Práctica 1. Osmosis PDF

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Práctica 1. Osmosis...

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PRÁCTICA 1 ÓSMOSIS OBJETIVO Calcular la presión osmótica de una solución y predecir la dirección del movimiento osmótico del agua en los compartimientos líquidos corporales MARCO TEÓRICO El término osmosis se refiere al movimiento de agua a través de una membrana semipermeable, debido a una diferencia en la osmolaridad o concentración de solutos a ambos lados de la membrana, lo que genera una diferencia de presión osmótica, fuerza necesaria para el movimiento de agua. En la figura 2-1 se ejemplifica como la osmolaridad produce movimiento de agua a través de una membrana. En esta figura, en A se observan dos compartimientos; en el uno hay un soluto en solución y en el dos hay solo agua; los dos compartimientos están separados por una membrana permeable del agua, pero impermeable al soluto. Después de algún tiempo, la situación cambia, como se observa en B: la cantidad de agua en el compartimiento uno aumenta y en el dos disminuye gasta alcanzar un nuevo nivel de equilibrio. El movimiento de agua del compartimiento dos al uno ocurrió debido a que se generó una presión osmótica en el compartimiento uno y el movimiento de agua se detuvo cuando la cantidad de agua en el compartimiento uno aumento la presión hidrostática de este compartimiento hasta un valor suficiente para contrarrestar la presión osmótica. En otras palabras, el movimiento osmótico del agua se detiene, debido a la presión osmótica que atrae agua hacia el compartimiento uno es igual a la magnitud que la presión hidrostática en este mismo compartimiento que tiende a sacar agua de él.

En este momento es importante señalar que el movimiento osmótico del agua a través de una membrana es diferente a la difusión de agua a través de ella. El movimiento osmótico es más rápido que la difusión y la fuerza impulsora es una diferencia de presión. La razón de que el movimiento osmótico sea más rápido es que este se basa en la ley de Poiseuille, que establece que el flujo a través de un tubo es proporcional al radio del tubo elevado a la cuarta potencia, en este caso el tubo está representado por los canales en la membrana celular a través de los cuales se mueve el agua. Por otro lado, la difusión se debe a una diferente concentración de moléculas de agua a ambos lados de la membrana. Esta diferencia de concentración en la fuerza impulsora, por lo que, igual que en todo proceso de difusión, el movimiento del agua a través de la membrana es proporcional a la superficie que se atraviesa, lo que corresponde al área

de los canales, y si área= r2, eventos en este caso de flujo de agua es proporcional al radio de los canales en la segunda potencia. El movimiento osmótico del agua depende, por tanto, de la magnitud de la presión osmótica que se genera, y está a su vez está dada por dos factores: osmolaridad de la solución, es decir número de partículas en solución y habilidad de la membrana al soluto. En relación con el primer punto, existen vehículo directo entre el número de partículas y la magnitud de la presión osmótica que se genera. Para ver cómo influye el segundo factor, que es la permeabilidad de la membrana al soluto, se presenta tres ejemplos:   

Membrana impermeable al soluto: el soluto es incapaz de atravesar la membrana. Membrana poco permeable al soluto: el soluto atraviesa difícilmente la membrana. Membrana permeable el soluto: el soluto de la dice libremente la membrana.

En estos tres ejemplos se ve claramente que cuando es soluto no a traviesa la membrana se genera la mayor presión osmótica, y por tanto, en la ósmosis o movimiento de agua es mayor (figura 22); en tanto que en el otro extremo, cuando el soluto atraviesa libremente la membrana, no se genera presión osmótica y por tanto no hay ósmosis (fig 2.4), Aunque en sentido estricto se generan algo de presión osmótica transitoria al inicio, que desaparece cuando la concentración de soluto se Iguala a los dos lados de la membrana; es decir, cuando la osmolaridad es igual. Entre estos dos extremos están todos los valores intermedios, como se ve en la figura 2.3, en la que el soluto sí atraviesa la membrana pero no alcanza a igualar la osmolaridad; en este caso se genera una presión osmótica de menor magnitud que en la fig 2.2 y por tanto la ósmosis es mejor menor.

