PERMEABILIDAD DE LAS MEMBRANAS CELULARES. Temas de estudio. Estructura y funciones de la membrana celular. Concepto de permeabilidad celular. Distribución de los solutos en ambos lados de la membrana. Mecanismos de transporte a través de la membrana celular. Mecanismos Mecanismos pasivos y mecanismos activos. Características de la difusión. Ley de Fick. Concepto de ósmosis y de presión osmótica. Propiedades coliativas de las soluciones. !Cómo se calcula la presión osmótica de una solución" #elación entre la presión osmótica y la osmolaridad de una solución. !Cu$l es la osmolaridad de los lí%uidos corporales en el &umano" !'ué es el coeficiente de partición" !Cu$l es la diferencia entre una solución isoosmótica y una isotónica"
INTRODUCCIÓN. Las membranas biolóicas( %ue constituyen la superficie de todas las células animales( reali)an funciones de ran importancia para la interidad y actividades de la célula y los te*idos. Por e*emplo( el intercambio entre las células y su entorno tiene luar mediante una serie de procesos diferentes %ue( en con*unto( se denominan permeabilidad celular. En este fenómeno intervienen dos tipos de factores+ ,- Celulares( Celulares( %ue est$n est$n dados dados por la estructura estructura y composició composición n de la membrana celular celular(( la cual muestra muestra una permeabilidad selectiva para diferentes sustancias éstas pueden atravesar la membrana celular por diversos mecanismos /difusión pasiva( facilitada por transportadores( mediante transporte activo( a través de canales-. 0 su ve)( la selectividad en la permeabilidad no es uniforme( sino %ue presenta vari variac acio ione ness inte intere resp spec ecíf ífic icas as y( dent dentro ro de una una mism mismaa espe especi cie( e( entr entree los los mism mismos os te*i te*ido dos s la permeabilidad también puede puede modificarse en distintas distintas situaciones fisiolóicas. 1- Las fuer)as( fuer)as( ya sean físicas físicas o %uímicas( %uímicas( %ue llevan llevan a las sustancias sustancias a atravesar atravesar la membrana celular celular /radientes de concentración( de cara eléctrica( osmótico-. Esta pr$ctica trata de la permeabilidad celular con relación a los fenómenos de difusión y ósmosis. 2e debe tener presente %ue mientras las células de las plantas y las bacterias poseen paredes ríidas secretadas por la membrana celular y con las %ue limitan el aumento del volumen celular( las células animales carecen de este tipo de pared y( por lo tanto( no pueden soportar randes tensiones en su membrana debidas a un aumento en el volumen celular. En la pr$ctica se traba*ar$ con lóbulos ro*os de la sanre /también /también conocidos conocidos como eritrocitos eritrocitos o &ematíes&ematíes-(( este material biolóico biolóico &a sido muy utili)ado utili)ado en estud estudios ios de perme permeabi abilid lidad. ad. Los lóbu lóbulos los ro*os ro*os tienen tienen una osmola osmolarid ridad ad cercan cercanaa a 344 m5sm m5sm %ue %ue corresponde a la osmolaridad de los lí%uidos corporales y es e%uivalente a la de una solución de 6aCl al 4.78 /4.,9M-( cuando los eritrocitos se encuentran en una solución salina con la misma osmolaridad no variar$n de tama:o pero si los eritrocitos son colocados en una solución m$s diluida /&ipotónica-( el aua entrar$ en la célula debido a la mayor osmolaridad del citoplasma con respecto a la solución e;terna( produciendo un aumento del volumen celular %ue puede llear a enerar la rotura de la membrana del lóbulo ro*o /proceso conocido como &emólisis-( liber$ndose su contenido en el medio. En el caso contra contrario rio(( cuando cuando la célula célula se coloc colocaa en una soluci solución ón m$s concen concentra trada da %ue su interi interior or /soluc /solución ión &ipertónica-( se produce una salida de aua lo %ue produce una disminución en el volumen celular /crenación-. La ra)ón por la cual los eritrocitos son un material apropiado para esta pr$ctica( es %ue poseen en su membrana( al iual %ue muc&as otras células( una ran cantidad de poros de aua /acuaporinas( 0'P,-( %ue permiten el flu*o r$pido de aua y por otro lado( presentan una ba*a permeabilidad para los
,
solutos estas características permiten la observación en un tiempo breve del efecto %ue produce e;ponerlos a diferentes soluciones.
