Difusión y ósmosis a través de membranas celulares, Guías, Proyectos, Investigaciones de Biología general

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PRÁCTICA IV: FENÓMENOS DE DIFUSIÓN

Elaborado por: Ana Valentina Vargas Karen Duque Maria José Nuñez. Universidad de Antioquía Escuela de microbiología Laboratorio Biología General 2024-

INTRODUCCIÓN

Las membranas celulares tienen la capacidad de controlar qué sustancias pueden atravesarlas y cuánto de cada sustancia puede ingresar o salir en un momento determinado. Esta capacidad de selección es crucial para que la célula pueda nutrirse, desechar residuos y mantener un entorno interno estable, que difiere del entorno externo, garantizando así la homeostasis. Las formas más básicas de transporte a través de una membrana son pasivas. Este tipo de transporte no necesita energía por parte de la célula e implica la difusión de una sustancia a través de la membrana en la dirección de su gradiente de concentración. Un gradiente de concentración simplemente se refiere a una región en el espacio donde la concentración de sustancias cambia, y estas sustancias se moverán naturalmente desde áreas de mayor concentración hacia áreas de menor concentración. Dentro de las células, algunas moléculas tienen la capacidad de desplazarse a lo largo de sus gradientes de concentración al atravesar directamente la porción lipídica de la membrana celular, mientras que otras requieren la ayuda de proteínas de la membrana en un proceso conocido como difusión facilitada. En el proceso de difusión, una sustancia tiende a desplazarse desde una región donde su concentración es alta hacia una región donde su concentración es baja, hasta que se alcanza un equilibrio de concentración a lo largo del espacio disponible. En la difusión facilitada, las moléculas se difunden a través de la membrana plasmática con la ayuda de proteínas de la membrana, como canales y transportadoras. (Khan Academy, AP Biology ). La diálisis es una forma de filtración molecular. Es un proceso que separa moléculas de acuerdo con su tamaño, mediante el empleo de membranas semipermeables que contienen poros de dimensiones inferiores a las macromoleculares. Estos poros permiten que moléculas pequeñas, tales como las de los disolventes, sales y metabolitos pequeños, se difundan a través de la membrana pero bloquean el tránsito de moléculas mayores. (Amorós, L. et. al, 2013, p.1). La ósmosis es el fenómeno que se produce cuando dos soluciones con diferente concentración son separadas por una membrana semipermeable y el solvente difunde a través de la membrana del líquido de menor concentración al de mayor hasta equilibrar las concentraciones. Este fenómeno se produce de forma espontánea sin gasto energético y por tanto es un fenómeno de difusión pasiva. (Costas G, 2021). Los medios acuosos pueden tener diferentes concentraciones de uno o varios solutos. La concentración de solventes y solutos (por ejemplo, el agua sería el solvente y la sal el soluto en el ejemplo anterior) permite clasificar los medios acuosos por comparación con respecto a otro en: ● Medio hipotónico: cuando la concentración de soluto es menor respecto al medio con el que se compara. ● Medio hipertónico: cuando la concentración de soluto es mayor respecto al medio con el que se compara. ● Medio isotónico: cuando ambos medios tienen la misma concentración.

Los métodos utilizados durante la práctica de laboratorio fueron los siguientes: Difusión a través de membranas: a. Diálisis en membranas de celofán: Se preparó un montaje utilizando membranas de celofán y diferentes soluciones con cloruro de sodio, glucosa y almidón. El celofán se mojó y se amarró en un extremo para formar una bolsa, luego se llenó con la mezcla de soluciones y se cerró en el otro extremo. Después se lavó la bolsa y se colocó en un beaker con agua destilada. Se realizó una serie de pruebas químicas, como la reacción con lugol para identificar el almidón, la reacción con reactivo de Benedict para identificar la glucosa y la reacción con nitrato de plata para identificar el cloruro de sodio, en el agua del beaker después del reposo para determinar si los solutos habían pasado a través de la membrana de celofán. b. Ósmosis en células de elodea: Se realizaron montajes utilizando hojas de elodea sumergidas en diferentes soluciones, como agua, cloruro de calcio al 10% y cloruro de sodio al 10%. Las células de elodea fueron observadas bajo el microscopio para determinar los cambios morfológicos, que indican el movimiento de agua dentro de las células debido al gradiente de concentración entre la solución y el contenido celular. RESULTADOS Difusión a través de membranas Reconocimiento del almidón, la glucosa y el cloruro de sodio. Almidón + Lugol: Glucosa + Reactivo de Benedict: Positivo morado Positivo anaranjado H2O + Lugol: H2O + Reactivo de Benedict: Negativo transparente Negativo transparente NaCl + Nitrato de plata: Positivo blanco con precipitado H2O + Nitrato de plata: Negativo transparente

