INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGIA

Laboratorio Fisiologa y Biofsica I

Prctica 2 Efecto Donnan

Carlos Ulises Martnez Vega Mara Guadalupe Morales Hernndez Stephany Peafort Flores

Equipo 5

Profesores Miguel ngel Ontiveros Torres Paola Flores Rodrguez

3MV1

Mxico D.F, Septiembre 8 de 2011Efecto Donnan Pgina 1

EFECTO DONNAN Tema Equilibrio Gibbs-Donnan Objetivo general Explicar el efecto Donnan en un sistema in vitro Objetivos especificos Observar el comportamiento de una solucin electroltica Observar la generacin de un potencial de membrana en un sistema artificial Calcular las concentraciones de los iones al equilibrio Introduccin

De acuerdo con la segunda ley de la termodinmica, todas las substancias en solucin tienden a difundir hasta alcanzar un estado homogneo en el que en cualquier punto de la solucin, la concentracin es la misma. Sin embargo, este hecho no es tan simple si existe una barrera que restrinja al paso de las substancias. En ocasiones existe lo que se conoce como membrana semipermeable, que no es otra cosa que una barrera fsica para cierto tipo de substancias. Por ejemplo, puede tratarse de una membrana que tenga poros de un dimetro pequeo, los cuales slo permiten el paso de substancias de un dimetro menor al de los poros; las molculas de las substancias que tengan un tamao mayor no podrn difundir libremente. Esta situacin se vuelve ms compleja si las substancias en solucin poseen carga neta, porque entonces la difusin tender a reducir tambin la diferencia de cargas a ambos lados de la barrera. Cuando la diferencia de potencial elctrico se establece se alcanza un equilibrio en el cual existe una diferencia de potencial constante, llamado Potencial Donnan. El equilibrio de Gibbs - Donnan es el equilibrio que se produce entre los iones que pueden atravesar la membrana y los que no son capaces de hacerlo. Las composiciones en el equilibrio se ven determinadas tanto por las concentraciones de los iones como por sus cargas. Material y Equipo

Balanza Analtica PotencimetroEfecto Donnan Pgina 2

Esptula Termmetro Matraz volumtrico 25, 100,250 ml Pipetas graduadas 1,5 y 10 ml Vasos de precipitados 100, 250,500 ml Membrana semipermeable Reactivos y Sustancias

Solucin Buffer pH 4 y 7 Albmina Cloruro de sodio Hidrxido de sodio Fenolftalena Etanol Soluciones

Preparar por grupo: Solucin de albmina srica bovina (ABS)(1mg/ml), NaOH 0.075 N y NaCl 0.090 N,100 ml. 1500 ml de Cloruro de sodio (NaCl), 0.090 M solucin externa Fenolftalena, 50 ml, 2% en etanol Metodologa

Remojar la membrana 10 min en agua destilada.

Llenar con la solucin de albmina NaOH-NaCl (solucin interna), aadiendo una gota de la solucin de fenolftalena.

Medir la temperatura de las soluciones.

Colocar el electrodo en 200 ml de solucin externa (NaCl 0.090N) con una gota de fenolftalena.

Determinar el pH inicial al tiempo cero.

Introduce la membrana con la solucin interna (albminaNaOH-NaCl)

Tomar las lecturas de pH con intervalos de 1 min los primeros 5 minutos y despus cada 5 min hasta completar la hora.

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Resultados

Temperatura de la sustancia interna en el Tiempo O min: 18.6 C pH de la sustancia interna: 6.83Tiempo (min) 0 1 2 3 4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 pH 6.83 8.45 10.07 10.17 10.17 10.16 10.85 10.88 11.4 11.38 11.39 11.44 11.56 11.56 11.58 11.59 22.9 Temperatura C 18.5 19.8 19.9 20 20 20 20.8 21.2 21.5 21.8 22.1 22.2 22.4 22.8 22.8 22.8 22.8

Tabla 1. pH y Temperatura de la solucin externa.

Grafica 1. Tiempo vs pH de la solucin externa.

