PRÁCTICA DE BIOLOGÍA Nº 4

“Transporte a través de Membranas”

Introducción

Objetivos

Recursos

Procedimientos

Marco Teórico

Observaciones en la Práctica

Autoevaluación

Introducción

Es de capital importancia para la célula poder transportar moléculas hacia afuera y adentro de ella misma.

Todas las células controlan de forma muy específica la composición de su medio interno. Ese control es la suma de distintos mecanismos, unos pasivos y otros de control activo. La membrana plasmática es la encargada de regular el intercambio de sustancias entre el interior de la célula y el medio externo.

Objetivos

• Asimilar conceptos relacionados con la Membrana Celular y los mecanismos de difusión a través de la misma.

• Comprender en que consiste los mecanismos de Difusión, Ósmosis y Diálisis.

• Reconocer como funciona una membrana semipermeable.

• Visualizar los fenómenos de turgencia y plasmólisis.

Recursos

Humanos

• Grupo de estudiantes

• Ayudante de cátedra

Materiales

• Gelatina o clara de huevo.

• Dos huevos de gallina cocidos.

• Azul de Metileno.

• Solución de NaCl concentrada.

• Agua destilada.

• Ligas o elástico.

• Papel Celofán o Pergamino.

• Cuatro frascos de boca ancha de diferente diámetro.

• Dos tubos de ensayo.

• Mechero de alcohol.

Procedimientos

• Exposición teórica: brevemente se hablará y abordara temas como los objetivos de la práctica, materiales necesarios, procedimientos, conceptos de membrana (estructura, funciones, clases, etc.) y mecanismos de transporte de sustancias (difusión, ósmosis, diálisis, transporte de pequeñas moléculas, transporte de grandes moléculas).

• Visualización del fenómeno de diálisis, para ello:

• Llene el frasco de boca angosta con agua, añada unas gotas de azul de metileno hasta que la solución se homogenice (observe y mida el tiempo), adicione la clara de huevo o la gelatina y cubra con papel celofán o pergamino, fije con un elástico. Mézclelo y colóquelo invertido sobre el frasco de boca ancha que contenga agua pura (la membrana debe estar en contacto con el agua del frasco mayor). Observe lo que sucede.

• Compruebe que no haya pasado las proteínas del frasco de boca angosta al de boca ancha, para ello coloque una muestra de cada frasco en un tubo de ensayo y caliéntelos con el mechero. La presencia de proteínas en las muestras se hará evidente por la coagulación.

• Visualización de los fenómenos de ósmosis, turgencia y plasmólisis, para ello:

• Con los huevos cocidos, ponga uno en un frasco con agua pura, y otro en un frasco con solución salina concentrada. Observe que sucede con cada uno de ellos y luego cámbielos de medio.

Marco Teórico

LA MEMBRANA PLASMÁTICA

Concepto

Es una fina membrana que limita y relaciona el interior de la célula, el protoplasma, con el exterior. Como toda membrana biológica está constituida sobre todo por lípidos y proteínas. También hay oligosacáridos asociados a las proteínas y a los lípidos.

Asimetría y Estructura en Mosaico Fluido

Los lípidos forman una bicapa y las proteínas se disponen de una forma irregular y asimétrica entre ellos. Estos componentes presentan movilidad, lo que confiere a la membrana un elevado grado de fluidez.

Ahora bien, en la cara externa presenta una estructura fibrosa, el glicocálix, constituida por oligosacáridos. Los oligosacáridos del glicocálix están unidos tanto a los lípidos (glicolípidos), como a las proteínas (glicoproteínas). En la cara interna las proteínas están asociadas a microtúbulos, a microfilamentos y a otras proteínas con función esquelética.

Clases de Membranas

En los medios orgánicos la difusión está dificultada por la existencia de membranas. Las células están separadas del medio intercelular y de las otras células por la membrana plasmática y determinados organelos celulares están también separados del citoplasma por membranas biológicas.

En general, las membranas pueden ser: permeables, impermeables y semipermeables. Las membranas permeables permiten el paso del soluto y del disolvente, las impermeables impiden el paso de ambos y las semipermeables permiten pasar el disolvente pero impiden el paso de determinados solutos.

Funciones de la Membrana Plasmática

Intercambio. La célula va a necesitar intercambios constantes con el medio que la rodea. Necesita sustancias nutritivas y tiene que eliminar productos de desecho. La membrana es un elemento activo que "escoge" lo que entrará o saldrá de la célula.

Recepción. Muchas hormonas regulan la actividad de la célula fijándose en determinados puntos de proteínas receptoras específicas. Al existir diferentes proteínas receptoras en la membrana celular y al tener las células diferentes receptores, la actividad de cada célula será diferente según sean las hormonas presentes en el medio celular.

Reconocimiento. Se debe a las glicoproteínas de la cara externa de la membrana. Así, las células del sistema inmunológico, células que nos defienden de los agentes patógenos, van a reconocer las células que son del propio organismo diferenciándolas de las extrañas a él por las glicoproteínas de la membrana.

