetona, ésta pasa a la sangre y es transportada a todos los órganos en el cuerpo. Tragar niveles muy altos de acetona puede producir pérdida del conocimiento y daño a la mucosa bucal. El contacto con la piel puede causar irritación y daño a la piel. Es una herramienta que forma parte del material de laboratorio y es utilizada para sostener y almacenar gran cantidad de tubos de ensayo o tubos eppendorf, de todos los diámetros y formas. Es un pequeño aparato de sobremesa, portátil y autónomo, que posee uno o más elementos de calefacción eléctrica, y que se emplea para calentar recipientes con líquidos,1 de forma controlada. Es una hebra larga, muy larga y delgada de un material textil, especialmente la que se usa para coser.
Acetona CH3(CO)CH3
Gradillas
Plancha Caliente
Hilo de Coser
Soporte Universal
Vasos químicos
Hielo
Sal de Cocina
Cristales de Sulfato de Cobre (CuSO4·5H2O)
Eosina o cualquier colorantes
Permanganato o dicromato de potasio. Rojo Neutro
es una pieza del equipamiento de laboratorio donde se sujetan las pinzas de laboratorio, mediante dobles nueces. Sirve para sujetar tubos de ensayo, buretas, embudos. Es un recipiente cilíndrico de vidrio fino que se utiliza muy comúnmente en el laboratorio, sobre todo, para preparar o calentar sustancias y traspasar líquidos. Es uno de los tres estados naturales del agua. La forma más fácil de reconocerlo es por su temperatura, y por su color blanco níveo; además es muy frío al tacto. Conocida como sal corresponde a la sal denominada cloruro sódico. Peligroso en grandes cantidades; su uso a largo plazo en cantidades normales puede traer problemas en los riñones. Es un compuesto químico derivado del cobre que forma cristales azules, solubles en agua y metanol y ligeramente solubles en alcohol y glicerina. Es un colorante ácido, por lo cual se denomina basófilo en forma de polvo rojo cristalino, de uso ampliamente extendido en el ámbito industrial es un oxidante muy fuerte, que mezclado con glicerina pura provocará una reacción fuertemente exotérmica Es un colorante que se une a las regiones basófilas del tejido nervioso.
Resultados: A. SOLUCIONES Y COLOIDES A.1 Soluciones Reactivo Cu2SO4
solución 3 ml H2O
resultado Hubo solubilidad por tanto se formó una disolución
A.2 Coloides En 2 tubos de ensayo coloque una pequeña cantidad de gelatina granulada y agite Se disolvió como lo hizo el Cu2SO4 al agitar NO y en contenido es más turbio Uno de los tubos con gelatina colóquelo en el baño maría. Se formaron burbujas y se tornó un poco espeso pero el mismo color. El fenómeno de Tyndall El efecto Tyndall es el fenómeno físico que hace que las partículas coloidales en una disolución o un gas sean visibles al dispersar la luz. Por el contrario, en las disoluciones verdaderas y los gases sin partículas en suspensión son transparentes, pues prácticamente no dispersan la luz. Se colocaron ambos tubos por separado en un rayo de luz proveniente de una lámpara. R. En una es difuso y en el otro si se aprecia bien B. B.1 Tipos de soluciones Soluciones de Dicromato o permanganato ¿En qué solución hay de potasio a las concentraciones siguientes: mayor concentración de soluto? ¿Cuál solución tiene la menor concentración de soluto? Solución 0.1% (1g de soluto y se completa En esta solución hay mayor concentración de hasta 1000 ml de agua. soluto. Solución 0.01% (0.1g de soluto y se completa hasta 1000 ml de agua. Solución 0.001% (0.01g de soluto y se completa hasta 1000 ml de agua.
Solución 0.0001% (0.001g de soluto y se En esta solución hay completa hasta 1000 ml de agua. menor concentración de soluto. B.2 Efecto de la concentración en células vivas Caso N˚1 Gota de agua
Caso N˚2 Solución saturada de cloruro de sodio
Observaciones: se veía turgente. La vacuola se observaba grande, tomo todo el espacio. Solución hipotónica.
La vacuola se contrae disminuye el volumen. La célula pierde agua. Solución hipertónica.
