Práctica 11 Permeabilidad de la membrana celular Fenómenos de difusión, ósmosis y presión osmótica
1. Objetivos - Comprobar el proceso de ósmosis en un osmómetro - Comprobar la diálisis - Determinar el efecto de factores ambientales sobre la permeabilidad de la membrana celular. - Observar el efecto de la concentración del medio sobre las células. - Calcular la presión osmótica en células vegetales mediante el método plasmolítico. 2. Introducción
2.1. embranas celulares ! factores "ue afectan la permeabilidad. #oda célula posee un sistema complejo de membranas cu!a función general es el intercambio de materiales entre la célula ! el medio acuoso e$terno o fluido e$tracelular %&'C( ! entre los organelos ! el citoplasma de la célula. )as membranas de los organelos sirven igualmente para separar en*imas ! metabolitos celulares. 'n una célula vegetal se encuentran+ a( 3. Materiales
,.1 ara cada grupo de trabajo+ - lantas de 'lodea. emolac/as frescas0 partidas en blo"ues congelados. ana/oria - icroscopio0 mec/ero0 termómetro0 %( #ubos de ensa!o ,.2. eactivos - 3gua destilada - )ugol - 4olución 3g5O, 6.2 - 4olución 75O, 8 - 4olución de almidón al 269
- 4olución de sacarosa al 269 - e*cla de almidón ! sal al 169 - 4oluciones de sacarosa ! sal+ 6.10 6.20 6.,0 6.: ! 6. - 'sperma o vaselina para sellar. ,.,. Otros - &rascos de vidrio0láminas0 laminillas0 pipetas0 embudos0 papel celofán0 taladra-corc/os0 tapones de corc/o0 tubos de vidrio delgados0 bandas de cauc/o. 4. Procedimiento
:.1. Observación del proceso de ósmosis en un osmómetro vegetal. ealice el montaje del osmómetro ara ello perfore la parte superior de la *ana/oria con a!uda del taladra-corc/os o sacabocado apro$imadamente ; de su longitud -
emueva la parte central /oradada ! llene la cavidad con una solución de sacarosa al 169 -
Colo"ue el corc/o "ue soporta el tubo delgado ! "ue se adapte en forma ajustada al diámetro de su cavidad. #enga cuidado "ue no "ueden escapes ! "ue el lí"uido de la solución asome un poco por el tubo. -
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uede ser necesario impermeabili*ar con esperma.
&ija a/ora la *ana/oria a un soporte universal o colócala en posición vertical dentro de un frasco angosto. -
Deje funcionando el sistema ! realice tres mediciones como mínimo en el tubo cada ,6 minutos. -
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egistre los cambios observados ! e$pli"ue el proceso.
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ealice otro montaje pero utilice una solución de almidón al 269.
:.2. Diálisis 4e reali*ó el montaje+ 'n el interior de un embudo de vidrio0 "ue lleva asegurada una membrana celulósica de celofán0 previamente lavada en agua caliente0 se viertó una me*cla de soluciones de almidón ! sal al 169. 4e evitó los escapes de las soluciones a través de las membranas. -
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)uego se introdujo el embudo en vaso de precipitado con agua destilada.
4e Dejó el sistema en funcionamiento ! a la media /ora se tomaron dos muestras de 2 ml del lí"uido e$terno a la membrana ! transfirieron a tubos de ensa!o para detectar la presencia de almidón ! sal. -
ara la prueba de sal. 4e tiene en consideración0 "ue el reconocimiento "uímico de la sal se reali*a revelando la presencia de iones Cl ⁻. ara ello se le agregó 1ml de 75O,0 se /irvió el contenido del tubo durante dos minutos ! una ve* se enfrío se agregó < gotas de 3g5O , 6.2. =n precipitado blanco es prueba positiva. -
ara la prueba de almidón se agregaron < gotas de lugol0 para ver el cambio en la coloración0 "ue da positivo cuando cuando del color a*ul pasa a violota. -
Determinó las sustancias "ue pasaron al e$terior de la membrana. :.,. 'fecto de los factores ambientales sobre la permeabilidad celular. - Corte varios tro*os de remolac/a %>eta vulgaris( de apro$imadamente de 1 cc0 lávelos en un vaso con agua para remover el pigmento de las células da?adas en el corte. ealice varios lavados /asta "ue deje de salir pigmento ! proceda así+ - ar"ue tres tubos de ensa!o+ 10 2 ! , - 'n el tubo 5o. 1 colocamos cuatro blo"uecitos de remolac/a0 ! adicionamos 2ml de agua destilada /asta cubrirlos ! se calentó controlando la temperatura con un termómetro /asta el momento en "ue comen*ó a salir el pigmento. - 'n el tubo 5o. 2 se colocaron igual cantidad de remolac/a congelada ! se cubrió con 2 ml de agua destilada. 'n el tubo 5o., se dejaron los blo"ues de remolac/a en 2ml de agua destilada al medio ambiente. Después de 16 minutos se registró los cambios observados en cada tubo. %tabla ( :.:. Determinación de la concentración osmótica celular ! cálculo de la presión osmótica mediante el método plasmolítico.
