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PRE-PRÁCTICO IB 4“Plasmólisis y Turgencia”

Introducción

La célula vegetal adulta está compuesta por una vacuola central llena de jugo vacuolar, el citoplasma con sus organelos y la pared celular. A su vez, tanto la vacuola como el protoplasto (vacuola y citoplasma) están delimitados por una membrana semipermeable que permite el paso del agua pero dificulta el del soluto. El agua penetra libremente paredes y membranas celulares por simple difusión, pasando espontáneamente desde regiones de mayor potencial de agua (o potencial hídrico) a regiones de menor potencial de agua. Este movimiento en el cual están involucradas membranas semipermeables y difusión de moléculas de agua a través de ellas se conoce como ósmosis.

¿Qué es el potencial hídrico o potencial de agua?

De acuerdo con Slatyer y Sterling (1960) se define al potencial hídrico de cualquier sistema que contenga o pudiera contener agua como: el equivalente al potencial químico del agua en este sistema, comparado con el potencial químico del agua pura a las mismas temperatura y presión atmosférica. Se considera, además, que el potencial hídrico de referencia del agua pura es cero. De forma resumida podemos considerar al potencial hídrico como la energía potencial que posee una dada masa de agua y depende de varios factores:

- Concentración: ΨS, potencial osmótico: El agua fluirá desde una solución poco concentrada hasta una solución más concentrada. Es la presión hidrostática que se debe aplicar a una solución que se halla separada del solvente puro por una membrana semipermeable, para impedir la ósmosis. Podemos decir también, que la presión osmótica es la presión hidrostática extra que se debe aplicar a la solución para que su potencial hídrico sea igual al del agua pura.

- Presión de turgencia Ψρ: El agua fluirá desde un sistema con presión alta hasta un sistema con baja presión. (Es una presión hidrostática ejercida sobre la pared de la célula)

- Altura: Ψg, potencial gravitacional: El agua fluirá hacia abajo.

- Capilaridad: Ψm, potencial matricial: Mezcla de ΨS y Ψρ este potencial se origina por las fuerzas de capilaridad y tensión superficial en espacios pequeños.

- Potencial de referencia (Ψ0): Es el potencial hídrico que posee el agua pura en condiciones estándar de temperatura y presión. Por convenio se le ha asignado el valor 0.

Se puede expresar el potencial hídrico (ΨH) como:

ΨH = Ψ0 + ΨS + Ψρ + Ψg + Ψm (1)

La ecuación anterior puede simplificarse, eliminando el potencial de referencia, cuyo valor es 0, y quedándonos sólo con:

ΨH = ΨS + Ψρ + Ψg + Ψm (2)

En una célula vegetal adulta el potencial hídrico está determinado por el potencial de presión o presión de turgencia Ψρ y el potencial de solutos o potencial osmótico ΨS, siendo la contribución del primero positiva y la del segundo negativa. Es necesario aclarar que en este caso el potencial mátrico tiene una contribución despreciable por lo que no se tiene en cuenta. De esta manera podemos expresar el potencial hídrico de una célula como sigue:

ΨH = ΨS + Ψρ (3)

De acuerdo con estas definiciones si se sumergen células en soluciones con diferentes concentraciones de soluto se podrán observar los siguientes resultados de acuerdo con los tres tipos de soluciones:

Predicciones1- Las soluciones isotónicas tienen una concentración de soluto igual a la del citoplasma celular, por lo que los potenciales hídricos son iguales, la célula se encuentra en equilibrio osmótico con el medio.

2- Una solución hipotónica tiene una concentración de soluto menor que el citoplasma celular, por lo que la célula absorbe agua y se hincha, aumentando la presión de turgencia. (Fig. 1b)

3- Una solución hipertónica tiene una concentración de soluto mayor que el citoplasma celular, por lo que tiene un potencial hídrico menor que el del contenido celular. La célula pierde agua, la membrana se retrae separándose de la pared y la células se vuelve flácida, se dice que la célula se ha plasmolizado (ver Fig.1c). -La turgencia en las plantas da lugar al crecimiento, movimientos y otras respuestas como la apertura de los estomas- a

b c

Esquema extraído de www.forest.ula.ve/~rubenhg/relahid/ / consulta 18/11/08 11:28 a.m.

Fig.1: Esquema de una célula vegetal bajo diferentes condiciones osmóticas- a) Solución isotónica, b) Solución hipotónica y c) Solución hipertónica

Al poner células vegetales vivas en contacto con soluciones cuyo potencial de agua es menor al potencial de agua del interior de la célula tiene lugar el fenómeno conocido como plasmólisis.