TRANSPORTE DE SUSTANCIAS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA

La célula necesita sustancias para su metabolismo. Como consecuencia de éste se van a producir sustancias de desecho que la célula precisa eliminar. Así pues, a través de la membrana plasmática se va a dar un continuo transporte de sustancias en ambos sentidos.

Para entender los sucesos que acontecen en el transporte celular es necesario conocer los conceptos de: Difusión, Ósmosis y Diálisis.

Difusión

Es el fenómeno por el cual las partículas de un soluto se distribuyen uniformemente en un disolvente de tal forma que en cualquier punto de la solución se alcanza la misma concentración. Así, si ponemos un grano de azúcar en un recipiente que contenga 1 litro de agua destilada y esperamos el tiempo suficiente, el azúcar se disolverá y en cualquier parte de la solución un volumen dado de ésta contendrá la misma cantidad de moléculas que cualquier otro. Esto es debido a que las moléculas del soluto se comportan, en cierto modo, como las de un gas encerrado en un recipiente desplazándose en todas las direcciones.

Ósmosis

Si a ambos lados de una membrana semipermeable se ponen dos soluciones de concentración diferente el agua pasa desde la más diluida a la más concentrada. Este proceso se denomina ósmosis y la presión necesaria para contrarrestar el paso del agua se llama presión osmótica.

La ósmosis se debe a que la membrana semipermeable impide el paso del soluto del medio más concentrado al menos concentrado, pero si puede pasar el disolvente, el agua, en la mayoría de los casos, en sentido inverso. Si se trata de un compartimiento cerrado, este aumento de la cantidad de disolvente a un lado de la membrana semipermeable es el responsable de la presión osmótica.

Al medio que tiene una mayor concentración en partículas que no pueden atravesar la membrana (soluto), se le denomina hipertónico, mientras que al menos concentrado en solutos se le llama hipotónico. Si dos soluciones ejercen la misma presión osmótica, por tener la misma concentración de partículas que no se pueden difundir a ambos lados de la membrana semipermeable, diremos que son isotónicas. Es de destacar que podemos tener dos soluciones diferentes a ambos lados de una membrana semipermeable y, sin embargo, ambas ser isotónicas entre sí. Así, por ejemplo, si a un lado de una membrana semipermeable tenemos una disolución 0,1 molal de glucosa y al otro lado una disolución 0,1 molal de fructosa, ambas soluciones son diferentes, pero como tienen el mismo número de partículas de soluto por unidad de volumen, ambas ejercerán la misma presión osmótica.

Las Células y la Presión Osmótica

El interior de la célula es una compleja solución que, normalmente, difiere del medio extracelular. La membrana de la célula, membrana plasmática, se comporta como una membrana semipermeable.

Cuando una célula se encuentra en un medio hipertónico, el citoplasma y el interior de los orgánulos formados por membranas, por ejemplo: las vacuolas de las células vegetales, pierden agua, produciéndose la plasmolisis del contenido celular. Por el contrario, si la célula se introduce en una disolución hipotónica se producirá una penetración del disolvente y la célula se hinchará: turgencia o turgescencia. En las células vegetales la turgencia no suele presentar un grave problema pues están protegidas por una gruesa pared celular. En las células animales la turgencia puede acarrear la rotura de la membrana plasmática. Así, los glóbulos rojos introducidos en agua destilada primero se hinchan y después explotan (hemólisis) liberando el contenido celular.

Diálisis

En este caso pueden atravesar la membrana moléculas de bajo peso molecular (solutos), y éstas pasan atravesando la membrana desde la solución más concentrada a la más diluida. Es el fundamento de la hemodiálisis que intenta sustituir la filtración renal deteriorada.

Mecanismo de Transporte

Los mecanismos de transporte pueden verse en el siguiente esquema:

Transporte de Sustancias de Bajo Peso Molecular

Los mecanismos que permiten a las sustancias cruzar las membranas plasmáticas son esenciales para la vida y la comunicación de las células. Para ello, la célula dispone de dos procesos:

• Transporte pasivo.

• Transporte activo.

Transporte Pasivo: Proceso de difusión de sustancias a través de la membrana; se produce siempre a favor del gradiente. Este transporte puede darse por:

I) Transporte pasivo simple (difusión simple). Ciertas sustancias como las pequeñas moléculas lipídicas (hormonas esteroideas, anestésicos, fármacos liposolubles) y sustancias apolares (sin carga eléctrica) como el O2 y N2 pueden atravesar libremente la membrana por difusión a favor del gradiente de concentración. Este tipo de transporte no requiere un gasto de energía.