Es frecuente confundir el significado, de los términos hipo-, hiper- e isoosmótico con os de hipo-, hiper-, isotónico. Para diferenciarlos hay que recordar que la osmosis depende del número de partículas libres en una solución y la tonicidad depende de la capacidad de generar presión osmótica. La unidad utilizada con mayor frecuencia para medir la presión osmótica es el mmHg, y a la temperatura corporal una solución con una concentración de 1 mOsm/L produce una presión de 19300 mmHg, lo que corresponde a 19.3 mmHg de presión por cada mOsm/L. Por lo tanto, la presión osmótica calculada para los líquidos corporales con una osmolaridad de 290 mOsm/L es de 5597 mmHg; el valor real es algo menor debido a que los líquidos corporales no son soluciones ideales, por lo que los iones en solución no se encuentran depositados por completo. Por otro lado, la unidad de presión de acuerdo al Sistema Internacional de Unidades es el pascal; cada mmHg de presión equivalente es a 0.133kPa, por lo que la presión osmótica de los líquidos corporales de 5597 mmHg equivalente 744kPa. DEFINICIONES  

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Osmolaridad: Concentración de las partículas osmóticamente activas contenidas en una disolución, expresada en osmoles o en miliosmoles por litro de disolvente. Tonicidad: Es la capacidad de una solución extracelular de mover el agua hacia adentro o hacia afuera de una célula por ósmosis. La tonicidad de una solución está relacionada con su osmolaridad, que es la concentración total de todos los solutos en la solución. Solución isotónica: Las disoluciones isotónicas son aquellas donde la concentración del soluto es la misma ambos lados de la membrana de la célula, por lo tanto, la presión osmótica en la misma disolución isotónica es la misma que en los líquidos del cuerpo y no altera el volumen de las células.

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Solución hipotónica: Una solución hipotónica es aquella que tiene menor concentración de soluto en el medio externo en relación al medio citoplasmático de la célula Solución hipertónica: Una solución hipertónica es aquella que tiene mayor concentración de soluto en el medio externo, por lo que una célula en dicha solución pierde agua (H 2O) debido a la diferencia de presión, es decir, a la presión osmótica , llegando incluso a morir por deshidratación. La salida del agua de la célula continúa hasta que la presión osmótica del medio externo y de la célula sean iguales.

OBJETIVO Calcular la presión osmótica de una solución y predecir la dirección del movimiento osmótico del agua. HIPÓTESIS En el primer experimento, la membrana del eritrocitos estará expuesta a diversas soluciones hipo-, hiper e isoosmótica por lo que se observará un cambio en su volumen. En el segundo experimento, se observarán cambios en la consistencia de la papa, ya que, de igual manera, será expuesta a soluciones de diferentes concentraciones. ACTIVIDADES Ósmosis a través de la membrana celular En situaciones normales, la osmolaridad del líquido intracelular y extracelular es la misma, con un valor de 290+- 10 mOsm/L, por lo que estos líquidos también son isotónicos. Sin embargo, si la osmolaridad del plasma disminuye y los solutos del líquido intracelular no pueden atravesar libremente la membrana, el líquido intracelular se vuelve hiperosmolar e hipertónico, con respecto al plasma con generación de presión somática que mete agua a la célula, lo que provoca aumento de volumen que puede llegar a la ruta celular, lo que provoca aumento de volumen que puede llegar a la rotura celular. Por lo contrario, cuando la osmolaridad del plasma aumenta a expensas de un soluto que no atraviesa libremente la membrana celular, el plasma se vuelve hiperosmolar e hipertónico con respecto al líquido intracelular, lo que provoca la salida de agua de las células con disminución de su tamaño. El efecto de soluciones con diferente tonicidad puede demostrar fácilmente en los glóbulos rojos, que en una solución hipotónica se hinchan, pierde la concavidad central y puede llegar a librarse con salida de hemoglobina; esto se observa fácilmente a simple vista, pero si se expone a una solución hipertónica disminuye su volumen y pierde su apariencia redondeada y forma crenocitos. Para demostrar experimentales:

