Práctica # 3 DIFUSIÓN Y ÓSMOSIS

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Práctica # 3
DIFUSIÓN Y ÓSMOSIS
I.
Objetivos
Al final del laboratorio el estudiante debe ser capaz de:
II.
*
Describir el mecanismo de difusión a nivel molecular.
*
Describir el concepto de membrana permeable selectiva y explicar su papel en la ósmosis
*
Entender los conceptos de hipotónico, hipertónico e isotónico.
*
Discutir la influencia de la membrana celular sobre el comportamiento osmótico en las células.
*
Reconocer los procesos de difusión, ósmosis y diálisis en células vivas.
*
Entender los principios de actividad osmótica en las actividades diarias de una persona.
*
Explicar como la presión que ejercen las moléculas favorece los procesos de la difusión y ósmosis
Introducción
Cualquiera que sea la organización específica de un ser vivo,
unicelular o pluricelular, procariota o eucariota, en sus células no
puede faltar la membrana celular. La membrana celular es la
estructura que separa al líquido intracelular (LIC) del extracelular
(LEC). Ella está formada por dos compuestos orgánicos: los
fosfolípidos y las proteínas. Su estructura actual -fue propuesta en
1972 por S. Singer y G. L. Nicholson. Su modelo se conoce con el
nombre de “mosaico fluido” o mosaico de los líquidos. El modelo
de mosaico fluido explica que la membrana plasmática consiste en
una bicapa líquida de moléculas de fosfolípidos en donde están
incluidas las proteínas.
Las proteínas de la membrana celular permiten el paso del medio intracelular (LIC) al medio extracelular
(LEC) y viceversa, de moléculas pequeñas ya sea en forma activa o pasiva, otras actúan como receptoras de
señales como por ejemplo de hormonas; otras actúan como sitios de fijación para enzimas solubles y para el
citoesqueleto.
Es a través de la membrana celular que se controla el transporte de materiales entre el líquido intracelular
(LIC) y el líquido extracelular (LEC), dado que ella es selectiva y semipermeable, pues impide que algunas
sustancias grandes como los lípidos y proteínas la atraviesen fácilmente; pero permiten el paso de azúcares
simples, oxígeno, dióxido de carbono, agua, glicerol, urea y otras moléculas. Este paso depende del tamaño y
carga de las moléculas y de la composición de la membrana celular. Este transporte celular puede ocurrir por
procesos pasivos y activos.
Los transportes pasivos no requieren el aporte de energía celular (ATP), y las moléculas se desplazan a favor
de una gradiente de concentración: la sustancia se desplaza del sitio de mayor al de menor concentración.
Entre los ejemplos están la difusión, ósmosis, diálisis y difusión facilitada. La difusión es el movimiento de
partículas (átomos, iones y moléculas) de una región de alta concentración a otra de menor concentración,
puede ocurrir en presencia o no de una membrana celular.
La difusión permite los procesos de ósmosis y diálisis. La ósmosis desplaza el agua a través de la membrana
celular desde un sitio de alta hacia otro de baja concentración. Los procesos osmóticos se denominan
plasmólisis y turgencia en los vegetales y en las células animales se llaman lisis y crenación. De acuerdo con
la presión osmótica, las soluciones extracelulares se dividen en isotónicas, hipotónicas e hipertónicas.
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En las soluciones isotónicas, la concentración de solutos en el líquido intracelular es igual a la concentración
presente en el líquido extracelular. En las soluciones hipotónicas, el líquido que rodea a la célula tiene menor
concentración de sustancias, más agua y menos presión osmótica que el interior de la célula; por lo tanto, el
agua se difunde desde el exterior hacia el interior celular.
Las soluciones hipertónicas tienen mayor concentración de solutos, menor cantidad de agua y mayor presión
osmótica que el LIC, esto provoca que el agua pase del interior al exterior de la célula.
III. Procedimiento
Durante la sesión de laboratorio se realizarán 5 experimentos donde se estudiaran distintos aspectos del
transporte de solutos y agua a través de membranas. Para ello, el grupo de laboratorio será dividido en 8-10
subgrupos de trabajo, con 3-4 estudiantes cada uno. Cada experimento será ejecutado y analizado por dos
subgrupos.