OBJETIVOS ,. 5bservar el fenómeno de la &emólisis y e;plicarlo en función de las diferencias de osmolaridad entre el interior y el e;terior de la célula. 1. Comprobar %ue la osmolaridad de una solución depende del n
MATERIAL Y MÉTODO. Mateia! "io!#$i%o& 2anre /= otas-
Cista!e'a( i)stume)ta! * e+ui,o& 1 pipetas Pasteur con bulbo 9 pipetas raduadas de 9 mL 1 perillas o *erinas 19 tubos de ensayo 1 radillas 1 vasos de precipitados de ,44 mL Lancetas
-ua)tes Mateia! de %o)sumo * so!u%io)es& 0ua destilada. 2oluciones de+ 6aCl 4.,9 M CaCl1 4.,9 M 2acarosa 4.,9 M y 4.3 M >licerol 4.3 M 0lco&ol metílico 4.3 M 0lco&ol etílico 4.3 M 0lco&ol propílico 4.3 M
Desao!!o de !a ,%ti%a. /. O"se0a%i#) de !a 1em#!isis. En un tubo de ensayo se pondr$n = mL de solución salina /6aCl 4.,9 M- m$s = otas de sanre( después de me)clar con suavidad se tendr$ una suspensión de lóbulos ro*os %ue se conservar$ durante toda la pr$ctica. De esta suspensión se tomar$n las cantidades necesarias para las pruebas posteriores. En primer luar( se aprender$ a distinuir el fenómeno de &emólisis. Para ello( debe arear 9 otas de la suspensión inicial de lóbulos ro*os a dos tubos de ensayo %ue contendr$n( uno de ellos 9 mL de aua destilada y el otro 9 mL de solución salina /6aCl 4.,9 M-. 5bserve a través del lí%uido de los tubos y determine en cu$l se &a producido la &emólisis.
2. A%ti0idad osm#ti%a de susta)%ias )o di3usi"!es. La permeabilidad de la membrana de los lóbulos ro*os es muc&o mayor para el aua %ue para los iones. Dependiendo de la concentración de la solución en la %ue se colo%uen los lóbulos ro*os ocurrir$ o no la
1
ósmosis. En este e;perimento se determinar$ la osmolaridad necesaria para %ue se produ)ca la &emólisis. Para ello a partir de soluciones de 6aCl 4.,9 M( CaCl 1 4.,9 M y sacarosa 4.,9 M prepare las diluciones indicadas en la ?abla , y en cada una de ellas areue 9 otas de la suspensión inicial de lóbulos ro*os me)cle con suavidad al &acer las diluciones y al a:adir las 9 otas. El tiempo transcurrido para la rotura de los lóbulos ro*os /&emólisis- se tomar$ como medida de la permeabilidad frente a las distintas disoluciones. #eali)ar las observaciones %ada mi)uto durante los primeros cinco minutos( y des,u4s %ada %i)%o mi)utos &asta el final de la pr$ctica.
TABLA /. Pe,aa%i#) de di!u%io)es de NaC!( CaC!2 * Sa%aosa. Calcular la osmolaridad en cada uno de los tubos.