lo

anterior,

realícese

las

siguientes

maniobras

Ósmosis a través de la membrana de los eritrocitos En este experimento se requiere el uso de sangre; si la muestra proporcionada es de sangre humana, deben utilizarse guantes desechables y tomarse todas las precauciones para el manejo adecuado de muestras de sangre (Apéndice 1). 

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Prepare 100ml de las siguientes cuatro soluciones: o Solución A: NaCl al 1.8% o Solución B: NaCl al 0.9% o Solución C: NaCl al 0.4% o Solución D: Solución glucosada al 5% Agite suavemente el fracaso que contiene la sangre anticoagulada a fin de mezclarla por completo. Marque un tubo capilar para microhematócrito como control normal; se llena y se coloca aparte, y éste será un control normal que se utilizará porteriormente. Marque cuatro tubos ensayo con las letras A, B, C, D y póngase 5 ml de sangre en cada tubo. Marque un portaobjetos como control normal. Obtenga una gota de sangre del tubo A; se coloca en el portaobjetos marcado como control normal y se realiza la tinción de Wright corforme a los siguientes pasos: o Se extienden las células (frotis) o Se deja secar el frotis o Se coloca el portaobjetos sobre las dos varillas puestas en la tarja del laboratorio. o Se cubre el frotis con una gota correspondiente a la solución que les corresponda durante 5 min. o Se cubre con el cubreobjetos o Se coloca junto con el tubo ce microhematocrito de control normal para ser observado al microscopio posteriormente. o Centrifugue las cuatro tubos de ensayo A, B, C y D a 3000 Hz durante 4 min, para separar las células del plasma. o Mida el volumen del plasma en cada tubo de ensayo, anótelo en el cuadro correspondiente del reporte del laboratorio, y sustitúyalo por un volumen igual de las soluciones A, B, C y D; mezcle, espere 5 min, observe las diferencias entre los tubos y descríbalas en el cuadro correspondiente del reporte del laboratorio. o Marque cuatro portaobjetos con las letras A, B, C y D. o Obtenga de cada tubo de ensayo una gota de sangre, póngala en el portaobjetos correspondiente y realice lo ya descrito previamente. o Identifique cuatro tubos capilares para microhematocrito, tomando la muestra del tubo de ensayo correspondiente A, B, Cy D. o Coloque en la microcentrifuga para microhematocrito los cuatro tubos capilares para microhematocrito A, B, C y D, junto con el capilar control normal y centrifugue por 5 min.

o Lea los cinco tubos para microhematocrito y escriba los resultados en el cuadro correspondiente del informe de laboratorio. o Observe en el microscopio los cinco frotis al 40x utilizando una gota de la solución correspondiente. Dibuje y escriba la forma de los eritrocitos en cada uno de ellos en el informe de laboratorio. INFORME DE LABORATORIO 



Calcule la osmolaridad y la presión osmótica que se genera a 37°C para cada una de las cuatro soluciones empleadas, asumiendo un valor de σ de 1: Solución

Osmolaridad

A. NaCl 1.8% B. NaCl 0.9% C. NaCl 0.4% D. Solución glucosada 5%

616 mOsm/l 300 mOsm/l 145 mOsm/l 300 mOsm/l

Presión osmótica en mHg 43.85 mmHg 21.35 mmHg 10.32 mmHg 21.35 mmHg

Presión osmótica en kPa 5.84 2.84 1.37 2.84

Anote el volumen plasmático sustituido y las observaciones de cada uno de los tubos de ensayo: Solución

Volumen sustituido 0.4 ml

A. NaCl 1.8% 0.6 ml B. NaCl 0.9% C. NaCl 0.4%

0.5 ml 0.4 ml

D. Solución glucosada 5%

Observaciones Su color se tornó brillante y fue uno de los que menos volumen se le sustituyó. Su color se tornó oscuro y fue al que mayor volumen le fue sustituido. Su color se tornó oscuro Su color se tornó brillante y fue uno de los que menos volumen se le sustituyó.