4e Colocaron al lado de una lámpara portaobjetos una gota de solución de sacarosa al 6.1 ! sobre esta una /oja de 'lodea. )uego se cubrió el montaje con una laminilla. 3l lado derec/o de la misma lámina se colocaron una gota de agua de acuario ! otra /oja de 'lodea de tama?o semejante a la utili*ada en el tratamiento anterior. 4e evitó la des/idratación de los montajes mediante la adición de agua cuando fue necesario. 4e observó al microscopio 26 células0 ubicadas en el ápice de la /oja0 se determinó si algunas de ellas presentaban plasmólisis0 adicional al n@mero de células plasmoli*adas se registró el tiempo transcurrido entre el montaje ! la preparación ! la iniciación de la plasmólisis. ara efectos prácticos se considera "ue una solución de determinada concentración produce plasmólisis0 cuando el 69 de las células están plasmoli*adas %des/idratadas(. 4e epitió el procedimiento con las concentraciones restantes de sacarosa %6.20 6., 06.: 06.( ! se intercambiaron los datos registrados asignados a cada grupo. 'n la tabla ,. 4e registró las concentraciones /iposmótica0 /iperosmótica e isoosmótica ! se /alló la concentración osmótica donde el 69 de las células están plasmoli*adas0 una ve* determinada la concentración calculamos la presión osmótica. 5.
esultados y discusión 5.1. Asmosis+ se puede notar como la solución de almidón tiene una ma!or
difusión a través de la membrana %tabla 1 ! gráfica 1(0 en las dos tratamientos el osmómetro absorbió las soluciones0 lo cual se evidencia con una disminución en el volumen0 desde , /asta 2 para la solución de sacarosa 19 de concentración ! de ,0< /asta 102 para la solución de almidón 269 de concentración. 'stos resultados indican "ue la *ana/oria al tener una concentración menor tanto de la sacarosa como almidón /a! movimiento neto de las moléculas desde las respectivas soluciones /acia la *ana/oria #abla 1. Osmométro con dos diferentes soluciones %sacarosa ! almidón( Sacarosa 1% 30 min 60 min 90 min 120 min
Almidón 20%
3 2,5 2,5
3,7 3,3 1
2
1,2
.2. Diálisis. 'n la diálisis /a! una separación entre las moléculas pe"ue?as ! las macromoléculas. )a membrana celulósica de celofán permite el transporte pasivo de moléculas de agua ! moléculas de bajo peso molecular0 en el embudo tenemos la me*cla de sal ! almidón0 después de media /ora se comprobó la transporte de moléculas de sal /acia el vaso de precipitados mediante el reconocimiento "uímico de la presencia de iones Cl- en una muestra de lí"uido tomada en un vaso de precipitados0 a la cual se le agregó 75O , se /irvió ! se le agrego 3g5O, 6.2 ! se obtuvo el precipitado blanco %B( "ue confirma "ue si /ubo transporte de sal. 'l almidón pudo transportado al otro lado de la membrana0 esto se comprobó al dar la prueba de lugol %-( !a "ue no /ubo el cambio de coloración esperado de a*ul-violeta. Con estos resultados se observa "ue la sal por ser una molécula de pe"ue?o tama?o pasa de forma fácil0 mientras "ue el almidón es una molécula grande formada por varias unidades de glucosa unidas por enlaces %1-:( %4tr!er0 >erg0 #!moc*Eo0 266F( ! por su tama?o "ueda retenido en el embudo. .,. 'fectos de los factores ambientales sobre la permeabilidad celular ediante los tro*os de remolac/a colocados en los , tubos de ensa!o observamos lo siguiente+ Tubo 1. remolacha calenada
soló el !i"meno a los 15 minuos, es el de ma#or inensidad, se caleno hasa $$&, se !i"meno a los 15 se"undos
Tubo 2. remolacha con"elada
soló el !i"meno demorandose casi los 10 minuos , la inensidad de coloración es menor 'ue en el ubo 1, em!eraura 0&.