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Obtencin de las [OH-] Y [H+]

[OH-]=14-Ph pOH = - log[OH-] [OH-]= 10-pOH-

pH 6.83 8.45 10.07 10.17 10.17 10.16 10.85 10.88 11.4 11.38 11.39 11.44 11.56 11.56 11.58 11.59

14-pH 7.17 5.55 3.93 3.83 3.83 3.84 3.15 3.12 2.6 2.62 2.61 2.56 2.44 2.44 2.42 2.41

[OH-] 6.7608E-08 2.8184E-06 0.00011749 0.00014791 0.00014791 0.00014454 0.00070795 0.00075858 0.00251189 0.00239883 0.00245471 0.00275423 0.00363078 0.00363078 0.00380189 0.00389045

[H+] 1.47911E-07 3.54813E-09 8.51138E-11 6.76083E-11 6.76083E-11 6.91831E-11 1.41254E-11 1.31826E-11 3.98107E-12 4.16869E-12 4.0738E-12 3.63078E-12 2.75423E-12 2.75423E-12 2.63027E-12 2.5704E-12

Tabla 2. Concentraciones de los iones H+ y OH Anlisis de Resultados

En la clula artificial (membrana de celulosa) se observ que la distribucin de componentes neutros y cargados a travs de una membrana, se dan por smosis, equilibrio electroqumico y por el equilibrio de Donan. Observamos que el electrolito del Cloruro de Sodio se disocia en solucin en iones (+Na y -Cl), y por medio de la ley de accin de masas podemos describir el equilibrio entre los iones libres y las molculas sin disociar, planteando que a bajas concentraciones la conductividad equivalente varia linealmente con la concentracin. El potencial de equilibrio de un in, en una clula, es el potencial al que se equilibraran las fuerzas del gradiente electroqumico actuando sobre ese in, de manera que en el potencial de equilibrio el in no tendra tendencia a entrar ni a salir de la clula. El potencial de reposo depende de la concentracin de Na+, por el contrario la concentracin de Clsigue al potencial de reposo.

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El flujo neto del Na+ hacia fuera de la clula artificial se dio en contra del potencial electroqumico, y lo mismo ocurri con el Cl- al interior de la clula. La eliminacin de Na+ debe producirse contra 2 gradientes: uno es el que da origen al campo de difusin qumico (gradiente de concentracin) y el otro es que origina el campo de difusin de origen elctrico (gradiente de potencial elctrico). Algunos tipos de iones, como los iones Cl-, se distribuyen pasivamente y de forma rpida, de modo que se pueden considerar en equilibrio. Por ltimo el estado Donan representa un equilibrio entre dos fases que contienen no solo aniones Cl- y cationes Na+ ambos de los cuales pueden pasar a travs de la membrana, sino tambin molculas para las que la membrana es impermeable. El equilibrio Donan requiere que los iones se distribuyan de forma pasiva, de acuerdo al equilibrio termodinmico. La relacin entre la razn de Donan y el potencial de Donan, nos lleva a pensar que el volumen de la clula puede sufrir alteraciones, lo que llevara a cambios de concentraciones; adems, se llegara a un equilibrio del pH en ambas fases, y esta alteracin del pH podra a su vez alterar el potencial de Donan, ya que la carga de las molculas orgnicas (para las que la membrana es impermeable) dependen del valor del pH. Por otro lado le Cl- cambia muy poco el potencial de la membrana. Esto es debido a que el potencial de equilibrio del cloro est muy cerca del potencial de reposo. El cloro es un in negativo, y el potencial negativo de la membrana tiende a impedir la entrada en la clula de este in. En nuestro modelo que simula una membrana celular, el sodio est ms concentrado dentro de la clula artificial, por tanto por gradiente de concentracin el sodio tiende a salir, y para equilibrar esa tendencia ser necesario un potencial negativo dentro de la clula artificial, que atraiga al sodio y que le impida salir. Por eso el potencial de equilibrio del sodio es negativo. As al aumentar la concentracin extracelular o al disminuir la concentracin intracelular de sodio, disminuye el gradiente de concentracin, y en consecuencia el potencial de equilibrio del sodio se hace menos negativo. Por el contrario, el cloro como carga negativa est ms concentrado fuera que dentro de la clula artificial, por lo que el sodio tiende a entrar en sta, y para contrarrestarlo sera necesario que existieran cargas elctricas positivas dentro de la clula, que repelieran a los iones de cloro. Por lo tanto, el potencial de equilibrio para el cloro es positivo. El potencial de membrana se sita cerca del potencial de equilibrio del in que sea ms permeable. La membrana artificial en reposo es mucho ms permeable al sodio que al cloro, por eso el potencial de membrana artificial est ms cerca del potencial de equilibrio del sodio que del cloro. El sodio tiende a salir de la clula porque est ms concentrado dentro que fuera. Al salir sodio deja el interior ms negativo, hasta alcanzar un potencial de reposo negativo. Si se aumenta la concentracin extracelular o se disminuye la concentracin intracelular de sodio, el potencial de membrana se hace menos negativo. Las concentraciones de cloro tienen una menor influencia en el potencial deEfecto Donnan Pgina 6

