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PRACTICA N° 11 DIFUSION-OSMOSIS Y PRINCIPIOS FISICO-QUIMICOS DE LAS MEMBRANAS BIOLOGICAS
INTRODUCCIÓN
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 orgánelo.
Generar señales para modificar el metabolismo.
Adherir células para formar tejidos.
La membrana celular está formada por una capa doble de fosfolípidos, proteínas y carbohidratos.
(Fig; 1). 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, determinan las funciones
específicas de ésta e incluyen bombas, canales, receptores, moléculas de adhesión, transductores
de energía y enzimas. 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. El colesterol, que es un esteroide
(lípido), determina la fluidez de la membrana.
OBJETIVOS
Reconocer algunos mecanismos de difusión y osmosis a través de las membranas celulares.
Diferenciar algunos factores indispensables en la selección de sustancias en las membranas celulares.
Reconocer la importancia del movimiento Browniano en la difusión celular
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Proteína periférica Canal de
transporte
Glicoproteína
FosfolípidosProteína integral
Colesterol
Figura 1.
Estructura básica de la membrana.
MATERIALES
MATERIAL PROPORCIONADO POR EL LABORATORIO DE LA
UFPS
MATERIAL QUE DEBE TRAER EL ESTUDIANTE
MATERIALES BÀSICOS
Tinta china Papa de tamaño grande Bata
Cajas de petri Palillos Portaobjetos y cubreobjetos
Estuches de disección (aguja recta)
Cronometro Guantes
NaCl 20% y 60% Pedacito de cartón grueso 30cm x 30cm
Tapabocas
Agua caliente – fría y del grifo Gorro
Sacabocados Goteros
Gradilla Toalla para limpiar
Azul de metileno Papel para lentes
Rejilla para mediciones Papel absorbente, servilletas
Tubos de ensayo Zapatos cerradosMicroscopio Ropa adecuada
LupaJuego de agujas de diferentes tamañosBisturíBlock blanco de tamaño cartaLápiz o portaminasGuía de la practicaMaterial bibliográfico o de consulta.
PROCEDIMIENTO
EXPERIMENTO N° 1: “Movimiento Browniano” movimiento molecular como
mecanismo de difusión .
Coloque una gota de agua sobre un portaobjeto, con un palillo agregue una pequeña gota
de tinta china, coloque el cubreobjeto y observe al microscopio. Grafique lo observado.
Responda las siguientes preguntas:
¿Cómo se denominan las fuerzas que causan dicha vibración molecular?
Reporte y grafique lo observado
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EXPERIMENTO N° 2. “EI efecto de la temperatura en el proceso de la
difusión"
En tres tubos de ensayo de igual tamaño, adicione agua del grifo; en el segundo tubo de
ensayo adicione agua caliente y en el tercer tubo de ensayo agregue agua fría.
Agregue una gota de azul de metileno y registre el tiempo que se demora para
homogenizar las sustancias.
¿En cuál de los tubos de ensayo la difusión es más rápida? Explicar.
Reporte y grafique lo observado
EXPERIMENTO N° 3: "OSMOSIS" Definida como la difusión del agua a través
de una membrana selectiva- permeable.
Con el sacabocados obtenga 3 cilindros de papa de cinco centímetros de longitud cada
uno. Coloque cada cilindro de papa en una caja de petri por 30 min. Luego sáquelos y
colóquelos en papel secante o servilletas; una vez secos mida la longitud de cada uno y
registre los resultados en una tabla y compare.
La longitud inicial y la longitud final.
Anexe las conclusiones de la práctica desarrollada
La tinta china es un colorante que contiene varios pigmentos y es de secado rápido este se
utiliza en el laboratorio de biología para las tinciones de las imágenes y así se observa
mejor la muestra.
La difusión en las células vegetales es un proceso que se produce a nivel celular. Es un
método de transferencia de moléculas vitales para el medio ambiente y de una planta, el
mantenimiento de la salud de ambos.
Reporte y grafique lo observado
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RESULTADOS
EXPERIMENTO N° 2. “EI efecto de la temperatura en el proceso de la
difusión"
EXPERIMENTO N° 3: "OSMOSIS" Definida como la difusión del agua a través
de una membrana selectiva- permeable.
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Agua del grifo
Agua caliente Agua fría
Los cuatro tubos de ensayo con su respectiva agua
Homogenización de las sustancias
Fotografía tomada con cámara canon 12,1 Mpx por Marly Paola y Aida luz.
DISCUSION
1. ¿Cuáles son los factores que afectan la velocidad de difusión?
2. ¿Explique brevemente la importancia de la difusión y la osmosis en el funcionamiento
celular?
3. ¿Explique cuándo se deja de percibir el movimiento molecular Browniano?
4. ¿Explique brevemente el concepto de medio hipotónico y medio hipertónico?
CONCLUSIONES
Registre sus propias conclusiones del trabajo desarrollado en su informe.
