2. PERMEABILIDAD DE LA MEMBRANA CELULAR OSMOSIS Y PRESIÓN OSMÓTICA 1. OBJETIVOS Identificar la composición química y función de las membranas celulares Comprobar el proceso de osmosis en un Osmómetro Observar el efecto de la concentración del medio sobre las células
2. MARCO TEÓRICO Toda célula posee un sistema completo de membranas cuya función general es el intercambio de materiales entre la célula y el medio acuoso externo o fluido extracelular y entre los organismos y el citoplasma de la célula. Las membranas biológicas pueden ser diferentes en cuanto a estructura y función. Sin embargo, tienen en común ciertas propiedades, por ejemplo su estructura laminar de naturaleza fluida, su composición lipoprotéica, con partes hidrofílicas e hidrofóbicas, etc. (Fig. 1). Además, poseen la propiedad funcional de permeabilidad selectiva, por ser permeables a las moléculas de agua, pero más o menos impermeables a los solutos. Tal permeabilidad puede verse afectada por cambios de temperatura, tóxicos, solventes orgánicos y la composición química del medio que rodea a la célula (Curtis, 1999).
Fig. 4 Vista lateral de una membrana celular típica, mostrando los fosfolípidos y las proteínas Los principales tipos de transporte a través de membranas biológicas son: Difusión Es un movimiento de partículas o moléculas de una región donde se encuentra en mayor concentración a una de menor concentración. Por ejemplo, una gota de tinta agregada en un recipiente con agua, pigmenta el líquido completamente. Osmosis y presión osmótica Osmosis es la difusión del agua a través de membranas con permeabilidad
selectiva. Cuando una solución acuosa se separa mediante una membrana con permeabilidad selectiva, de un solvente puro (agua en organismos) o bien una concentrada de una diluida, se origina difusión de agua a través de la membrana, proceso denominado OSMOSIS. En este proceso se crea un movimiento de agua en una dirección tal que las concentraciones se igualan. O sea de la región de mayor potencial hídrico (mayor concentración de agua) hacia la región de menor concentración de agua. La difusión de agua desde el solvente puro hacia la solución o desde la solución mas diluida hacia la solución químicamente más concentrada, da como resultado un incremento en el volumen y la fuerza de empuje de las moléculas de agua que crea una presión denominada PRESIÓN OSMÓTICA. El efecto de la presión osmótica puede medirse de manera sencilla en un osmómetro (Curtis, 1999). Desde el punto de vista de la concentración del medio se aplican lo siguientes términos: Si la célula se halla en un medio de mayor concentración con respecto al del interior de la célula, se dice que el medio es hipertónico y sale agua de la célula. Mientras que si éste es menos concentrado que el interior celular, la célula se halla en un medio hipotónico y entra agua a la célula. Estas condiciones hacen que el protoplasma se encoja al deshidratarse (plasmólisis) o se hinche al hidratarse (deplasmólisis). Acarreo mediado por transportador Las moléculas cruzan la membrana celular por difusión simple o son aceleradas por proteínas de transporte incrustadas en la membrana. Si un trasporte mediado por proteínas es impulsado por el gradiente de concentración, este se conoce como difusión facilitada. Por el contrario, si requiere gasto de energía, se conoce como trasporte activo. Este último puede movilizar contra su gradiente de concentración. Uno de los sistemas más importantes de trasporte activo es la bomba Sodio - Potasio, que mantiene los iones Na+ en una concentración relativamente baja y los iones K+ en una concentración relativamente alta en el citoplasma (De Robertis & Robertis, 1981).
3. MATERIALES Y REACTIVOS 1. Difusión:
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Materiales Tubos de ensayo. Plancha de calentamiento. Gradilla. Papel celofán.* Hilo o caucho.* 2 Beakers de 500ml. Goteros.
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Soluciones Glucosa 2%. Almidón 2%. NaCl 10%.
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Reactivos Lugol. AgNO3. KMnO4. Reactivo de Benedict o Fehling.
2. Ósmosis 2.1.
• • • • •
Materiales Láminas. Laminillas. Palillos. Algodón y alcohol. Lanceta.
2.2.
• • • •
Eritrocitos como osmómetros naturales:
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Soluciones Solución salina 0.4%, 0.9% y 2.0%.
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Reactivos Sangre.
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Soluciones Solución de sucrosa 20%. Agua destilada.
•
Reactivos Hojas de Elodea.
Plasmólisis:
Materiales Láminas. Laminillas. 2 cajas de Petri. Goteros.
•
4. PROCEDIMIENTO 1. Difusión: 1.1.
Difusión simple:
• • • 1.2.
Llene dos tubos de ensayo, uno con agua caliente y otro con agua fría, casi hasta el borde. Coloque simultáneamente cristales de permanganato de potasio (KMnO4). Observe lo que sucede en cada tubo.