Lecturas obtenidas en los tubos capilares para microhematocrito: Solución Control normal A. NaCl 1.8% B. NaCl 0.9% C. NaCl 0.4% D. Solución glucosada 5%

Lectura 42 32 41 45 51

Dibujos de los frotis vistos al microscopio Tubo

Imagen

Observaciones

Control normal

Eritrocitos normocíticos.

A

Eritrocitos deshidratados, de tamaño pequeño

B

Eritrocitos normocíticos.

C

Eritrocitos hinchados, de tamaño mayor al normal

D

Eritrocitos deshidratados, de tamaño pequeño

La lectura del microhematocrito es diferente porque las soluciones utilizadas en la práctica tenían diferentes concentraciones, por lo que los glóbulos rojos de deshidrataron o hincharon a causa de la ósmosis. Deshidratándose en una solución hiperosmótica, hinchándose en una hipoosmótica o manteniendo un volumen constante en una isoosmótica. Ósmosis a través de la membrana de células vegetales La membrana de las células vegetales también puede usarse para demostrar el movimiento osmótico del agua 

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  

Prepare las siguientes soluciones o Solución A: Agua destilada o Solución B: NaCl sl 0.4% o Solución B: NaCl al 0.9% o Solución C: NaCl al 5% o Solución D: NaCl al 10% Obtenga de la parte interna de una capa (sin cascara) cinco piezas de unos 5cm de longitud y 1cm de diámetro. Determine el volumen de cada pieza: sumérjalo en un volumen conocido de agua contenido en una probeta graduada de 8ml, y mida el aumento en el volumen de agua en la probeta. Anote los valores obtenidos en el cuadro de informe de laboratorio en la columna “Antes”. Espere dos horas, saque la pieza de papa de la solución y mida nuevamente el volumen en la forma antes descrita. Anote los resultados en el cuadro del informe de laboratorio en la columna “después” Calcule el porcentaje de variación en cada una de las piezas de papa y anote el valor en el cuadro del informe de laboratorio en la columna “variación”, especifique si hubo aumento (+) o disminución (-).

INFORME DE LABOTATORIO 

Calcule la osmolaridad y la presión osmótica que se genera a 37°C para cada una de las soluciones empleadas, asumiendo valor de 1. Solución A. NaCl 1.8% B. NaCl 0.9% C. NaCl 0.4% D. Solución glucosada 5%

Osmolaridad 616 mOsm/l 300 mOsm/l 145 mOsm/l

Presión osmótica en mHg 43.85 mmHg 21.35 mmHg 10.32 mmHg

Presión osmótica en kPa 5.84 2.84 1.37

300 mOsm/l

21.35 mmHg

2.84



Escriba el volumen de las piezas de papa

Pieza A. Agua destilada B. NaCl 1.8% C. NaCl 0.9% D. NaCl 0.4% E. Solución glucosada 5% 

Antes 10 10.5 10.25 10.75

Después 8.8 7.6 8 9

10.5

8.6

Variación 10% + 5% 0% 12.5% + 7.5%

+

Explique las variaciones en el volumen de las cinco piezas de papa

La membrana de las células, por medio de las osmolaridad, al ser expuestas a soluciones de diferente osmolaridad, se hincharon o deshidrataron en un intento de regular la concentración de la solución, lo que se vio reflejado en el aumento o pérdida del volumen de cada una de las soluciones y el cambio de consistencia de los trozos de papa. CÁLCULO DE LA PRESIÓN OSMÓTICA Y PREDICCIÓN DE LA DIRECCIÓN DEL MOVIMIENTO OSMÓTICO En los siguientes esquemas, las dos ramas del tubo están separados por una membrana semipermeable que sólo permite el paso del agua; considere la osmolaridad de las soluciones contenidas en cada una de las ramas del tubo para indicar si ocurre ósmosis y en qué dirección.