Teniendo en cuenta que el potencial hídrico de una solución está dado solamente por su potencial osmótico o de solutos (de acuerdo con la ec. 3) una célula sufrirá plasmólisis al ser sumergida en una solución con un potencial de solutos mayor que el potencial de agua del interior celular.

¿Cómo determinar el potencial osmótico del jugo vacuolar?

Existen diferentes métodos pero todos se basan en el siguiente principio:

La presión es una fuerza por unidad de área (P=F/A), de tal forma que la presión osmótica generada en la célula resultante de la ósmosis, produce una presión hidrostática sobre las paredes celulares la presión de turgencia (Ψρ). De acuerdo con la Tercera Ley de Newton, desde el exterior de la célula se ejerce una presión en sentido contrario, pero con la misma magnitud que se llama presión parietal (Pp).

Cuando se alcanza la condición de equilibrio (solución isotónica), no ocurre difusión neta de agua al interior de la célula y bajo esta condición de equilibrio:

ΨS = Ψρ = Pp (4)

ΨS de una solución diluida (siendo el soluto orgánico) se puede calcular de acuerdo con la siguiente ecuación:

Ψs = - R × T × n (5)

Donde:

R = 0.082 ATM. L. mol-1.° K-1

T = ° Kn = moles / L Método plasmolíticoEstá basado en conocer que concentraciones tiene una solución que comienza a provocar la plasmólisis en las células de un tejido.Bajo estas condiciones se puede decir que la concentración de la solución (expresada en términos de potencial osmótico o de solutos) es igual al potencial de solutos en el interior de la célula ya que de acuerdo con la ec. 3:

ΨH = ΨS + Ψρ

Bajo condiciones de plasmolisis:

Ψ exterior = ΨH interior (Ψρ- ΨS ) exterior = (Ψρ- ΨS) interior

Entonces tendremos que:

Ψρ exterior = 0 porque ya no hay membranas presentes.

Ψρ interior = 0 porque comienza a ocurrir la plasmólisis separándose la membrana de la pared celular

Ψs externo = Ψs interior

Utilizando la ecuación 5 se puede entonces calcular Ψs del jugo vacuolar.

Corrección a la ecuación 5

El potencial osmótico o de solutos depende del número de partículas disueltas y en este caso su medición se realiza utilizando una solución de NaCl (sustancia que se ioniza). El coeficiente isotónico permite corregir el valor real de partículas que existen en la disolución, este valor depende del grado de disociación y varía con la disolución.

Ψs = - R × T × n × i (6)

(En la tabla 1 se expresan valores de i para diferentes concentraciones de NaCl)

¿Qué se puede tomar como solución isotónica?

Las observaciones en la práctica no se realizan en una sola célula, sino que se hacen cortes de tejidos que se ponen en contacto con las soluciones de diferentes concentraciones, y tampoco las células de un tejido son homogéneas, o sea, no tienen igual contenido osmótico, entonces:

De forma estadística se toma como valor promedio de solución isotónica aquella que provoque plasmólisis en el 50% de las células observadas.

Objetivo

Calcular el potencial osmótico del protoplasto celular de Allium cepa (cebolla) utilizando el método de plasmolisis.

Pregunta de investigación: Completar

Hipótesis: Escriba una hipótesis

Variables: Completar

Materiales y Métodos:

1. Cebolla2. Bisturí3. Agua destilada

4. Solución de Cloruro de Sodio (NaCl)5. Microscopio6. Porta y cubreobjetos7. Pipeta Pasteur

Desarrollo Experimental:

1. Realizar cortes de epidermis inferior de hojas de A. cepa.2. Poner los cortes en un crisol de porcelana con agua destilada durante pocos

minutos. 3. Secar los cortes con papel de filtro y colocarlos en un portaobjetos con dos

gotas de una solución de 0.7 molar de NaCl.4. Esperar 5 minutos, observar el grado de plasmólisis y calcular el porcentaje

de células plasmolizadas.5. Repetir pasos 2, 3 y 4 en soluciones de 0.6, 0.5, 0.4, 0.3, 0.2 y 0.1 molar de

NaCl.6. Vuelque sus resultados en una tabla confeccionada “a priori” de las

observaciones7. Realizar un gráfico del porcentaje de células plasmolizadas en función de la

concentración de NaCl8. Buscar en la curva la concentración que corresponde al 50 % de las células

plasmolizadas.9. Buscar el coeficiente isotónico correspondiente en la Tabla 1.10. Calcular el potencial osmótico del jugo vacuolar (ec. 6)