Difusión a través de una membrana artificial:
• • • •
Acondicionar dos bolsas de celofán y llenar cada una de ellas con: 2ml de solución de glucosa, 2ml de solución de almidón y 2ml de solución de NaCl. Cerrar la bolsa con un pedazo de hilo. Ponga durante 30 minutos una de las bolsas dentro de un beaker con agua a 37ºC y la otra en un beaker con agua fría. Tome los tubos y realice las siguientes pruebas:
Prueba de azúcares reductores: Tubo
1 2 3 4
Muestra (2ml) + Fehling A (1ml) + Fehling B (1ml) Agua Glucosa 2% Agua beaker 37ºC Agua beaker frío
Prueba de almidones: Tubo
1 2 3 4
Muestra (1ml) + Lugol (3 gotas) Agua Almidón 2% Agua beaker 37ºC Agua beaker frío
Prueba de sales: Tubo
1 2 3 4
Muestra (2ml) + Nitrato de plata (4 gotas) Agua NaCl 10% Agua beaker 37ºC Agua beaker frío
2. Ósmosis: 2.1. Eritrocitos como osmómetros naturales: • Tome cuatro láminas y en cada una de ellas coloque una gota de sangre, luego adicione dos gotas de solución salina así: Lámina 1 2 3 4
Solución salina 0.4% 0.9% 2.0% Control (sin solución)
2.2. Plasmólisis: • Coloque varios minutos las hojas de Elodea en una caja de Petri con agua destilada. • Observe al microscopio la apariencia de las células. • Coloque las mismas hojas que observó en una solución de sucrosa al 20% por 10 minutos y observe al microscopio. • Las mismas hojas colóquelas de nuevo en agua destilada por otros 10 minutos y observe al microscopio.
Fig. 6. Células de Elodea sp.
1. turgente, 4. plasmolizada
5-BIBLIOGRAFÍA Curtis H, & Barnes, N S. 1993. Biología. Quinta Edición. Editorial Médica Panamericana S.A. Buenos Aires, Argentina, 1280 pp. Curtis, H. 1999. Biología. Editorial Médica Panamericana S.A. sexta edición. Buenos Aires 1199. Universidad de los Andes. 2006.Guías laboratorio de biología celular.
5. PERMEABILIDAD DE LA MEMBRANA CELULAR OSMOSIS Y PRESIÓN OSMÓTICA (INFORME DE LABORATORIO) Autores: _________________________________________________ _________________________________________________ Resultados: 1. Difusión: 1.1. Difusión simple: En el siguiente espacio describa los resultados obtenidos para los dos experimentos con permanganato de potasio: Agua caliente
1.2.
Agua fría
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Difusión a través de una membrana artificial: Prueba de azúcares reductores: Tubo 1 2 3 4
Muestra Agua Glucosa 2% Agua beaker 37ºC Agua beaker frío
Resultado (color)
Prueba de almidones: Tubo 1 2 3 4
Muestra
Resultado (color)
Agua Almidón 2% Agua beaker 37ºC Agua beaker frío
Prueba de sales: Tubo
1 2 3 4
Muestra
Resultado (presencia de precipitado)
Agua NaCl 10% Agua beaker 37ºC Agua beaker frío
2. Ósmosis: 2.1.
2.2.
Eritrocitos como osmómetros: En los siguientes espacios dibuje los glóbulos rojos (eritrocitos) de acuerdo a la solución en la cual se colocaron.
Solución salina (0.4%)
Solución salina (0.9%)
Solución salina (2.0%)
Control
Plasmólisis: En el siguiente espacio dibuje las células de Elodea dependiendo del momento del experimento en el que se encuentre, mencione además qué tipo de solución se le está agregando (hipertónica, isotónica o hipotónica).
Tipo de solución:
Tipo de solución:
Tipo de solución:
Discusión de resultados: 1. ¿Qué tipo de membrana (de acuerdo a su permeabilidad) le sugiere el experimento realizado con las bolsas de papel celofán? ¿Por qué? __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ 2. ¿Cómo se presentan los procesos de difusión en la célula? __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ 3. Describa los factores que afectan la tasa (velocidad) de difusión en las bolsas de celofán. __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ 4. ¿Qué sucede con los glóbulos rojos (eritrocitos) al ser colocados en
solución salina con distintas concentraciones? ¿A partir de sus resultados usted podría concluir qué tipo de solución es cada una (hipertónica, isotónica o hipotónica)? __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ 5. ¿Qué relación existe entre la presión osmótica y la concentración de solutos en una solución? __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ 6. ¿Qué células de Elodea están en presión de turgencia: las células sumergidas en solución de sucrosa, las células sumergidas en agua destilada o las células originales? Explique su respuesta. __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________
__________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ 7. ¿Qué se encuentra en el espacio entre la pared celular y la membrana plasmática de una célula plasmolizada? __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ 8. Basándose en la respuesta anterior, compare la permeabilidad relativa de la pared celular y la membrana plasmática en agua y sucrosa. __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ 9. ¿Qué procesos biológicos en plantas y animales están relacionados con la osmosis? __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ 10. ¿Qué es transporte activo? Dé un ejemplo de este proceso.
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Conclusiones: ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________
Bibliografía
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