PRÁCTICA No 4. COMPOSICIÓN DE LÍQUIDOS CORPORALES Y TRANSPORTE A TRAVÉS DE MEMBRANA

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2 PARA PODER IMPRIMIR ADECUADAMENTE ESTE DOCUMENTO, ES NECESARIO GUARDARLO PREVIAMENTE PRÁCTICA No 4. COMPOSICIÓN DE LÍQUIDOS CORPORALES Y TRANSPORTE A TRAVÉS DE MEMBRANA OBJETIVO Estudiar y analizar los fenómenos de ósmosis y difusión mediante experimentos básicos, para comprender su importancia en el organismo y correlacionarlo con aspectos fisiológicos. OBJETIVOS PARTICULARES Identificar y clasificar los fenómenos de difusión y de ósmosis en el mantenimiento del volumen celular y de otros procesos celulares importantes en algunos procesos clínicos. Describir y analizar los factores que determinan la difusión simple. Describir y analizar los factores que determinan la velocidad de difusión. Describir y analizar el fenómeno de ósmosis. INTRODUCCIÓN Debido a sus características fisicoquímicas el agua se considera como el disolvente universal, aún en los sistemas biológicos esta premisa es importante ya que el agua corresponde al principal componente. 1 El agua constituye del 50 al 70 % de peso corporal total (PCT), en el varón adulto promedio 18% del PCT corresponde a proteínas, 7% a minerales, 15% es a grasa y el restante 60% corresponde al agua 2. Dicho porcentaje de agua corporal se puede dividir en líquido intracelular (LIC = 40% de PCT) y líquido extracelular (LEC = 20 % de PCT), subdividida a su vez en agua plasmática (5% del PCT) y agua intersticial (15% de PCT) 3. El LEC se encuentra en constante movimiento, se transporta por medio de la sangre y se mezcla con los líquidos tisulares por difusión. 4 La difusión es el proceso por el cual un gas o un soluto disuelto se expanden como consecuencia del movimiento aleatorio (energía térmica) de sus moléculas hasta llenar todo el espacio disponible. 1 En las células, los solutos disueltos en agua se mueven a través de la membrana celular por medio de procesos pasivos como la difusión y ósmosis o por procesos activos por medio de proteínas transportadoras dependientes de ATP. 4 El proceso que seguirá un soluto para moverse a través de una membrana será determinado por la naturaleza química del soluto y por su gradiente de concentración, un soluto difundirá libremente o por medio de proteínas transportadoras si el movimiento es a favor de su gradiente de concentración, de lo contrario sólo será posible su traslado por medio de transporte activo. 1,4 La concentración de solutos en el interior y exterior de la célula, así como el movimiento de agua a

3 través de la membrana plasmática determinan el volumen celular. 3,4 La regulación de dicho volumen es muy importante ya que las células animales no pueden soportar la entrada de grandes cantidades de agua debido a que estas se hinchan e incluso, pueden llegar a lisarse. 2 Si una célula es colocada en un medio con una concentración de solutos mayores que el intracelular (y la membrana es poco permeable a dicho soluto), el agua intracelular saldrá de la célula, sin embargo si es colocada en una solución con menor concentración de solutos, el agua de la solución entrará en la célula. 5 El movimiento del agua en estas condiciones se denomina ósmosis, y la presión necesaria para evitar dicho movimiento se denomina presión osmótica. 2 Los solutos que promueven el movimiento de agua de un lado a otro de la célula son denominados osmóticamente activos. 2, 5 Es importante aclarar que la cantidad de partículas osmóticamente activas no siempre son iguales a la concentración de dicho soluto, por ejemplo, la sal común (cuya fórmula es NaCl) tiene por cada molécula de sal dos partículas osmóticamente activas, los iones sodio y cloruro. La cantidad de partículas osmóticamente activas por litro de agua se denomina osmolaridad y es de aproximadamente 300mosm/L en los eritrocitos humanos. 5 CUESTIONARIO PREVIO 1. La difusión se define como el movimiento de moléculas de una región de alta concentración a una de baja concentración Explique por qué ocurre este proceso? 2. Cómo se denomina la relación de soluto/disolvente, y con qué unidades se reporta (mencione al menos 5)? 3. Qué es ósmosis, y cuál es la diferencia con la presión osmótica? 4. Qué es la ley de Fick y que parámetros contempla? 5. En una solución de NaCl a 145 mm, Cuántos miliosmoles participan en 100 ml? BASES BIOFÍSICAS Ley de Fick J = D dn dx Concentración de sustancia % masa a masa % m masa soluto = m s masa solución 100 Densidades de los diferentes tipos de fluidos en el cuerpo.

4 METODOLOGÍA (Equipo, reactivo, material para la práctica y diagrama de flujo) a) Material y equipo 3 Vasos de precipitado de 50 ml 1 Vaso de precipitados de 250 ml 1 Vaso de precipitados de 500 ml Agua destilada Azul de metileno Lunetas de colores Caja Petri Huevos Popotes Plastilina Bolsas de celofán Hilo o ligas Disoluciones estándar para calibrar el osmómetro Osmómetro Balanza b) Procedimiento experimental El desarrollo de la práctica se realizará en dos etapas: Sección A: las primeras dos horas de clase realizará los experimentos 1 a 3 y posteriormente en las siguientes dos horas de clase el experimento 4. Sección B: las primeras dos horas de clase realizará el experimento 4 y posteriormente en las siguientes dos horas de clase los experimentos 1 a 3. Experimento 1. Factores que influyen en la difusión de una molécula en solución. Temperatura (o propiedades del disolvente) Coloque en uno de los vasos 40mL de agua destilada a 20 C, en otro vaso coloque 40 ml de agua destilada a C. Adicione a cada uno una gota de colorante azul de metileno. Después de esto, observa una diferencia en la difusión del colorante en un vaso respecto al otro? 1. Coloque en los vasos de precipitados de 40 ml con un disolvente de propiedades diferentes (Agua templada o fría, agua a C y agua con glicerina 30%). 2. Agregar una gota de azul de metileno a cada vaso (sin agitar). 3. Registrar sus observaciones durante los primeros 5 minutos. 4. Anotar el tiempo de difusión total del colorante en cada vaso.