Al finalizar los experimentos, se hará una discusión de los resultados obtenidos. Cada subgrupo debe estar
preparado para discutir sus resultados
Experimento 1.- Tasa de difusión de solutos:
Los distintos solutos se mueven en el interior celular y en los espacios intercelulares a través del proceso de
difusión. Sin embargo, la tasa de difusión (la distancia que recorre el soluto en un tiempo determinado) es
afectada por múltiple factores. El siguiente experimento demuestra el efecto del tamaño molecular o la
concentración en la tasa de difusión sobre un sustrato común (gelatina). En este experimento la gelatina es
utilizada como sustrato permeable y por lo tanto simula el espacio citoplasmático. Para calcular la tasa de
difusión utilizaremos la siguiente ecuación:
Tasa de difusión = distancia (mm, cm) / tiempo (seg, min, hrs)
1. Describa brevemente su hipótesis de trabajo y prediga sus resultados
2. En su mesón de trabajo encontrará una caja de petri que contiene una capa fina (matriz) de gelatina clara
solidificada o agar (2%).
3. Con un tubo de ensayo pequeño, haga 3 pozos en la superficie de la matriz.
4. Agregue una gota de uno de los colorantes disponible a uno de los pozos (evite la formación de burbujas.
Anote el tiempo.
5. Repita el procedimiento para cada colorante (un colorante para cada pozo).
6. Transfiera cuidadosamente la caja de petri sobre una hoja blanca, sin temblar o correr el colorante.
7. Cada 10 min, haga medidas de la distancia (diámetro) recorrida por el colorante.
8. Haga una gráfica donde represente la distancia recorrida por cada colorante en función del tiempo
transcurrido.
9. Responda las preguntas especificadas en su reporte.
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Experimento 2.- Ósmosis
1. Colecte 6 bolsas de diálisis que contienen agua destilada (dH2O) y sacarosa a distintas concentraciones
(0.2M, 0.4M, 0.6M, 0.8M y 1.0M).
2. Lave cuidadosamente cada bolsa con dH2O y seque el exceso de solución
3. Pese cada una de las bolsas de diálisis
4. Coloque cada bolsa de diálisis en un envase con dH2O y espere 1 hora
5. Mientras espera, diseñe una hipótesis experimental y prediga el resultado
6. Retire las bolsas de diálisis y péselas nuevamente. Recuerde secar el exceso de solución en la superficie
externa de la bolsa antes de pesar
7. Calcule la diferencia en pesos antes y después de 1 hora y determine el porcentaje de cambio en el peso
de la bolsa de diálisis
8. Responda las preguntas especificadas en su reporte
Experimento 3.- Efecto de la presión osmótica sobre las células
(a) Plasmólisis en células vegetales
1. Sobre un portaobjetos coloque una gota de solución de NaCl 0.9% (isotónica) y un fragmento de
epidermis de cebolla u hoja de Elodea. Cubra y observe al microscopio.
2. Haga un dibujo de la preparación (rotule las estructuras observadas). Describa la apariencia de las células
que observa
3. Retire la preparación del microscopio y agregue una gota de solución de NaCl 5% (hipertónica) en uno
de los bordes del cubreobjetos. En el lado opuesto coloque un pedacito de papel absorbente para permitir
que la solución hipertónica quede en contacto con las células. Observe al microscopio.
4. Haga un dibujo de la preparación que ilustre los cambios observados en la apariencia de las células en
esta condición experimental. Rotule las estructuras observadas
(b) Turgencia en células vegetales
1. En la misma preparación, reemplace la solución hipertónica por agua destilada siguiendo el mismo
procedimiento anterior. Observe al microscopio y explique los cambios que ocurren.
2. Haga un dibujo de la preparación que ilustre los cambios observados en esta condición experimental.
Rotule las estructuras observadas
Experimento 4.- Difusión de moléculas a través de membranas
semipermeable
1. Tome una bolsa de celulosa ya preparada que contiene una mezcla de 10% glucosa (180 g/mol), 0.5%
almidón (~200,000 g/mol) y 1.5% albúmina. 45,000 g/mol).Registre el color de la bolsa de diálisis
2. Lave cuidadosamente la bolsa de diálisis con dH2O. Seque el exceso de solución presente en la cubierta
externa de la bolsa
3. Pese la bolsa de diálisis y registre éste valor
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4. Llene un beaker de 150mL con 100 ml de agua
destilada y añada aproximadamente 5 ml de
solución de Lugol
5. Tome una muestra de esta solución colóquelo en
un tubo de ensayo y agréguele reactivo de
Benedict (cuando le agrega el reactivo, caliente
la muestra con un mechero o baño de maría).
