Liceo miguel de cervantes y saavedra




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La permeabilidad diferencial determina distintos mecanismos de transporte a través de la membrana
El hecho que no todas las sustancias atraviesan la membrana con facilidad, ligado a la necesidad de que incluso las menos permeables sean capaces de hacerlo, exige que las membranas dispongan mecanismos especializados para mejorar la permeabilidad de tales sustancias.

El la figura 4 se esquematizan los mecanismos utilizados por las moléculas (solutos) para atravesar la membrana plasmática. Cabe señalar que un requisito importante para poder pasar de un lado a otro de la membrana es que exista un gradiente de concentración. Esto quiere decir que la sustancia tiene que estar más concentrada a un lado que al otro. Por ejemplo, si hay más oxígeno afuera de la célula que adentro, el gradiente positivo permitirá el ingreso del oxígeno al interior de la célula. Tal transporte se mantendrá hasta el momento que las concentraciones de igualen. El proceso se denomina difusión simple y es válido para las sustancias de mayor permeabilidad.

Cuando existe diferencia de concentración, pero el soluto tiene menor permeabilidad, se requiere el apoyo de proteínas integrales de membrana que operan específicamente para cada sustancia. Pueden ser canales, que funcionan como poros específicos que normalmente presentan dos posiciones: abierto o cerrado. O pueden ser transportadores, que modifican su estructura para permitir el traspaso del soluto.

Cuando se requiere que una sustancia atraviese la membrana en contra del gradiente de concentración, vale decir, de donde está menos concentrada hacia donde está más concentrada, se utilizan transportadores capaces de operar como una bomba, es decir, gastan energía para forzar a las moléculas a acumularse contra gradiente.

Actividad 6. Cada tipo de molécula, un mecanismo de intercambio distinto ( 90 minutos)
La tarea es simple: completa el siguiente cuadro con las moléculas mencionadas en la actividad 5, averiguando e induciendo qué mecanismo de transporte utiliza cada una. Cabe señalar que el uso de un transportador en contra de la gradiente de concentración no depende del tipo de molécula, sino de la concentración en que se encuentra y el requerimiento de esa sustancia por parte de la célula.


Tipo de transporte

Moléculas transportadas

Difusión simple




Difusión facilitada mediante canales




Difusión facilitada mediante transportadores






El agua atraviesa la membrana mediante un tipo especial de difusión: la osmosis

El agua también se difunde de regiones de concentración ele­vada de agua a regiones de concentración baja. Sin embargo, la difusión del agua a través de membranas con permeabili­dad diferencial tiene efectos tan importantes so­bre las células que se usa un nombre especial para referirnos a ella: osmosis.

¿Qué queremos decir al describir una solución como "con alta concentración de agua" o "con baja concentración de agua"? La respuesta es sencilla: el agua pura tiene la concen­tración de agua más alta posible. Cualquier sustancia añadida a agua pura desplaza algunas de las moléculas de agua. La so­lución resultante tendrá un menor contenido de agua que el agua pura. Las sustancias disueltas podrían formar enlaces dé­biles con algunas de las moléculas de agua, las cuales entonces no podrán difundirse a través de la membrana (figura 6a). Cuanto más alta sea la concentración de sustancias disueltas, menor será la concentración de agua. Una membrana muy sim­ple, con permeabilidad diferencial, podría tener poros apenas lo bastante grandes como para dejar pasar el agua, pero sufi­cientemente pequeños como para ser impermeable a las mo­léculas de azúcar.

Consideremos una bolsa hecha de un plástico especial que es permeable al agua, pero no al azúcar. ¿Qué sucederá si colocamos una solución de azúcar en la bolsa y luego sumergimos la bolsa sellada en agua pura? Los principios de la osmo­sis nos dicen que la bolsa se hinchará y, si es lo bastante dé­bil, se reventará (figura 6b) =====================>

La osmosis a través de la membrana plasmática desempeña un papel importante en la vida de las células
Como se verificaba más arriba, casi todas las membranas plasmáticas son muy permeables al agua. Dado que todas las células contienen sales, proteínas, azúcares y otras sustancias disueltas, el flujo de agua a través de la membrana plasmática depende de la concentración de agua en el líquido que baña a las células. El fluido extracelular de los animales suele ser isotónico ("tiene la misma fuerza") respecto al fluido citoplásmico del interior de las células. Es de­cir, la concentración de agua adentro de las células es la mis­ma que afuera, así que no hay una tendencia neta del agua a entrar en las células o a salir de ellas. Cabe señalar que los tipos de partículas disueltas raras veces son los mismos dentro y fuera de las células, pero la concentración total de to­das las partículas disueltas sí es igual, así que la concentración de agua es igual dentro y fuera de las células.