H2O del beaker donde se sumergió la membrana de celofán con su mezcla Tubo 1: H2O del beaker + Reactivo de Benedict (Negativo) Tubo 2: H2O del beaker + Lugol (Negativo) Tubo 3: H2O del beaker + Nitrato de plata (Positivo) ¿Con cuál sustancia hubo reacción positiva? Hubo reacción positiva con el cloruro de sodio. Si para alguna de las sustancias la prueba resultó negativa, ¿A qué puede deberse esto? La prueba para detectar almidón fue negativa, esto debido a que el almidón es una macromolécula muy compleja dificultando el paso por la membrana. Ósmosis en células de Elodea Elodea en su medio natural

concentración. Con respecto a la solución de cloruro de sodio entra agua a la célula, quiere decir que hay menor concentración fuera de la célula siendo una solución hipotónica DISCUSIÓN Es importante entender cómo funciona una célula y como pasan algunas sustancias a través de la membrana, en esta práctica se pudo evidenciar como se da este paso de manera eficiente y siguiendo el principio de difusión a favor del gradiente de concentración. Observamos cómo las moléculas se mueven desde regiones de mayor concentración hacia regiones de menor concentración hasta alcanzar un estado de equilibrio. Además de la identificación con pruebas específicas de sustancias que pasan por la membrana. Al realizar la parte de difusión a través de membranas, el tubo que contenía H2O del beaker + Reactivo de Benedict debió de arrojar un resultado positivo, esto no ocurrió debido al poco tiempo que se dejó en baño maría y esto dificulta la identificación de la glucosa. En el resto de la práctica se obtuvieron los resultados esperados. PREGUNTAS:

1. ¿En el modelo representado en la figura 1 ocurriría ósmosis y diálisis simultáneamente? Explique. Si, puede haber ósmosis al haber una diferencia de concentraciones, en el medio que haya mayor concentración va a pasar el agua para igualar las concentraciones de agua a ambos lados de la membrana y la diálisis ocurre cuando pasan a través de la membrana molécula de pequeño tamaño como sales minerales e iones. 2. Cuando se le agrega sal a un mango, se ve que al cabo de unos minutos suelta agua. ¿Cómo explica ese fenómeno? Cuando se agrega sal al mango, se produce ósmosis ,la ósmosis es el movimiento del agua a través de una membrana semipermeable desde un área de baja concentración de solutos (en este caso, el interior de las células del mango) hacia un área de alta concentración de solutos (la solución salina agregada), La sal que se agrega al mango crea un gradiente de concentración, lo que indica que el exterior del mango tiene una concentración de solutos mayor que el interior de las células del mango por tanto, el agua dentro de las células del mango se mueve a través de la membrana celular hacia el exterior del mango, donde se encuentra la solución salina. El movimiento de agua hacia el exterior del mango hace que las células se deshidraten lo que causa que se arruguen y se encojan y el agua liberada por las células del mango se mezcla con la solución salina, creando una mezcla de agua y sal que viene siendo el líquido que se observa en la superficie del mango. 3. Si se le agrega agua destilada a una muestra de sangre, ¿qué le sucederá a los glóbulos rojos? Explique.

Cuando se agrega agua destilada a una muestra de sangre, el agua dentro de la muestra se empezará a mover por Ósmosis desde el área que tiene menor concentración (agua) hasta el área donde hay una mayor concentración (sangre), esto se da ya que el la sangre tiene una mayor concentración de solutos que el agua destilada por lo tanto; los glóbulos rojos en la sangre, que contienen una alta concentración de solutos en su interior, experimentan un aumento en el volumen de agua en su ambiente lo cual puede hacer que los glóbulos rojos se hinchen y eventualmente se rompan debido a la presión osmótica excesiva. A la ruptura de los glóbulos rojos se le llama Hemólisis que es la ruptura de los glóbulos rojos y la liberación de su contenido celular en el plasma circundante, la hemólisis puede tener consecuencias graves, ya que libera hemoglobina y otros componentes celulares en el plasma.