BIBLIOGRAFIA
Consulte la propuesta del programa en las bases teóricas y en páginas Web
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TRANSPORTE CELULAR: DIFUSION Y OSMOSIS
Para que la célula funcione eficientemente, debe mantenerse en la misma un ambiente estable
conocido como homeostasis. Para mantener este equilibrio existen mecanismos para el transporte
selectivo de materiales hacia el interior o exterior de la célula. Las membranas de la célula son
selectivamente permeables, permitiendo el paso de algunas sustancias o partículas (moléculas,
átomos, o iones), e impidiendo el paso de otras. Esta selectividad se debe a la capa doble de
fosfolípidos de la membrana. La manera en que las moléculas pasan por la membrana depende en
parte de la polaridad de las mismas. Las moléculas hidrofóbicas, o no polares, pasan con relativa
libertad a través de la capa de lípidos, mientras que moléculas hidrofílicas, o polares, incluyendo el
agua, y las moléculas de mayor tamaño, pasan a través de canales formados por proteínas
transportadoras. La regulación del transporte de las moléculas, o la dirección en que se mueven
depende de su gradiente de concentración (diferencia en concentración entre dos lugares).
Las moléculas se mueven constantemente debido a su energía cinética y se esparcen
uniformemente en el espacio disponible. Este movimiento, llamado movimiento browniano, es la
fuerza motriz de la difusión. Esta se define como el movimiento natural de las partículas de un
área de mayor concentración a un área de menor concentración hasta alcanzar un equilibrio
dinámico, en el cual el movimiento neto de partículas es cero.
El componente principal de la célula es el agua, que actúa como solvente (el agente que disuelve)
de solutos orgánicos e inorgánicos. El movimiento de agua a través de una membrana
selectivamente permeable se llama osmosis (difusión de agua) y sucede siempre del área de
mayor concentración de agua (con menor concentración de soluto) al área de menor concentración
de agua (con mayor concentración de soluto) (Fig; 1.2). El agua se moverá entonces, a favor de un
gradiente de concentración hacia el área de mayor concentración de soluto (donde hay una menor
concentración de moléculas de agua libres).
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Membrana selectivamente permeable
Figura 11.2.
Osmosis: difusión de moléculas de agua.
Las moléculas de agua pasan de un lugar de mayor concentración a un lugar con menos concentración de moléculas hasta llegar a un equilibrio.
Cuando la célula contiene una concentración de solutos mayor que su ambiente externo, se dice
que la célula está en una solución hipotónica, y como consecuencia, el agua entra a la célula
causando que se expanda (Fig; 1.3a). Si la concentración de solutos es mayor fuera de la célula,
se dice que la célula está en una solución hipertónica; la célula pierde agua y se encoge (Fig;
1.3c). Si las concentraciones de soluto son iguales en ambos lados de la membrana, se dice que la
célula está en una solución isotónica, donde el movimiento neto es cero (Fig; 1.3b).
Las células animales funcionan óptimamente en ambientes isotónicos. En las células vegetales, sin
embargo, cuando la vacuola se llena de agua, ésta ejerce presión contra la pared celular hasta
llegar a un punto donde se impida que entre más agua (presión de turgencia) y la célula se
encuentra túrgida (firme), lo cual es el estado ideal de estas células. Por otra parte, si la célula
vegetal pierde agua, la célula sufre plasmólisis al separarse la membrana celular de la pared
celular, lo cual suele ser letal para la célula (Fig; 1.3c).
PERMEABILIDAD DE LA MEMBRANA
La permeabilidad selectiva de las membranas determina qué tipo de sustancias pueden entrar y
salir de la célula. El ingreso de sustancias necesarias, el pasaje de agua y la salida de los
productos de desecho, se verán posibilitados y regulados por medio de la membrana plasmática.
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H2O
Solución hipotónica Solución isotónica Solución hipertónica
H2O H2O
Figura 11.3Osmosis: transporte de agua a través de una membrana permeable. La bolsa representa una célula y el agua en el envase representa su medio ambiente. El soluto es sal (NaCl: cloruro de sodio). (a) la concentración de sal en el medio ambiente es más baja que la concentración de sal en la célula. (b) la concentración de sal es igual en la célula y en el medio ambiente. (c) la concentración de sal en el medio ambiente es más alta que la concentración de sal en la célula.
(a) (b)(c)
PERMEABILIDAD DE MOLÉCULAS PEQUEÑAS
El pasaje de estas moléculas va a depender de si las mismas se movilizan a favor o en contra de
su gradiente de concentración. Cuando lo hagan a favor del gradiente, pasarán en forma pasiva, es
decir que no habrá gasto de energía. Si, por el contrario, las moléculas se movilizan en contra del
gradiente de concentración será necesario el aporte de energía y el pasaje será activo.
PASAJES PASIVO
Difusión simple
Las pequeñas moléculas no polares tienen la capacidad de difundir fácilmente a través de las
membranas. En general, su pasaje se ve favorecido cuanto menor sea la molécula y mayor su
liposolubilidad. Pasan por difusión simple a través de la membrana los gases como el O2, el CO2,
CO y otras moléculas liposolubles y pequeñas como el benceno.