C.1 Efecto de la temperatura Tubo Condición 1 2 3
5ml de agua + 2 cubos de remolacha. Temperatura ambiente 5ml de agua + 2 cubos de remolacha. En baño maría 5ml de agua + 2 cubos de remolacha. En baño de hielo.
Intensidad de coloración 3 5. Mayor coloración. 2
¿En qué tubo hay más intensidad de color? R: el tubo que se colocó en baño maría hay más intensidad de color. A qué se debe esto? La temperatura afecta la fluidez de la membrana. Se desnaturaliza. Se reduce. ¿Cómo afecta la temperatura altas a las membranas? La membrana se cristaliza, Se desnaturaliza y pierde sus funciones. ¿Qué sucede a las células cuando se encuentran a temperaturas bajas? El tejido se cristaliza, se muere. Sucede una cianosis.
c.2 Efecto de solventes
tubo 1 2 3 5 6 7 8
condición Remolacha +agua de grifo Remolacha +alcohol Remolacha +acetona Aceite +alcohol Aceite +acetona Clara de huevo +alcohol Clara de huevo +acetona
Intensidad coloración(1-5)
de
1 4 4 3 4 4 3
¿Cómo afecta la acetona, el alcohol a la membrana celular? R= El alcohol como sustancia extraña en el organismo, causa intoxicaciones en la célula, debido a que la membrana celular es permeable a este, esparciéndose en casi todos los tejidos del cuerpo, produciendo una destrucción no selectiva de tejidos, por precipitaciones de las proteínas de la membrana celular y extracciones de compuestos lipídicos. Además, el alcohol, provoca la aceleración de sustancias que almacenan el azúcar del hígado, creando su eliminación de forma más rápida, lo que causa el deterioro de algunos órganos. Los efectos del alcohol son una consecuencia directa de acción sobre la membrana celular y sobre sustancia química que transmite información de una célula nerviosa a otra. El alcohol puede modificar la estructura física de la membrana y su estructura química, afectando al funcionamiento de enzimas, receptores y contenido de calcio de la membrana. El alcohol lesiona la célula por aceleraciones de algunos
funcionamientos y por la privación en los organismos de su composición en agua. ¿Que indican los resultados sobre los componentes de membrana citoplasmática? R= Temperatura del solvente y concentración de soluto. D. Transporte celular: difusión y ósmosis D.1 Difusión en agua En dos tubos de ensayo coloque lo siguiente: *Tubo 1: 5ml de agua a temperatura ambiente *Tubo 2: 5m de agua fría Deje reposar por 10-15 minutos , luego añada una gota de rojo neutro. Tubo con agua a temperatura ambiente El colorante comienza a dispersarse justo en el momento que cae en el agua, rápidamente tiñe gran parte del agua.
Tubo con agua fría El rojo neutro, al momento de tocar el agua, comienza a dispersarse pero de una manera muy lenta. Toma casi el doble del tiempo en difundirse en el agua fría y, aún así, al final su difusión es menor que en el tubo con agua a temperatura ambiente.
¿Afecta la temperatura la dispersión del colorante? Sí. Explique su observación. La dispersión del colorante en el agua a temperatura ambiente es más rápida debido a que una mayor temperatura implica mayor energía cinética, las partículas pueden moverse más rápido y con mayor facilidad y esto facilita una difusión más rápida. Coloración inicial del agua Coloración final del agua ¿Qué fenómeno ocurrió? Explique
Mencione los factores que pueden afectar este proceso
Transparente Rosado intenso Ocurrió una difusión del colorante. La difusión es un proceso físico irreversible, en el que partículas materiales se introducen en un medio que inicialmente estaba ausente, aumentando la entropía (Desorden molecular) del sistema conjunto formado por las partículas difundidas o soluto y el medio donde se difunden o disuelven. Los factores que más afectan en este proceso son el tamaño de las partículas del soluto y la temperatura.