Explicación: El agua de la rama derecha pasará hacia la rama izquierda para igualar las concentraciones, aumentando la concentración del lado derecho y diluyendo la del lado derecho.

Explicación: No ocurre osmosis, ya que las soluciones van a permanecer estables debido a que las concentraciones en ambas partes de la membrana son semejantes.

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En el siguientes esquela se colocó un pistón para aplicar presión en la rama derecha del tubo; la presión aplicada por este medio es de +0.18 MPa. En este mismo tubo se determina que la presión osmótica ejercida por una solución 0.2 molar de manitol es de 0.36 MPa. Con esta información y los datos adicionales que se muestran en la gráfica, determine si hay o no ósmosis y en qué dirección.

Explicación: No ocurre osmosis, ya que las soluciones van a permanecer estables debido a que las presiones osmóticas ejercidas a ambos lados de la membrana igualan las presiones. 

En la siguiente ilustración, la membrana que separa las dos ramas del tubo es permeable al agua y a la glucosa. Tome en cuenta las condiciones que se muestran en la gráfica y determine si ocurre movimiento osmótico y en qué dirección.

Explicación: La osmosis ocurrirá de derecha a izquierda por la mayor concentración de soluto. CONCLUSIÓN La difusión es la base de un mecanismo de transporte pasivo en los potenciales de membrana. Es un intento por equilibrar las concentraciones de un determinado soluto que se encuentra en ambos lados de una membrana permeable a éste. Entonces, el mecanismo de difusión se expresará enviando al soluto desde la zona en donde se encuentre más concentrado, hacia la zona en donde se encuentra menos concentrado. Hay situaciones en las que los solutos no atraviesan con facilidad la membrana, por presentar ésta una permeabilidad selectiva. Tras la elaboración de la práctica, y la investigación previa podemos afirmar nuestra hipótesis, porque el líquido intravascular y el intersticial, se manipularán de manera natural para tener un equilibrio. La membrana plasmática de los eritrocitos, igual que sucede con la de otras células, tiene la propiedad de ser una membrana semipermeable, es decir, que permite la difusión de agua a través de ella, pero no la de las sales minerales disueltas en el agua. Por el fenómeno de la ósmosis, el agua tiende a pasar del medio en el que se encuentran las sales más diluidas, al medio en el que se encuentran más concentradas, hasta igualar la concentración (y por tanto la presión osmótica) de ambos medios. Los eritrocitos se encuentran naturalmente en un medio isotónico (con la misma concentración de sales minerales), que es el plasma sanguíneo. Si los introducimos en un medio hipotónico (con una concentración salina inferior a la de su citoplasma), el agua tenderá a entrar en el eritrocito a través de su membrana plasmática para igualar ambas concentraciones, y la célula reventará. Si, por el contrario, los introducimos en un medio hipertónico (con una concentración de sales superior a la del eritrocito), el agua saldrá de la célula hasta que se igualen las concentraciones, y la célula presentará un aspecto arrugado al microscopio.

Se define ósmosis como una difusión pasiva, caracterizada por el paso del agua, disolvente, a través de la membrana semipermeable, desde la solución más diluida a la más concentrada. Entendemos por presión osmótica, a aquella que sería necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable. Al considerar como semipermeable a la membrana plasmática, las células de los organismos pluricelulares deben permanecer en equilibrio osmótico con los líquidos tisulares que los bañan. Si los líquidos extracelulares aumentan su concentración de solutos, se haría hipertónica respecto a las células, como consecuencia se originan pérdida de agua y deshidratación (plasmólisis). De igual forma, si los líquidos extracelulares se diluyen, se hacen hipotónicos respecto a las células. El agua tiende a pasar al protoplasma y las células se hinchan y se vuelven turgentes, pudiendo estallar (en el caso d...