UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDERFACULTAD DE EDUCACION, ARTES Y HUMANIDADES

LICENCIATURA EN BIOLOGIA Y QUIMICA

Realizado por: AIDA LUZ TAPIAS RODRIGUEZ MARLY PAOLA CACERES HERRERA

PRÁCTICA N0 10: DIFUSION-OSMOSIS Y PRINCIPIOS FISICO-QUIMICOS DE LAS MEMBRANAS BIOLOGICAS

DIÁGNOSTICO EVALUATIVO

Los estudiantes al ingresar al laboratorio de Biología debe saber la importancia del movimiento

Browniano para el proceso del mecanismo de difusión.

Hoy en día es importante conocer los principios físicos-químicos de las membranas biológicas

para el mecanismo de difusión osmótica.

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; 1.1). 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.

MATERIALES

OBJETIVOS

Explicar la importancia de difusión y la osmosis en el funcionamiento celular. Dar a conocer las diversas formas en que se presentan el fenómeno de osmosis.Mencionar factores que afectan la velocidad de difusión.Reconocer la importancia del movimiento Browniano en la difusión celular.

Proteína periférica Canal de

transporte

Glicoproteína

FosfolípidosProteína integral

Colesterol

Figura 1.1

Estructura básica de la membrana.

Tinta china

NaCl 20% y 60%

Sacabocados

Papa de tamaño grande

Agua caliente – fría y del grifo

Gradilla

Microscopio

Porta y cubreobjetos

Palillos

Caja de petri

Azul de metileno

Cronometro

Rejilla para mediciones

3 tubos de ensayo

Pedacito de cartón grueso de 30 cm x 30 cm

Servilletas

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:

¿Cuándo deja de percibirse el movimiento molecular? Explicar

¿Cómo se denominan las fuerzas que causan dicha vibración molecular?

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.

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

Agua del grifo

Agua caliente Agua fría

Los cuatro tubos de ensayo con su respectiva agua

Homogenización de las sustancias

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.

¿Cuál es el concepto de medio hipotónico y medio hipertónico?

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.

FLUJO GRAMA EXPERIMENTO # 1

FLUJO GRAMA EXPERIMENTO # 2

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).

Membrana selectivamente permeable

Figura 1.2.

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.

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.

H2O

Solución hipotónica Solución isotónica Solución hipertónica

H2O H2O

Figura 1.3

Osmosis: 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)

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.

Figura 1.4

Representación esquemática del mecanismo de apertura y cierre de los canales iónicos regulados.

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

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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Figura 1.5

Esquema hipotético del cambio de conformación del carriel que permite la translocaciòn de una molécula a favor de su gradiente de concentración.

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).

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

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