D.2 Difusión a través de una membrana selectivamente permeable En dos tubos de celofán coloque una solución de sacarosa al 25% hasta tres cuartos de estos, cierre muy bien con hilo y luego colóquelo en un vaso químico con agua y el otro en uno con solución sobresaturada de sacarosa. Tubo de celofán en agua Parte del agua que se encontraba en el vaso químico se infiltró en el tubo de celofán, haciendo que al final de la experiencia el tubo de celofán se viera más relleno que al inicio.
Tubo de celofán en solución sobresaturada de sacarosa Parte de la solución de sacarosa al 25% que se encontraba en el tubo de celofán paso al vaso químico haciendo que al final de la experiencia el tubo de celofán se viera más delgado que al inicio.
D.3 Ósmosis en células vivas D.3.1 Células animales Huevo en vaso químico con agua Luego de transcurrido el tiempo de esta experiencia (Hora y media) se observó que en la parte donde se le quito la cáscara al huevo sobresalía la membrana, es decir, se había hinchado y la profesora nos informó que si se dejaba más tiempo la membrana podía llegar a romperse al hacer contacto con la cáscara. D.3.2 Células vegetales a) Saque el tejido central de una zanahoria con mucho cuidado, luego llene el hueco que hizo sacarosa granulada. Coloque la zanahoria en un vaso químico y deje reposar por una hora y media. Zanahoria con sacarosa. La sacarosa que fue previamente introducida en la zanahoria se transformó en una solución. Esta solución fue formada por un líquido que la zanahoria segregó por la presencia de la sacarosa. b) Pele una papa y córtela en cubos más o menos iguales. Introduzca la mitad de ellos en un vaso químico con agua de la pluma y la
otra mitad en un vaso químico con una solución saturada de cloruro de sodio. Compare la consistencia de los cubos que estaban en agua y de los que estaban en solución saturada de NaCl Cubos en agua La papa se volvió más dura
Cubos en NaCl Adquiere una consistencia gomosa
¿En cuál solución ocurrió plasmólisis? En la solución con NaCl. Explique porqué ocurrió plasmólisis Porque las condiciones del medio extracelular eran hipertónicas. Discusión: Parte A Cuando la luz atraviesa la gelatina, su sombra es del mismo color. Las disoluciones verdaderas son claras y transparentes y no es posible distinguir ni macroscópica ni microscópicamente sus partículas disueltas de la fase dispersante. En cambio, las dispersiones presentan un aspecto turbio que se debe a la facilidad con que se visualizan las partículas suspendidas en el medio líquido. En las soluciones coloidales pasa exactamente lo mismo; sus micelas gozan de la propiedad de reflejar y refractar la luz, y además la luz dispersada está polarizada. De este modo, el trayecto que sigue el rayo luminoso en una disolución coloidal es visualizado gracias a las partículas coloidales, convertidas en centros emisores de luz. En los coloides, las partículas que los forman son mucho mayores que el tamaño de los átomos o de las moléculas, pero demasiado pequeñas para ser visibles. Su tamaño está comprendido entre 10-7 cm y 10-3 cm y existen débiles fuerzas de unión entre ellas. Parte B Las células en general pierden o ganan agua por ósmosis, un proceso que busca equilibrar los fluidos y las sales contenidas en la célula y en su entorno. En términos generales, si la célula se encuentra en un medio saturado de sales, la célula pierde agua para equilibrar. Si la célula se encuentra en un medio con menos sales que el interior de la célula, ésta absorbe agua. Cuando las células están en una solución isotónica, el movimiento de agua hacia afuera está balanceado con el movimiento de agua hacia adentro. Células en soluciones hipotónicas
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. Células en soluciones hipertónicas Si las concentraciones de solutos disueltos son mayores 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. Parte C Los cambios en el ambiente de la célula, tales como cambios de temperatura, pueden afectar la estructura celular y sus funciones. Con alta temperatura la membrana se permeabiliza y se deshidrata perdiendo iones con sigo llevándose moléculas de agua y si la temperatura es baja pues la membrana se impermeabiliza secuestrando iones con moléculas de agua. En nuestros resultados se puedo se observó que los tubos que contenían los cubos de remolacha y se le agregaron