Difusión Facilitada
Este tipo de pasaje, como señaláramos en un principio, se realiza siempre a favor del gradiente
electroquímico. A diferencia de la difusión simple, en la difusión facilitada intervendrán proteínas de
membrana que mediatizarán el pasaje. Estas proteínas transportadoras pueden clasificarse en dos:
los canales iónicos y las permeasas.
Difusión Facilitada a por medio de canales iónicos
Las proteínas que se encuentran en este grupo recorren todo el espesor de la membrana
plasmática y en su interior poseen un canal o poro de características hidrofílicas. Este poro
permite, de manera selectiva, el pasaje de iones a través de la membrana.
La importancia de estos canales se ve aumentada mediante la capacidad de regulación en los
procesos de apertura y cierre de los mismos, existiendo canales que permanecen siempre abiertos,
mientras que otros se abren y cierran dependiendo de señales químicas, mecánicas o eléctricas.
Para brindar un ejemplo, el mecanismo de excitación neuronal y la interconexión entre las distintas
neuronas, se vería imposibilitada sin la capacidad de regular el accionar de ciertos canales iónicos
como el del Sodio o el del Potasio.
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Difusión Facilitada por medio de Permeasas
Lo constituyen las proteínas denominadas permeasas o carriers. Son, al igual que los canales
iónicos, sumamente específicas. La molécula transportada debe de unirse a un sitio específico de
la permeasa, lo que provoca un cambio de conformación en la misma que facilita el pasaje del
soluto de un lado al otro de la membrana sin generar gasto energético alguno.
ACTIVIDAD PEDÁGOGICA
Estas actividades son propuestas para mejorar el aprendizaje de cada educando, en donde cada
actividad pretende reforzar las prácticas de cada laboratorio visto. Estas actividades contienen la
pedagogía dialogico.critica, constructivista y conductual ya que cada estudiante es autónomo de
realizar las actividades individualmente o en grupo para optimizar sus conocimientos y estos sean
aplicables a solucionar problemas mediante el criterio científico.
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Figura 1.4Representación esquemática del mecanismo de apertura y cierre de los canales iónicos regulados.
Figura 1.5Esquema hipotético del cambio de conformación del carriel que permite la translocaciòn de una molécula a favor de su gradiente de concentración.
1. ¿Por qué es importante el proceso de difusión osmótica en el laboratorio de Biología?
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2. ¿Varían los resultados por el cambio de temperatura en el proceso de difusión?
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3. Con sus propias palabras diga la diferencia entre difusión y osmosis.
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4. ¿Explique por qué es importante el proceso Browniano?
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5. Realizar el apareamiento de la columna (A) con la columna (B),según corresponda. .
COLUMNA A
Determinan qué tipo de sustancias pueden entrar y salir de la célula.
Las moléculas de agua pasan de un lugar de mayor concentración a un lugar con menos concentración de moléculas hasta llegar a un equilibrio.
Las moléculas hidrofílicas pequeñas pueden difundir de esta manera siempre y cuando no presenten carga. De esta manera pasan el metanol, el etanol y el glicerol.
Se realiza siempre a favor del gradiente electroquímico y se clasifica en canales iónicos y las permeasas.
Las moléculas se mueven constantemente debido a su energía cinética y se esparcen uniformemente en el espacio disponible.
La concentración de sal es igual en la célula y en el medio ambiente.
La concentración de sal en el medio ambiente es más baja que la concentración de sal en la célula.
COLUMNA B
DIFUSION FACILITADA
PERMEABILIDAD DE LA MEMBRANA.
OSMOSIS
DIFUSION SIMPLE
SOLUCION HIPOTONICA
MOVIMIENTO BROWNIANO
SOLUCION ISOTÒNICA
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PAGINAS WEB
GOYANES, Marcelo. Membrana celular. (en línea). Disponible en internet en: http://www.korion.com.ar/archivos/membranacelular.pdf
LAVENDA, Bernard. El movimiento browniano. (en línea). Disponible en internet en: http://www.lanais.famaf.unc.edu.ar/QuantumSimposium2005/MB.pdf
GARCÍA VILLALÓN, Ángel Luis. Transporte de membrana. (en línea). Disponible en internet en: http://www.uam.es/personal_pdi/medicina/algvilla/cyta/fisiologiacyta3.pdf
ACADEMICA. La membrana y el transporte celular. (en línea). Disponible en internet en: http://academic.uprm.edu/~jvelezg/lab7.pdf
ZAMORA, Roberto. La membrana y el transporte celular. (en línea). Disponible en internet en: http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r28327.PDF
TORRES, Carola; GONZALEZ, Ana. Mecanismos de transporte a través de la membrana explicados por medio de animaciones. (en línea). Disponible en internet en: http://www.unne.edu.ar/Web/cyt/com2004/6-Biologia/B-055.pdf
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