Actividad 7. Una aplicación concreta de la osmosis

Si se sacan glóbulos rojos del cuerpo y se sumer­gen en soluciones de sal con distintas concentraciones, los efec­tos de la permeabilidad diferencial de la membrana plasmática respecto al agua y a las partículas disueltas se manifiestan de forma drástica:

  • Si se colocan glóbulos rojos en agua pura (o sea sin sales o destilada), se hincharán y finalmente reventarán. Figura 7a

  • Si la solución tiene una concentración de sal más alta que el citoplasma de los glóbulos rojos (es decir, si la solu­ción tiene una concentración más baja de agua), las células se encogerán. Figura 7b




  1. Explica las dos situaciones anteriores en base a la osmosis

  2. L
    Figura 7 a

    Figura 7 b
    as soluciones con una concentración de par­tículas disueltas más baja que el citoplasma de una célula, y que por tanto hacen que entre agua en la célula por osmosis, se llaman hipotónicas. Las soluciones que tienen una concentración de partículas disueltas más alta que el citoplasma celular, y que por tanto hacen que salga agua de las células por osmosis, se descri­ben como hipertónicas. Según estas definiciones, clasifica el ambiente de las soluciones de 7a y 7b.

  3. Explica por qué se arrugan los dedos tras un baño prolongado. En que tipo de agua este fenómeno es más común: ¿el agua dulce o el agua salada?


La hinchazón causada por la osmosis puede tener efectos considerables sobre las células. Los protistas como el Paramecium, que viven en el agua dul­ce, tienen estructuras especiales llamadas vacuolas contrácti­les para eliminar el agua que continuamente se filtra al interior. En contraste, el ingreso de agua en las vacuolas centrales de las células vegetales ayuda a mantener la rigidez de la plan­ta. La osmosis a través de membranas plasmáticas es crucial para el funcionamiento de muchos sistemas biológicos, inclui­da la absorción de agua por las raíces de las plantas, la absor­ción de agua ingerida en el intestino y la reabsorción de agua y minerales en los riñones.

Actividad 8. Otro tipo de transporte ( 90 minutos)
Cuando se toman micrografías con el fin de estudiar el comportamiento de la membrana frente a las sustancias que están inmediatamente por fuera o por dentro de ésta, se pueden registrar eventos como los que aparecen en la figura 8.


Figura 8a



Figura 8b




Figura 8c

La figura 8a corresponde a una micrografía al MET de un glóbulo blanco. Esta célula fue fotografiada en el momento exacto en que ingería bacterias durante una respuesta de defensa del organismo.

La figura 8b muestra un segmento de una célula de la glándula mamaria (también al MET) en pleno proceso de liberación de algunos componentes de la leche hacia el medio extracelular.

Finalmente, la figura 8c muestra un trozo de célula endotelial. Este tipo de célula es el que permite intercambiar sustancias entre la sangre y las células que rodean a los vasos sanguíneos.

Preguntas:

  1. ¿Qué estructura se puede apreciar en las tres imágenes?

  2. ¿Por qué supones que en estos casos no son utilizados – al parecer – mecanismos de transporte como la difusión simple o mediada por proteínas de membrana para hacer que sustancias entren o salgan de la célula? Elabora una hipótesis.

  3. ¿Cómo se reemplazará la membrana utilizada para fabricar una vesícula que ingresa a la región citoplasmática como en 8a?

  4. ¿Cómo se evitará que la célula crezca desmesuradamente al agregar las membranas de las vesículas que liberan sustancias al exterior como se ve en 8b?

  5. Los procesos que aparecen en las micrografías se denominan exocitosis y endocitosis. Identifica cuál es cuál y luego realiza un dibujo esquemático de cada uno. Puedes ayudarte con el libro de primero medio.

  6. ¿Requieren de energía estos mecanismos de transporte? Una pista: las vesículas no están flotando en el citoplasma.

Problema :


  1. Observa el siguiente esquema.



Representa un tubo de vidrio con forma de U, cuyo interior está separado en dos mitades mediante una membrana semipermeable (que deja pasar agua, pero no solutos). Al lado izquierdo se ha agregado un pistón al nivel de la superficie del líquido.

El agua tiende a desplazarse hacia el lado izquierdo del tubo.

Dos preguntas:


    • ¿Por qué el agua tiende a desplazarse hacia el lado izquierdo del tubo?

    • Si la presión con que el agua se desplaza al lado izquierdo tuviese una magnitud de 10 mmHg3, ¿con cuánta fuerza habría que apretar el pistón para evitar que el agua se siga desplazando?



1 Traza: se usa este término cuando se quiere decir que una sustancia está presente, pero en cantidades apenas detectables.

2


3 mmHg = milímetros de mercurio, unidad para medir presiones de pequeña magnitud



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