NaC! ?ubo
mL de 6aCl
mL de @15
Concentración
5smolaridad
4.,9 M
destilada
final /M-
/>A,.B-
,
9
4
4.,9
1
1
3
4.4=
3
,.9
3.9
4.49
,
4.43
9
4.9
.9
4.4,9
CaC!2 ?ubo
mL de CaCl1
mL de @15
Concentración
5smolaridad
4.,9 M
destilada
final /M-
/>A1.=-
,
9
4
4.,9
1
1
3
4.4=
3
,.9
3.9
4.49
,
4.43
9
4.9
.9
4.4,9
Sa%aosa ?ubo
mL de sacarosa
mL de @15
Concentración
4.,9 M
destilada
final /M-
,
9
4
4.,9
1
1
3
4.4=
3
,.9
3.9
4.49
,
4.43
9
4.9
.9
4.4,9
5smolaridad
3
5. A%ti0idad osm#ti%a de susta)%ias di3usi"!es. 0lunas sustancias pueden difundir a través de las membranas sin dificultad. Estas sustancias tienden a e%uilibrarse a ambos lados de la membrana y normalmente arrastran aua( ya %ue otros solutos osmóticamente activos no pueden salir para compensar la entrada( se produce un radiente osmótico &acia el interior de la célula. Para poner de manifiesto este efecto se utili)ar$n soluciones isoosmóticas con respecto al contenido de los lóbulos ro*os /4.3 osmolar- de una sustancia difusible /licerol- y de otra no difusible /sacarosa-. Colo%ue 9 mL de cada una de las soluciones /licerol 4.3 M y sacarosa 4.3 M- en diferentes tubos de ensayo y a:ada a cada uno de ellos 9 otas de la suspensión de lóbulos ro*os( me)cle suavemente y observe el efecto producido.
6. Ve!o%idad de di3usi#). Como se &a mencionado( e;isten diversas sustancias %ue pueden atravesar la membrana celular( pero la velocidad a la %ue difunden depende de su solubilidad en la matri) lipídica de la membrana. n índice %ue se usa con frecuencia en estudios de este tipo es el %oe3i%ie)te de ,ati%i#) ( %ue se define como la relación %ue resulta de comparar la solubilidad de una sustancia en aceite( con respecto a su solubilidad en aua. Dic&o coeficiente es mayor entre mayor sea el peso molecular y la lonitud de la cadena de $tomos de carbono de la sustancia. Para este ensayo se utili)ar$n soluciones isoosmóticas /4.3 M- de sustancias con diferentes coeficientes de partición+ 0lco&ol metílico /C@ 35@-. Coeficiente de partición A 4.447 0lco&ol etílico /C@ 3C@15@-. Coeficiente de partición A 4.439 0lco&ol propílico /C@ 3C@1C@15@-. Coeficiente de partición A 4.,9= Colo%ue 9 mL de cada solución en tubos de ensayo previamente eti%uetados y a:ada a cada uno 9 otas de la suspensión de lóbulos ro*os. Me)clar y observar r$pidamente los efectos( medir el tiempo / e) se$u)dos7 en %ue se produce la &emólisis total /comparar con la &emólisis producida en aua destilada-.
RESULTADOS La siuiente sección tiene como ob*etivo puntuali)ar los resultados obtenidos durante la pr$ctica para poder redactar adecuadamente la sección de resultados en el reporte
/. O"se0a%i#) de !a 1em#!isis. As,e%to de los tubos iniciales /en cu$l &ubo &emólisis-+ 2olución salina
0ua destilada
2. A%ti0idad osm#ti%a de susta)%ias )o di3usi"!es. En la ?abla , calcule la osmolaridad para cada uno de los tubos preparados /utili)ar el valor del coeficiente crioscópico > en el caso de las soluciones de electrolitos-( compare las concentraciones y las osmolaridades de los diferentes tubos en los cuales se presentó la &emólisis y el tiempo %ue tardó en llevarse a cabo el proceso.
5. A%ti0idad osm#ti%a de susta)%ias di3usi"!es. Describir el aspecto de las soluciones en los tubos con+ >licerol 2acarosa
6. Ve!o%idad de di3usi#). Elabore una r$fica con los resultados obtenidos considerando el tiempo para la observación de la &emólisis total con respecto al coeficiente de partición de las diferentes sustancias. Comente la r$fica en la sección de 0n$lisis de resultados del reporte.
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