membrana, debido a que la permeabilidad de la membrana artificial en reposo al cloro es mucho menor, (hablamos de un modelo artificial). Cuando el pH es bajo, los grupos ionizables estn protonados, y la carga neta de la protena es de signo positivo. Cuando el pH es alto, los grupos ionizables estn desprotonados, y la carga neta es de signo negativo. Entre ambas zonas, habr un pH en el cual la carga neta de la protena es nula. Es el pH isoelctrico o punto isoelctrico, y es caracterstico de cada protena. La membrana utilizada para separar ambas soluciones es semi-permeable (celofn) permitiendo el paso de cationes y aniones. Dado que ambos tienden a difundir a travs de la membrana, de la disolucin ms concentrada a la ms diluida. Si cationes y aniones difunden a una velocidad diferente, es debido a su concentracin y con ello movilidad inica, entre los dos lados de la membrana, por lo que tiende a establecerse una separacin de carga y, por tanto, una diferencia de potencial, formando el potencial Donnan o de difusin. Este potencial tiende a frenar al in que difunde ms rpido y a acelerar al in de difusin ms lenta. A valores de pH por debajo del pH isoelctrico la carga neta de la protena es positiva, y a valores de pH por encima del pH isoelctrico, la carga neta de la protena es negativa. La mayora de las protenas intracelulares tienen carga negativa, ya que su pH isoelctrico es menor que el pH fisiolgico (que est proximo a 7). Se llaman protenas cidas a aquellas que tienen un punto isoelctrico bajo (como la pepsina), y protenas bsicas a las que tienen un punto isoelctrico alto (como las histonas). La albmina es una protena que tiene alta afinidad por molculas pequeas e hidrfobas que poseen cargas electrostticas negativas. Conclusiones

Carlos Ulises Martnez Vega Las protenas plasmticas tienen una carga negativa neta y por ello tienden a ligar cationes como iones sodio o potasio, manteniendo cantidades extra de estos cationes en el plasma junto a las protenas plasmticas. Por el contrario, los iones con carga negativa tienen a tener una concentracin ligeramente superior en el lquido intersticial que en el plasma, porque las cargas negativas de las protenas plasmticas repelen a los aniones con carga negativa. Mara Guadalupe Morales Hernndez La clula para su mantenerse en equilibrio necesita mantener en equilibrio las concentraciones tanto dentro como por fuera de ella; Donnan muestra como la distribucin de iones sirve para explicar que el equilibrio en ambas fases a su vez forma un equilibrio de pH y de potencial. Es debido al gradiente de concentraciones lo que lleva a un aumento de la diferencia de potencial a travs de la membrana. Stephany Peafort FloresEn el pH de la solucin externa experiment fluctuaciones en las cuales se observo que el cambio no es significativo, el mayor cambio se debe observar en la solucin interna y esto se debe a que un lado de la membrana conduce a un equilibrio, en el cual cada soluto cargado y permeable est desigualmente distribuido para llegar al equilibrio de Donnan.

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Este intercambio de cationes y aniones lo pudimos demostrar gracias al cambio de pH debido a que el potencial de Donnan tambin depende del pH y que para llegar al equilibrio de Donnan se debe tener el mismo pH tanto en la solucin interna como externa.

Referencias o GANONG, W.F. y col.2000,Fisiologa mdica. Manual Moderno. Mxico D.F. o GUYTON, C.G. and HALL, J.E. Tratado de Fisiologa Mdica. 11 Edicin. Elsevier, 2006. o DESPOPOULOS, A. and SILBERNAGL, S. Atlas de Fisiologa. 5 Edicin. Harcourt, Madrid, 2001.

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