alcohol o acetona la coloración era más intensa a la que solo tenía agua ¿a qué se debe esto?, una explicación breve de estos resultados es que los pigmentos clorofílicos son insolubles en el solvente universal agua. Pero si son solubles en solventes orgánicos en este caso el alcohol y la acetona. En los otros tubos también se observó que la intensidad era mayor en los que contenían estos solventes orgánicos. Parte D Las moléculas en solución están dotadas de energía cinética y, por tanto, tienen movimientos que se realizan al azar. La difusión consiste en la mezcla de estas moléculas debido a su energía cinética cuando existe un gradiente de concentración; es decir; cuando en una parte de la solución la concentración de las moléculas es más elevada. Podemos ver que la difusión es afectada por diversos factores. Temperatura: La temperatura afecta la difusión de manera tal que a mayor temperatura la difusión es más rápida. Esto se debe a que a
mayor temperatura la energía cinética de las partículas es mayor por lo tanto se difundirán más rápidamente. Este implica que mientras más baja sea la temperatura, la difusión será más lenta. Tamaño de las partículas del soluto: Esto también afecta la difusión ya que partículas de mayor tamaño van a demorar más en moverse en el agua por lo tanto la difusión es más rápida en partículas de menor tamaño. Algunas sustancias como el agua, el oxígeno, dióxido de carbono, esteroides, vitaminas liposolubles, urea, glicerina, alcoholes de pequeño peso molecular atraviesan la membrana celular por difusión, disolviéndose en la capa de fosfolípidos. (Mathews, C. K) La difusión se dará de una solución de mayor concentración a una de menor concentración, en el experimento con los tubos de celofán observamos esto, el que se puso en agua la absorbió y el que se puso en la solución de sacarosa saturada perdió agua, sufrió una crenación, debido a que los medios llegan a un equilibrio en el cual ambos sistemas tienen la misma concentración. La ósmosis es un fenómeno físico relacionado con el movimiento de un solvente a través de una membrana semipermeable. La membrana de huevo se hinchó, gano agua gracias a este fenómeno. Al sumergir unos cubos de papa en agua y otros en agua saturada de sal también vimos este fenómeno. La papa contiene mucha agua y al entrar en un medio concentrado en sal, ésta liberara su agua hasta encontrar un equilibrio. A su vez, si entra en un medio donde solo hay agua, la absorberá y quedara con una consistencia dura.
Conclusiones 1. Podemos concluir que esta parte experimental dependió del solvente que utilizamos, como vimos la sustancias orgánicas alcohol y acetona que le agregamos fue más la intensa en coloración en comparación a la que tenían aceite o agua. 2. La osmosis es un proceso el cual vela o bien dicho nos quiere enseñar que es un método el cual produce un equilibrio mediante sus medios internos y externos que en ello transporta células de agua mediante una membrana celular. 3. La ósmosis es un tipo de transporte pasivo donde la membrana semipermeable permite la entrada y salida del agua y de sales que se encuentran en disolución.
4. El fenómeno de la pérdida de agua en una célula Vegetal es llamado plasmólisis y en la célula animal crenación. Referencias Bibliográficas: Introducción: Fecha de consulta: 15 de septiembre de 2013 Tema: La célula es un sistema abierto Dirección: http://autorneto.com/referencia/ciencia/la-celula-introduccion/ Fecha de consulta: 15 de septiembre de 2013 Tema: La célula es un sistema abierto Dirección: http://benitobios.blogspot.com/2007/10/funciones-de-lamembrana.html Discusión: Fecha de consulta: 15 de septiembre de 2013 Tema: Células en soluciones isotónicas Dirección: http://www.maph49.galeon.com/memb1/isotonic.html#animate Fecha de consulta: 15 de septiembre de 2013 Tema: Transporte celular: Osmosis Dirección: http://cuadernobiologia-diana.blogspot.com/2011/12/efectode-la-osmosis-en-la-papa.html
Anexos: Cuestionario 1. Mencione los principios de osmosis La ósmosis es un fenómeno físico relacionado con el movimiento de un solvente a través de una membrana semipermeable. Tal comportamiento supone una difusión simple a través de la membrana, sin "gasto de energía". La ósmosis del agua es un fenómeno biológico importante para el metabolismo celular de los seres vivos. La membrana semipermeable es la que contiene poros o agujeros, al igual que cualquier filtro, de tamaño molecular. El tamaño de los poros