5 Experimento 2. Factores que influyen en la difusión de una molécula en solución. Concentración Coloque una caja Petri sobre una superficie blanca (utilice una hoja blanca o el fondo de la mesa) y ponga dentro 4 lunetas de colores diferentes como si fueran los extremos de una +. Adicione lentamente agua destilada en el centro de la caja Petri, hasta cubrir casi por completo las lunetas. Registre sus observaciones cada minuto durante los primeros 5 minutos. Anote sus observaciones finales después de 10 minutos. Observa alguna diferencia con el experimento anterior? Qué pasaría si solo utilizara gotas de colorante? 1. Coloque una caja Petri sobre una superficie blanca (sobre la mesa o una hoja blanca). 2. Coloque 4 lunetas de colores diferentes dentro de la caja Petri (como si fueran los extremos de una +). 3. Agregue lentamente agua destilada en el centro de la caja Petri, hasta cubrir casi por completo las lunetas. 4. Registre sus observaciones cada minuto durante los primeros 5 minutos. 5. Observe qué pasa después de 10 minutos y anótelo. Experimento 3. Ósmosis en una membrana biológica Tome un huevo y retire cuidadosamente un poco del cascarón del extremo más ancho, tenga cuidado de no romper la membrana. Perforar el vértice opuesto completamente de manera que sea posible introducir un popote al interior del huevo. Introducir, por el orificio formado, el popote en el huevo a una profundidad tal que esté en contacto con la yema, sin romperla. Sellar y fijar el popote al huevo con ayuda de la plastilina. Colocar el huevo con la membrana expuesta hacia abajo dentro del vaso previamente llenado con agua destilada hasta el borde. Es importante que la membrana esté sumergida en el agua. Registre lo sucedido a las 2, 3 y 24 horas (llevarselo a casa). Experimento 4. Ósmosis en una membrana sintética Prepare una disolución de azúcar en agua destilada al 2.5 % (m/v), verifique los cálculos con su profesor. Tome una bolsita de celofán y llénela de la disolución de azúcar al 2.5%, amarre el extremo de la bolsita de tal forma que quede sellada. Determine la masa de la bolsa de celofán llena con la disolución. Coloque la bolsita en un vaso de precipitados de 500 ml con 200 ml de agua destilada. A los 10 minutos retira la bolsita del vaso, sécala y determina su masa, repite este paso a los 30 y 45 min.

6 Uso del osmómetro -Determine la osmolaridad teórica de la disolución de azúcar al 2.5 % que utilizó en el experimento 4. -Siga las indicaciones del profesor para el uso del Osmómetro y calíbrelo. Recuerde que primero se utiliza la disolución estándar de 500 mosm/kg y posteriormente la de 100 mosm/kg. -Una vez calibrado el equipo, determine la osmolaridad del agua destilada y posteriormente la de la disolución de azúcar 2.5 %. La osmolaridad teórica difiere de la experimental? a qué puede deberse dicha diferencia? -Determine la osmolaridad del líquido dentro de la bolsita de celofán después de que trascurrieron los 45 minutos de observación, que indica el experimento 4, y compárela con la correspondiente a la disolución de azúcar al 2.5 % hay diferencias entre ambos valores? A qué se debe la diferencia?

7 c) Diagrama de Flujo

8 Disposición de residuos Número de residuo RESULTADOS Experimento 1. Experimento 2. Experimento 3. Experimento 4. Masa de la bolsita de celofán llena de azúcar al 2.5% Masa de la bolsita de celofán llena de azúcar al 2.5% a los 10 min Masa de la bolsita de celofán llena de azúcar al 2.5% a los 30 min Masa de la bolsita de celofán llena de azúcar al 2.5% a los 45 min Uso del osmómetro. Osmolaridad teórica de la disolución de azúcar al 2.5% Osmolaridad experimental del agua destilada Osmolaridad experimental de la disolución de azúcar al 2.5% Osmolaridad experimental del líquido dentro de la bolsita de celofán a los 45 min REFERENCIAS Residuo Norma que regula su recolección Disposición R1 Agua y azul de metileno NOM-087-ECOL-SSA Tarja o desagüe R2 Agua y luneta NOM-O87-ECOL-SSA Tarja o desagüe R3 Huevo y popote R4 Bolsa de celofán y solución de azucar 1. Chang, Raymond., Química, 10ª edición, Mc Graw Hill, México D.F., Barret, K. E., Barman, S. M., Boitano, S., & Brooks, H. L. Ganong, Fisiología Médica, 23ª edición. McGraw Hill - Lange, México, Constanzo, Linda S., Fisiología, 4ª edición, Elsevier, Barcelona Hall, John E., Guyton & Hall Tratado de Fisiología Médica, 12ª edición, Elsevier Saunders, Barcelona, Fox, Stuart Ira., Fisiología Humana, 12ª edición, Mc Graw Hill, México D.F., 2011.