Tubo 3. remolacha ambiene
al i"ual 'ue el ubo dos el !i"meno se demora en solarse, la inensidad es ma#or 'ue la con"elada # menor 'ue la calenada, em!eraura 1$&
)a función de la membrana "ue es afectada con los tratamientos de calentamiento ! congelación es la permeabilidad de la membrana celular0 esto lo podemos notar tanto en la velocidad de pigmentación del agua como la intensidad
del color. 'l proceso físico "ue se presenta cuando se pigmenta el agua por la remolac/a es la difusión pasiva o simple0 !a "ue /a! transporte del pigmento desde una *ona con ma!or concentración del pigmento %tro*o de remolac/a( /acia el agua donde no /a! ninguna concentración de pigmento. De los resultados del osmómetro0 diálisis0 permeabilidad vemos factores de la como la concentración de las soluciones0 la naturale*a de los solutos0 la temperatura0 el tama?o de las moléculas determinan el paso de las sustancias a través de las membranas celulares. .:. lasmólisis
g( 3 partir de cuál concentración de sacarosa ! de sal se observó plasmólisis en las células de 'lodeaG '$pli"ue su respuesta. /( Hue concentración de sacarosa es iso-osmótica con respecto a la concentración celular de la 'lodeaG i( Hue .O. egistro para las células de elodea ! cual concentración utili*o para su determinaciónG m(Hué fuer*a contrarresta la presión osmótica en el interior del osmómetro ! en "ue momento cesa la osmosisG
!.
"onclusiones
#.
"uestionario de consulta
a( Describa con la a!uda de un diagrama de modelo estructural de membrana celular.
Imagen tomada de+ /ttp+JJmembranascelulares.blogspot.comJ2611J6:Jestructura./tml b( '$pli"ue por "ué las /eladas afectan los cultivosG 4e considera la ocurrencia de /eladas cuando la temperatura del aire0 registrada en el abrigo meteorológico %es decir a 106 metros sobre el nivel del suelo(0es de 6KC. 'sta forma de definir el fenómeno fue acordada por los meteorólogos ! climatólogos0 si bien muc/as veces0 la temperatura de la superficie del suelo puede llegar a ser , a :KC menor "ue la registrada en el abrigo meteorológico. Desde el punto de vista de la climatología agrícola0 no se puede considerar /elada a la ocurrencia de una determinada temperatura0 !a "ue e$isten vegetales "ue sufren las consecuencias de las bajas temperaturas sin "ue ésta llegue a cero grados %por ejemplo+ el café0 el cacao ! otros vegetales tropicales(. Como consecuencia de las temperaturas bajas0 en la planta se suceden los siguientes pasos+ 4e produce un debilitamiento de la actividad funcional reduciéndose entre otras cosas las acciones en*imáticas0 la intensidad respiratoria0 la actividad fotosintética ! la velocidad de absorción del agua '$iste un despla*amiento de los e"uilibrios biológicos frenándose la respiración0 fotosíntesis0 transpiración0 absorción de agua ! circulación ascendente. &inalmente se produce la muerte celular ! la destrucción de los tejidos •
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%/ttp+JJLLL.tutiempo.netJsilviaMlaroccaJ#emasJ/eladas./tm ( c( Indi"ue la temperatura crítica de calentamiento de una planta $erofítica ! en una mesofítica. )as plantas $erófitas están especialmente adaptadas a climas secos0 pudiendo llegar a /abitar en lugares en los "ue se dan entre :6 ! 6 KC. or otra parte0 las mesófitas pueden vivir en rangos de temperatura medios. 3un así0 estos términos se utili*an para definir las condiciones de /umedad "ue necesitan las plantas para su desarrollo.