4. Para mantener la lechuga con su frescura y textura naturales, se pone en agua. ¿Por qué? Poner la lechuga en agua es un método que utilizamos para mantenerla fresca y con su textura natural ya que el agua puede proporcionarle: hidratación, reducir su temperatura y finalmente reavivar ya que la lechuga es principalmente agua, y al sumergirla en agua fresca, se rehidrata y restaura su turgencia lo cual ayuda a mantener su textura crujiente y fresca, ya que la deshidratación puede hacer que las hojas se marchiten y pierdan su firmeza. 5. En esta práctica usted pudo comprobar que el almidón no pasa a través de la membrana de celofán, la cual se comporta de manera similar a una citoplasmática. ¿Quiere decir esto que el almidón que usted ingiere es desechado? Explique. ¿Sucederá lo mismo con las moléculas de proteína? Explique. No necesariamente el hecho de que el almidón no pase a través de la membrana de celofán implica que este sea desechado por el cuerpo ya que cuando ingerimos alimentos que contienen almidón, como cereales, tubérculos o legumbres, el proceso digestivo comienza en la boca, donde la enzima amilasa salival comienza a descomponer el almidón en moléculas más pequeñas, como lo son los azúcares simples. Estas moléculas más pequeñas pueden pasar a través de la membrana celular en el intestino delgado y ser absorbidas por las células del revestimiento intestinal para luego ser transportadas a través del sistema circulatorio hacia diferentes partes del cuerpo, donde se utilizan como fuente de energía o se almacenan para uso futuro; A diferencia las proteínas son moléculas más grandes y complejas que el almidón y durante la digestión, las proteínas se descomponen en aminoácidos por enzimas digestivas como la pepsina en el estómago y diversas enzimas en el intestino delgado. 6. Cuando a las plantas se les echan fertilizantes en exceso, generalmente mueren. ¿Cuál es la razón de ello? El exceso de fertilizantes en las plantas puede causar la muerte de estas por varias razones las cuales pueden ser: ● Toxicidad de nutrientes: Los fertilizantes suelen contener altas concentraciones de nutrientes como nitrógeno, fósforo y potasio, entre otros. Cuando se aplican en exceso, estos nutrientes pueden acumularse en el suelo y alcanzar niveles tóxicos para las plantas. Por ejemplo, altas concentraciones de nitrógeno pueden causar quemaduras en las raíces y dañar los tejidos vegetales, lo que interfiere con la absorción de agua y nutrientes.

uso de membranas de celofán y elodea para estudiar el movimiento de solutos a través de membranas selectivamente permeables y observar cambios morfológicos en las células debido a gradientes de concentración. El documento proporciona información detallada sobre los procesos de difusión, ósmosis y diálisis, arrojando luz sobre su importancia en la estructura celular, el intercambio de sustancias, la regulación del equilibrio osmótico y la homeostasis celular.

2. Las pruebas químicas específicas empleadas durante los experimentos permitieron identificar la presencia de almidón, glucosa y cloruro de sodio en las soluciones. Por ejemplo, la solución de Lugol se utilizó para detectar almidón, el reactivo de Benedict para glucosa y nitrato de plata para iones cloruro. Estas pruebas facilitaron el reconocimiento de las sustancias que atravesaron las membranas de celofán y sus efectos sobre las soluciones.
3. Las observaciones de cambios en la estructura y distribución de los cloroplastos en células de elodea sumergidas en diferentes soluciones nos permitieron ver sobre los efectos de la ósmosis. Las variaciones en la morfología celular y la distribución de los cloroplastos indicaron fenómenos como la plasmólisis y la presión de turgencia, destacando el impacto de los gradientes de concentración en las estructuras celulares.
4. Finalmente pudimos obtener una comprensión integral de los fenómenos de difusión a nivel celular, enfatizando su papel en el mantenimiento de la homeostasis celular y la regulación del intercambio de sustancias y los experimentos realizados y los resultados obtenidos nos dan claridad sobre los mecanismos de difusión, ósmosis y diálisis que son procesos biológicos fundamentales de la célula. BIBLIOGRAFÍA Probelte. (2019, 29 agosto). ¿Qué impacto tiene el exceso de fertilizantes para los cultivos? Probelte España. https://probelte.com/es/noticias/que-impacto-tiene-el-exceso-de- fertilizantes-para-los-cultivos/#:~:text=El%20exceso%20de%20fertilizante %20tiene,sales%20que%20contienen%20estas%20sustancias. Khan Academy. Biología Avanzada.(AP Biology) Lección 6: Difusión y transporte pasivo. https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/cell-structure-and-function/facilitated- diffusion/a/diffusion-and-passive-transport

Costas, G. (2021, 8 diciembre). Ósmosis:¿qué es, cómo funciona y para qué sirve? | cienciaybiologia.com. Ciencia y Biología. https://cienciaybiologia.com/osmosis/#rb- Qu-es-la-smosis https://espanol.kaiserpermanente.org/es/hawaii/health-wellness/healtharticle.how-our- bodies-turn-food-into-energy#:~:text=Cuando%20el%20est%C3%B3mago %20digiere%20la,liberan%20en%20el%20torrente%20sangu%C3%ADneo. Amorós, L., Amaya, E., et-al. (2013). Diálisis y Ultrafiltración. http://ufq.unq.edu.ar/Docencia-Virtual/BQblog/Dialisis%20y%20ultrafiltracion.pdf