Algunas moléculas polares de muy pequeño tamaño, tales como H2O, CO2, etanol y glicerina también atraviesan la membrana por difusión simple

II) Transporte pasivo facilitado (difusión facilitada). Las moléculas hidrófilas (agua, iones, glúcidos, aminoácidos...) no pueden atravesar la doble capa lipídica por difusión a favor del gradiente de concentración. Determinadas proteínas transportadoras de la membrana actúan como "puertas" para que estas sustancias puedan salvar el obstáculo que supone la doble capa lipídica. Este tipo de transporte tampoco requiere un consumo de energía pues se realiza a favor del gradiente de concentración.

Se realiza mediante dos tipos de proteínas: canales iónicos y carriers:

• Canales iónicos: permiten el paso de iones como Na+, K+, Ca2+, Cl-; presentan un poro interno, cuya apertura está regulada, por el cual atraviesan los iones desde y hacia el interior de la célula (regulados por voltaje, ligando)

• Carriers: permiten el transporte de moléculas polares (aminoácidos, monosacáridos); sufren cambios estructurales que permiten el transporte de dichas moléculas (uniport, symport, antiport)

Transporte Activo:

Cuando el transporte se realiza en contra de un gradiente químico (de concentración) o eléctrico. Para este tipo de transporte se precisan transportadores específicos instalados en la membrana, siempre proteínas, que, mediante un gasto de energía en forma de ATP, transportan sustancias a través de ésta. Mediante este tipo de transporte pueden trasladarse, además de pequeñas partículas, moléculas orgánicas de mayor tamaño, siempre en contra del gradiente de concentración o eléctrico.

El ejemplo clásico de este tipo de transporte es la Bomba de Na+/K+: la que transporta 3 Na+ hacia el exterior de la membrana y 2 K+ hacia el interior de la célula. El transporte activo de Na+ y K+ tiene una gran importancia fisiológica en el impulso nervioso; las neuronas gastan más del 70% del ATP disponible para bombear estos iones.

Transporte de Sustancias de Alto Peso Molecular

Permite la entrada o la salida de la célula de grandes moléculas envueltas en una membrana. Se trata de un mecanismo que sólo es utilizado por algunos tipos de células, por ejemplo: amebas, macrófagos o las células del epitelio intestinal.

Endocitosis

Las sustancias entran en la célula envueltas en vesículas formadas a partir de la membrana plasmática. Cuando lo que entra en la célula son partículas sólidas o pequeñas gotitas líquidas el transporte se realiza por mecanismos especiales e incluso se hace perceptible. Estos mecanismos implican una deformación de la membrana y la formación de vacuolas. Este tipo de transporte puede ser de gran importancia en ciertas células, como por ejemplo, en los macrófagos y en las amebas.

Exocitosis:

Consiste en la secreción o excreción de sustancias por medio de vacuolas, vesículas de exocitosis, que se fusionan con la membrana plasmática abriéndose al exterior y expulsando su contenido. Las vacuolas provienen de los sistemas de membranas o de la endocitosis. La membrana de la vacuola queda incluida en la membrana celular, lo que es normal teniendo en cuenta que ambas membranas poseen la misma estructura.

Observaciones de la Práctica

Grafique el cambio de coloración del agua al difundir el azul de metileno, anote el tiempo que toma para el cambio total de coloración:

Dibuje lo que sucede con el agua del frasco de boca ancha al colocar el frasco de boca angosta, y también indique en que muestra hubo coagulación por la presencia de proteínas:

Grafique que ocurre con los huevos cocidos colocados en agua pura y solución salina, e indique que fenómeno además de la ósmosis ocurrió en cada caso:

Autoevaluación

En el fenómeno de Diálisis ocurre. Señale lo correcto:

El paso del soluto entre dos soluciones de diferente concentración a través de una membrana semipermeable.

El paso de disolvente entre dos soluciones de diferente concentración a través de una membrana semipermeable.

Las partículas de un soluto se distribuyen uniformemente en un disolvente.

Todos.

Ninguno.

El paso de moléculas de pequeño peso molecular sin uso de energía se denomina:

Transporte activo.

Transporte pasivo.

Endocitosis.

Exocitosis.

Todos.

Ninguno.

Sobre la membrana celular. Señale lo incorrecto:

Limita y relaciona el interior de la célula, el protoplasma, con el exterior.

Esta compuesta por lípidos, proteínas, carbohidratos y nucleótidos.

Los lípidos forman una bicapa y las proteínas se disponen de una forma irregular y asimétrica entre ellos.

Cumple funciones de intercambio, recepción y reconocimiento.

Todos.

Ninguno.

Se conoce que la membrana celular es semipermeable y selectiva. ¿Investigue y explíquese por qué?

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Huevo cocido en Solución Salina

El huevo sufrió el fenómeno de: _________________________

Huevo cocido en Agua Pura

El huevo sufrió el fenómeno de: _________________________

El cambio de coloración en el frasco de boca ancha se debe al fenómeno de: _____________________

La coagulación de las proteínas se observó en la muestra del frasco: _______________________

Las proteínas coagulan la muestra

Frasco de boca angosta

Frasco de boca angosta

Tiempo: ____________________