d( Hue se entiende por organismos osmofílicosG De un ejemplo )os organismos osmofílicos deben tener una concentración interna de solutos elevados para poder retener agua. Como por ejemplo0 algunas especies de 3spergillus encontradas en el oído e$terno. e( Indi"ue algunos procesos biológicos en plantas ! animales relacionados con la ósmosis. )a membrana celular semipermeable sin gasto de energía por tanto se /abla de transporte pasivo. )a nutrición0 la circulación0 la respiración0 la e$creción. 'n los vegetales el agua se encuentra a ma!or concentración fuera de ellos "ue en su interior ! las moléculas de agua por ósmosis ingresan a la planta. f( 'scriba tres mecanismos "ue permitan el transporte e intercambio de sustancias a través de la membrana. Difusión facilitada+ es similar a la difusión simple donde las moléculas se mueven en una dirección determinada por las concentraciones relativas dentro ! fuera de la célula. 5o interviene ninguna fuente de energía0 el flujo de las moléculas se da por los gradientes de concentración de las moléculas0 a diferencia de la difusión simple la difusión facilitada las moléculas no se disuelven en la bicapa fosfolipídica. 'n su lugar0 el transporte viene determinado por proteínas "ue permiten el paso de las moléculas sin interactuar con el medio /idrofóbico de la membrana. or lo tanto0 la difusión facilitada permite el paso de las moléculas cargadas ! a las polares como los carbo/idratos atravesar la membrana plasmática. %Cooper 7ausman0 2616( Canales iónicos+ %acuaporinas( son proteínas "ue forman poros abiertos en la membrana0 permitiendo el paso de moléculas de pe"ue?o tama?o ! carga apropiada pasar libremente a través de la bicapa lipídica0 en el caso de las acuaporinas moléculas de agua. 'n las células vegetales las acuaporinas transportan el agua de manera ascendente de las raíces a los tallos ! también regulan la transpiración en las /ojas. %Cooper 7ausman0 2616( 'ndocitosis+ en este proceso la membrana introduce partículas grandes mediante la invaginación0 donde el material "ue va a ser ingerido es rodeado por una porción de la membrana generando una vesicula "ue es transportada /acia el interior de la célula. g( Compare el proceso de transporte activo con la difusión simple. #ransporte activo
Difusión simple
e"uiere de la energía de 3#0 el transporte se da en una dirección energéticamente desfavorable a través de una membrana0 en contra de un
's un mecanismo donde una molécula difunde a través de la membrana sin la intervención de proteínas de membrana0 el transporte está determinado por las
gradiente de concentración0 además para las moléculas "ue van a ser transportadas re"uieren de una proteína transportadora.
concentraciones relativas dentro ! fuera de la célula0 el flujo neto de las moléculas se produce a favor de un gradiente de concentración. Desde un compartimiento con una concentración elevada a otro de menor concentración.
#omado de+ %Cooper 7ausman0 2616(
/( N'n "ué consiste la electrodiálisisG )a electrodiálisis consiste en aplicar una corriente directa a través de un reservorio o corriente de agua0 separado en capas verticales por membranas alternadamente permeables a los cationes ! aniones. )os cationes miran /acia el cátodo ! los aniones /acia el ánodo. Cationes ! aniones entran ambos en una capa de agua dejan la capa ad!acente. 3sí0 las capas de agua enr i"uecidas en sales se alternan con capas de las cuales se /an eliminado o removido las sales. 'l agua en las capas enri"uecidas se recircula /asta cierto grado0 para prevenir la acumulación e$cesiva de salmuera. %4tanle! '. ana/an0 266<( i(
Dé un ejemplo de una aplicación práctica del principio de la diálisis en el campo de la salud.
Cuando los ri?ones están sanos0 limpian la sangre. #ambién producen /ormonas "ue mantienen sus /uesos fuertes ! su sangre sana. Cuando los ri?ones fallan0 es necesario un tratamiento para sustituir el trabajo "ue ellos /acían. 3 menos "ue se realice un trasplante de ri?ón0 necesitará de un tratamiento llamado diálisis. '$isten dos tipos principales de diálisis+ /emodiálisis ! diálisis peritoneal. 3mbos tipos filtran la sangre para eliminar los desec/os peligrosos del cuerpo ! el e$ceso de sal ! agua. )a /emodiálisis se logra con un aparato. )a diálisis peritoneal usa la membrana "ue recubre el abdomen0 llamada membrana peritoneal0 para filtrar la sangre. Cada tipo tiene riesgos ! beneficios. #ambién re"uiere "ue siga una dieta especial. 'l médico puede a!udarlo a decidir el mejor tipo de diálisis para su caso. % NIH: Instituto Nacional de la Diabetes y las Enfermedades Digestivas y Renales (
)iteratura citada &oo!er , (., ) *ausman, +. . 2010. La Célula /uinaa ed.. adrid, s!aa arbn 4ibros, S.4. Sr#er, 4., er", . ., ) T#moc8o, . 4. 200$. Bioquímica. arcelona, s!aa +eere. S.A.
%NIH: Instituto Nacional de la Diabetes y las Enfermedades Digestivas y Renales ( %/ttp+JJLLL.tutiempo.netJsilviaMlaroccaJ#emasJ/eladas./tm (