Registre el color
+
Almidón
+
Albúmina
6. Coloque la bolsa de diálisis dentro de la solución
de Lugol de forma que quede completamente
cubierta. Sujete la bolsa como se observa en la
figura 3. Anote el tiempo.
7. Diseñe una hipótesis de trabajo y una predicción
de sus resultados. Diseñe el experimento control apropiado
8. Después de 45 minutos, retire cuidadosamente la bolsa del beaker y colóquela en un recipiente seco y
limpio. Observe y registre cualquier cambio en la coloración de la solución contenida en la bolsa de
diálisis y en la solución en el beaker
9. Seque con una toalla el exceso de solución en el exterior y pese la bolsa de diálisis. Calcule el porcentaje
de cambio en el peso de la bolsa de diálisis
10. Tome una muestra de la solución del beaker y haga la prueba de Benedict nuevamente
11. Complete la tabla en el reporte.
12. En base a sus resultados, conteste las preguntas del reporte
Experimento 5.- Permeabilidad de la membrana: efecto del tamaño
molecular y la polaridad de la solución
El mecanismo mediante el cual un soluto presente entra a la célula desde el medio extracelular depende de la
polaridad del soluto y de su tamaño molecular, entre otros
Concentración y
Coeficiente
factores. Solutos no polares pasan directamente a través de la
Nombre
del
alcohol
de
Partición
membrana plasmática. Dentro de un grupo de compuestos
0.01
químicamente relacionados (compuestos no polares) aquellos con 22 M Alcohol Metílico
(32.04
gr/mol)
mayor solubilidad en lípidos pueden entrar a la célula más
0.03
rápidamente que aquellos compuestos similares pero con baja 8.5 M Alcohol Etílico
(46.07 gr/mol)
solubilidad en lípidos.
3 M Alcohol Propílico
0.13
En este experimento se observará el efecto del tamaño molecular y (60.09 gr/mol)
la polaridad de un solvente en el grado de permeabilidad de la 1.1 M Isobutil Alcohol
0.18
membrana. Para ello utilizaremos cubos o cilindros de remolacha (74,12 gr/mol)
(Beta vulgaris) cuyas células contienen una gran cantidad de
1.1 M n – Butil Alcohol
0.58
pigmento rojo denominado antocianinas. Cuando ocurre alguna
(74,12 gr/mol)
ruptura mecánica o química de la membrana plasmática, el
0.38 M Amil-alcohol
2.00
pigmento es liberado. Como agentes disruptores de la membrana,
(88.15 gr/mol)
utilizaremos distintos alcoholes que dependiendo de su estructura
molecular, posee diferentes grados de solubilidad en lípidos y tamaño molecular.
Como un índice del grado de solubilidad lipídica utilizaremos el coeficiente de partición que mide la afinidad
relativa de la sustancia en un solvente orgánico y grasa (octanol) en función de la solubilidad en agua.
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Mientras mayor es su valor, mayor es la solubilidad en octanol y solventes grasos, y por lo tanto, menor es la
polaridad.
1. Corte cubos o cilindros de remolacha, de aproximadamente el mismo tamaño. Lávelos muy bien con una
solución de 0.9% NaCl, de forma de eliminar cualquier remanente de antocianina presente.
2. Limpie los muestras de remolacha cuidadosamente con papel toalla
3. Prepare 6 tubos de ensayos pequeños, limpios y secos. Dispense las siguientes soluciones:
Tubo 1: 6-10 ml de alcohol metílico (22 M)
Tubo 2: 6-10 ml de alcohol metílico (8.5 M)
Tubo 3: 6-10 ml de alcohol propílico (3 M)
Tubo 4: 6-10 ml de alcohol butílico (1.1 M)
Tubo 5: 6-10 ml de amil-alcohol (0.38 M)
4. Coloque un pedazo de remolacha en cada tubo de ensayo. Este corresponde al tiempo 0. Evite cualquier
perturbación mecánica de los tubos
5. Registre el tiempo requerido para la liberación de la antocianina en cada tubo de ensayo. Anote éste valor
en la columna “tiempo” en su hoja de datos
6. Calcule el “coeficiente de penetración” para cada alcohol, dividiendo el tiempo (en minutos) entre su
concentración
7. Haga una gráfica que correlacione el coeficiente de penetración en función del coeficiente de partición
para cada alcohol (ver cuadro anexo)