es tan minúsculo que deja pasar las moléculas pequeñas pero no las grandes, normalmente del tamaño de micras. Por ejemplo, deja pasar las moléculas de agua, que son pequeñas, pero no las de azúcar, que son más grandes. Si una membrana como la descrita separa un líquido en dos particiones, una de agua pura y otra de agua con azúcar, suceden varias cosas, empleando conceptos de potencial electroquímico y difusión simple, entendiendo que este último fenómeno implica no sólo el movimiento al azar de las partículas hasta lograr la homogénea distribución de las mismas y esto ocurre cuando las partículas que vienen se equiparan con las que aleatoriamente van, sino el equilibrio de los potenciales químicos de ambas particiones. Los potenciales químicos de los componentes de una solución son menores que la suma del potencial de dichos componentes cuando no están ligados en la solución. Este desequilibrio, que está en relación directa con la osmolaridad de la solución, genera un flujo de partículas solventes hacia la zona de menor potencial que se expresa como presión osmótica mensurable en términos de presión atmosférica, por ejemplo: "existe una presión osmótica de 50 atmósferas entre agua desalinizada y agua de mar". El solvente fluirá hacia el soluto hasta equilibrar dicho potencial o hasta que la presión hidrostática equilibre la presión osmótica. 2. ¿En qué consiste el modelo de mosaico fluido? El modelo fluido consiste en: En la membrana plasmática, los lípidos se disponen formando una bicapa de fosfolípidos, situados con sus cabezas hidrofilicas hacia el medio externo o hacia el citosol, y sus colas hidrofobicas dispuestas en empalizada. Las proteínas se intercalan en esa bicapa de lípidos dependiendo de las interacciones con las regiones de la zona lipídica. Existen tres tipos de proteínas según su disposición en la bicapa: Proteínas integrales o intrínsecas: Embebidas en la bicapa lipídica, atraviesan la membrana una o varias veces, asomando por una o las dos caras (proteínas transmembrana); o bien mediante enlaces covalentes con un lípido o a un glúcido de la membrana. El aislamiento de ella requiere la ruptura de la bicapa. Glucoproteínas: Se encuentran atravesando toda la capa de la membrana celular, su nombre es debido a que contiene glúcidos. Proteínas periféricas o extrínsecas: A un lado u otro de la bicapa lipídica, pueden estar unidas débilmente por enlaces no covalentes. Fácilmente separables de la bicapa mediante soluciones salinas, sin provocar su ruptura. Aparecen en la membrana interna y carecen de proteínas transmembranas.
3. ¿Qué importancia tiene para la vida el proceso de difusión y ósmosis? La difusión es importante ya que es un proceso que permite un equilibrio homeostático del organismo. Es decir el equilibrio de todas las sustancias como la glucosa o la temperatura. También es importante en especial en la comunicación entre neuronas y en el proceso de potencial de acción y potencial de reposo de un axón. La difusión es de vital importancia para el transporte de moléculas pequeñas a través de las membranas celulares. Es el único mecanismo por el cual el oxígeno ingresa a las células que lo utilizan como aceptor final de electrones en la cadena respiratoria y uno de los principales mecanismos de regulación osmótica en las células. La osmosis es un proceso necesario para la vida porque, este mecanismo controla las proporciones de agua corporales con respecto a los solutos encontrados en el medio externo, ya sea a nivel total (organismo completo) o a nivel celular. El proceso de ósmosis es muy importante en una amplia variedad de funciones del cuerpo. Por ejemplo, en los seres humanos, el tracto digestivo segrega varios litros de fluidos al día, los cuales son reabsorbidos por el intestino grueso “y si no tendrás diarrea” en cuyo caso deberás enfrentar el prospecto de una deshidratación rápida. Las plantas usan la ósmosis en formas diferentes, a diferencia de las células animales, las células de las plantas son hipertónicas con respecto a sus fluidos internos. Como resultado existe la tendencia a que el agua de los fluidos ingrese a las células, causando la aparición de una presión constante contra la pared celular vegetal denominada presión de turgencia.
