Práctica No. 1: Transporte a través de membrana.

Transcripción

1 Práctica No. 1: Transporte a través de membrana. I. Introducción La célula, ya sea animal o vegetal, se encuentra separada del exterior o del medio en el cual se encuentra por una estructura que cumple distintas funciones de gran importancia, la membrana celular. Entre estas funciones se encuentran: protección, aislar selectivamente el contenido de la célula del ambiente externo; regular el intercambio de sustancias entre el interior y exterior celular de forma permeable, es decir todo aquello que entra y sale; y de igual forma se encarga de la comunicación intercelular en cada organismo (Raisman y González, 2013), así como de la generación de concentraciones distintas entre compartimientos intracelulares y extracelulares, además de generar señales para modificar el metabolismo y adherir células para formar tejidos (Koolman, 2005; Miller y Harley, 2001). La membrana celular está formada por una capa doble de fosfolípidos, proteínas y carbohidratos; son barreras selectivas que componen las células y forman compartimientos intracelulares. 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, incluyendo 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 doble capa. 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 (Velez, 2010, p.1). Homeostasis: Al existir una barrera de este tipo da lugar una permeabilidad que puede ser medible. La permeabilidad de la membrana permite un transporte controlado de sustancias dependiente de varios factores, como lo es el tamaño de la molécula o su polaridad, lo que determinará el medio interno y la homeostasis. La homeostasis se refiere al mantenimiento constante de la concentración de compuestos para mantener los parámetros fisiológicos normales (Koolman,2005; Miller y Harley, 2001). Para las células, la composición de los líquidos que las rodean debe ser constante en todo momento, por ello, estas desarrollan una serie de mecanismos de transporte para lograr dicho equilibrio (Tortora, 2012). Se pueden mencionar como ejemplos homeostáticos, las propiedades amortiguadoras de los líquidos corporales, los ajustes renales y respiratorios en presencia de excesos de ácidos o álcalis. Muchos de estos mecanismos reguladores operaran con base en los principios de Retroalimentación Negativa. Las desviaciones de un punto de ajuste normal dado son detectadas por un sensor y las señales procedentes de este último desencadenan cambios compensadores, que continúan hasta alcanzar de nuevo dicho punto de ajuste. Los mecanismos de regulación homeostática en la mayoría de los casos involucran el Transporte biológico.

2 Figura No. 1 simplificación esquemática de la retroalimentación negativa. Cualquier animal necesita que numerosos materiales se trasladen a través de las membranas celulares y los epitelios en cantidad suficiente para reabastecer las células o los tejidos con las materias primas indispensables, evacuar desechos o mantener la composición adecuada de los líquidos corporales y desempeñar otras funciones destinadas a preservar la integridad animal. Por lo tanto, necesita de mecanismos o componentes que permitan el paso que a través de la membrana celular que sean específicos para cada sustancia (Hill, Wyse y Anderson, 2006). Así, dentro de los mecanismos que permiten el paso de sustancias a través de la membrana encontramos que estos se pueden caracterizar en transporte no mediado (difusión simple) y transporte mediado por proteínas específicas con o sin uso de energía (Voet y Voet, 2006). La difusión constituye una de las principales formas de movimiento de sustancias entre las células y una de las formas en que las pequeñas moléculas cruzan la membrana celular (Raisman y González, 2013). Entre las principales formas de transporte se pueden encontrar: Transporte pasivo: Difusión simple: se da cuando las sustancias disueltas en compartimentos separados por una membrana biológica tienden a pasar espontáneamente a través de esta desde donde la concentración de dicha sustancia es mayor a la de menor concentración (Garrahan y Rega, 1977). Algunas moléculas de pequeño peso molecular atraviesan la membrana celular por difusión, a través de la capa de fosfolípidos. Algunos elementos que difunden a través de la membrana son: el agua, oxígeno, dióxido de carbono, esteroides, vitaminas liposolubles, urea, glicerina, alcoholes de distinto peso molecular, entre otros. Difusión facilitada: sucede cuando la membrana puede volverse permeable a una sustancia, debido a la acción de una proteína portadora específica integrada a la membrana, que se combina con la partícula de soluto y acelera el movimiento de éste a través de la membrana. Un ejemplo de este tipo lo constituye el paso de la glucosa. Algunas sustancias iónicas también pueden cruzar la membrana plasmática por difusión, pero empleando los canales constituidos por proteínas integrales llenas de agua. Se da para pequeñas moléculas polares, como los aminoácidos, monosacáridos, y otros. Algunos ejemplos notables son el Na +, K +, HCO 3 y el Ca ++.