Tabla 1: Coeficientes isotónicos para el NaCl en función de diferentes concentraciones molares-

Concentración (M/L) 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1Coeficientes isotónicos

1.66 1.68 1.70 1.73 1.75 1.78 1.80

A CONTINUACIÓN TE DOY UN EJEMPLO DE TABLAS Y GRÁFICOS Y LA FORMA DE PROCESAR TUS DATOS

Ojo sólo es un ejemplo, no copies nada textual porque es todo inventado, las tablas y gráficos están incompletos, faltan títulos, errores, unidades…

Método Volumétrico y GravimétricoPregunta de Investigación: escriba una pregunta de investigación

Objetivo: calcular el potencial de osmótico del jugo vacuolar en células de tubérculos de papa utilizando el método gravimétrico y volumétrico.

Hipótesis: Escriba una hipótesis

Predicciones: escriba una predicción

Variables: escriba las variables independientes, dependientes y de control

Materiales

Un tubérculo de papa Hoja de bisturíSacabocados de 10 mmTubos de ensayoPapel absorbente ReglaBalanzaBatería de solución de sacarosa en de 0.15 M a 0.5 MAgua destilada

Método1- Rotule cada tubo de ensayo como sigue: 1: agua destilada, 2: 0.15 M, 3: 0.2 M y siguientes soluciones hasta 0.5 M2- Agregue 30 ml de cada solución en los correspondientes tubos de ensayos rotulados3- Saque con el sacabocados 9 cilindros de papa del mismo tubérculo.4- Pese cada cilindro separadamente.5-Anote el largo y diámetro de cada uno de los cilindros pesados.

6- Identifique cada cilindro y coloque dentro de cada uno de los tubos de ensayo rotulados.7.- Coloque los tubos de ensayo en una gradilla y espere 24 horas.8- Al cabo de 24 horas retire los cilindros, mida y pese nuevamente.9- Realice los cálculos y gráficos necesarios para determinar el potencial osmótico de las células

ATENCIÓN ESTO ES UN EJEMPLO NO COPIAR NADA A LA TABLA LE FALTA TÍTULO, NÚMERO Y LA SE DEBEN COLOCAR EL SIGNIFICADO DE TODAS LAS ABREVIATURAS EN EL TÍTULO, faltan promedios de los datos crudos y SD

EJEMPLO DE RESULTADOS

Molaridad de las soluciones (M±0,01M)

Masa Inicial (g±0,1g)

Masa Final (g±0,1g.)

(Mf-Mi/Mi)X100

0.103,02.0

3,52.5 16,7

0.203,13,5

3,33.8 6,5

0.303,83.9

4,04.1 5,3

0.403,43.7

3,13.5 -8,8

0.80 3.5

3.4

2.22.3 -34,3

La ecuación a continuación refleja la diferencia porcentual del cambio de masa del vegetal seleccionado para el experimento

DfM = Mf-Mi/Mi) X 100

Para calcular el potencial osmótico tenés que: 1. graficar DfM en función de la Molaridad de las soluciones,

2 obtener la regresión lineal

3. buscar con la recta ajustada la concentración isotónica

4. la molaridad de la solución isotónica es aquella en donde la recta que ajustaste corta el eje x, es decir ¿cuál es el valor de x para y =0?

5. ¿por qué es esto así?

6. Porque para este valor de acuerdo con lo que graficaste, significa que la diferencia de masa para esta solución es cero, por lo tanto esta es la solución ISOTÓNICA!!!!

7 ALELUYA HERMANO, ALELUYA!!!!! HE VISTO LA LUZ!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

8. LAMENTABLEMENTE COMO TODO, AQUÍ NO TERMINAMOS…

9. TE FALTA CALCULAR AHORA EL FAMOSOS POTENCIAL OSMÓTICO!!! (OBJETIVO DE TODO ESTO)

10. APLICA LA ECUACIÓN DADA EN EL EJEMPLO ANTERIOR REEMPLAZANDO POR LA MOLARIDAD DE TU SOLUCIÓN ISOTÓNICA

11. ANTES DE TOMAR TU RESULTADO FINAL CORROBORA QUE LAS UNIDADES OBTENIDAS CORREPONDAN A UNIDADES DE PRESIÓN ¡!!OBVIAMENTE, NO????

Bibliografía

Web Sites – consultas 18/11/2008

www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r22818.DOC

www.tiwanacu.wordpress.com/2008/08/10/-hidrico

www.forest.ula.ve/~rubenhg/relahid/