3 Figura No. 2 Esquematización de transporte a través de membrana del tipo pasivo. Transporte activo: se define como el paso de soluto a través de membrana biológica en contra de un gradiente de concentración o eléctrico que requiere de energía. Transporte activo primario: En el transporte activo primario, la energía derivada de la hidrólisis de ATP cambia la forma de una proteína portadora, que "bombea" una sustancia a través de la membrana plasmática en contra de su gradiente de concentración. De hecho las proteínas transportadoras son llamadas bombas. El más característico ejemplo de este tipo de transporte es la Bomba de sodio y potasio. En condiciones normales existe una concentración alta de potasio y una baja de sodio en el interior de la célula, debido a que estos iones son utilizados para diversas funciones fisiológicas. Constantemente ocurre una extracción de Sodio desde el interior hacia el exterior y simultáneamente la introducción de potasio. Este sistema puede estar correlacionado con el movimiento de sustancias de mayor peso molecular como la glucosa. Figura No. 3 - transporte a través de membrana de tipo activo, Bomba de sodio y potasio. Transporte activo secundario: la energía almacenada en un gradiente de concentración de Na+ o H+ se utiliza para conducir otras sustancias a través de la

4 membrana contra sus propios gradientes de concentración. Debido a que un gradiente de Na+ o H+ se establece por transporte activo primario, el transporte activo secundario indirectamente utiliza la energía obtenida a partir de la hidrólisis de ATP. En el transporte activo secundario, una proteína portadora se une simultáneamente al Na+ y otra sustancia y luego cambia su forma a fin de que ambas sustancias atraviesen la membrana al mismo tiempo. Si estos transportadores transportan dos sustancias en la misma dirección son llamados simporte, por el contrario, si se mueven dos sustancias en direcciones opuestas a través de la membrana son llamados antiporte. Figura No. 4 - transporte activo secundario. II. Objetivos Identificar factores que afectan la integridad de las membranas. Comprobar algunas propiedades de las membranas biológicas, como lo es la permeabilidad selectiva, y el efecto que pueden tener algunos agentes químicos sobre las mismas. III. Materiales NaOH 0.01N Ácido acético 0.01N Fenolftaleína beackers de 500 ml Pipetas Pajillas Porción serosa de intestino de cerdo previamente humedecido. Hilo. Tijeras. IV. Procedimiento 1. Suavizar el intestino de cerdo colocándolo en un recipiente con agua durante al menos 15 min. Preparar una solución neutra de agua, asegurando su neutralidad mediante un indicador como fenolftaleína. Podrá llevarse a la neutralidad agregando gota a gota NaOH 0.01N o Ácido Acético 0.01N. La solución deberá quedar rosada al agregar una última gota de NaOH. Recuerde que el

5 viraje será con una única gota. 2. En un beaker con 80 ml de esta solución, utilice una pipeta o pajilla para burbujear CO 2 hasta lograr el viraje. Por qué cambia el color del indicador? 3. Agregue 60 ml de la solución inicial con fenolftaleína en dos bolsas de intestino sin que queden burbujas de aire dentro, asegúrese de sellarla adecuadamente amarrando con hilo. 4. Introduzca una de las bolsas de intestino en un beaker con 150 ml de la solución inicial y burbujee por fuera de la bolsa hasta que la solución externa vire a transparente. Siga burbujeando un minuto y deje el sistema en reposo por media hora. Qué pasa con la solución interna? Explique lo acontecido. 5. Con la segunda bolsa, repita el procedimiento de la primera, pero en lugar de burbujear agregue una gota de ácido acético a la solución externa o hasta que se ponga transparente. Deje reposar el sistema media hora. Explique lo que le sucede al sistema 6. Prepare una tercera bolsa como blanco y métala en 150 ml de la solución. V. Informe de laboratorio Explicar el transporte a través de membrana por difusión facilitada. Cuál es la diferencia entre difusión y ósmosis? Mencionar compuestos químicos que atraviesan la membrana celular con gran facilidad. Indicar el mecanismo de transporte por el que ingresan a la célula los Azúcares y los Aminoácidos. Responder a las preguntas mencionadas en el procedimiento. Discutir el por qué? del cambio de color en las distintas soluciones con el intestino de cerdo. VI. Bibliografía Garrahan, P. J., & Rega, A. F. (1977). Transporte a través de la membrana celular. Programa Regional de Desarrollo Científico y Tecnológico, Departamento de Asuntos Científicos, Secretaría General de la Organización de los Estados Americanos. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Universidad de Buenos Aires. Argentina. 80 pp. Hill, R., G. Wyse, y M. Anderson. (2006). Fisiología Animal. España: 3ra Ed. Ed. Med. Panamericana.1038 pp. Koolman, J. (2005). Bioquímica: texto y atlas. Miller, S. y J. Harley. (2001). Zoology. 5ta Ed. McGraw-Hill.540 pp. Raisman, J. y González, A. M. (2013). La membrana celular. Argentina. Recuperado de: Tortora, G. y Derrickson, P. (2012). Principios de Anatomía y Fisiología (12ª. ed.). México: Médica Panamericana Velez, J. (2010). Laboratorio 7: La membrana y el transporte celular. Recuperado el 24 de Julio de 2011, de Voet, D. y J. Voet. (2006). Bioquímica. Buenos Aires: 3ra Ed. Ed. Médica Panamericana