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Software Physioex TM 6.0.Fisiología humanaAutor: Pearson Educación

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Presentación del curso

Physioex TM versión 6.0, es un simulador para fisiología humana, el programacontiene simulaciones de laboratorio de fisiología que pueden ser utilizadas paracomplementar o reemplazar las prácticas en el laboratorio.

Physioex TM versión 6.0 para fisiología humana es una aplicación fácil de usar quepermite repetir los ejercicios tantas veces como se desee, realizar experimentos sindañar animales vivos y llevar a cabo experimentos que pueden ser difíciles derealizar en un laboratorio real.

En este curso aprenderemos sobre los mecanismos de transporte y permeabilidad celular, entenderás la función de permeabilidad selectiva de la membranaplasmática.

Aprenderás a entender las diferencias entre los mecanismos de transporte de lamembrana con y sin gasto de energía metabólica y a definir transporte pasivo,transporte activo, difusión simple, difusión facilitada, diálisis, ósmosis, bomba desolutos, hipotónico, isotónico e hipertónico.

Aprende con este curso de Pearson, fragmento del libro: "Physioex Tm 6.0 parafisiología humana", de los autores Timothy Stabler , Greta Peterson y Lori Smith.Puedes descubrir y adquirir libros de Pearson en: www.jetlibros.com TM versión6.0, es un simulador para fisiología humana, el programa contiene simulaciones de laboratorio de fisiología que pueden ser utilizadas para complementar oreemplazar las prácticas en el laboratorio.

Physioex TM versión 6.0 para fisiología humana es una aplicación fácil de usar quepermite repetir los ejercicios tantas veces como se desee, realizar experimentos sindañar animales vivos y llevar a cabo experimentos que pueden ser difíciles derealizar en un laboratorio real.

En este curso aprenderemos sobre los mecanismos de transporte y permeabilidad celular, entenderás la función de permeabilidad selectiva de la membranaplasmática.

Aprenderás a entender las diferencias entre los mecanismos de transporte de lamembrana con y sin gasto de energía metabólica y a definir transporte pasivo,transporte activo, difusión simple, difusión facilitada, diálisis, ósmosis, bomba desolutos, hipotónico, isotónico e hipertónico.

Aprende con este curso de Pearson, fragmento del libro: "Physioex Tm 6.0 parafisiología humana", de los autores Timothy Stabler , Greta Peterson y Lori Smith.Puedes descubrir y adquirir libros de Pearson en: www.jetlibros.com

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1. Software Physioex TM 6.0. Fisiología humana

Cada célula de tu organismo está rodeada por una membrana plasmática que lasepara del líquido intersticial.

La función principal de la membrana plasmática es permitir el intercambio selectivode moléculas entre la célula y el líquido intersticial, de modo que la célula puedatomar las sustancias que necesita mientras que elimina las que no necesita. Entreestas sustancias se incluyen gases, tales como oxígeno y dióxido de carbono, ionesy moléculas más grandes tales como glucosa, aminoácidos, ácidos grasos yvitaminas.

Las moléculas se mueven a través de la membrana plasmática pasiva o activamente.En el transporte activo, las moléculas se mueven a través de la membranaplasmática consumiendo energía celular (ATP). En el transporte pasivo, lasmoléculas pasan a través de la membrana plasmática sin gasto de energía. Losejemplos del transporte pasivo son la difusión simple, la ósmosis y la difusiónfacilitada. La difusión simple es el movimiento espontáneo de moléculas a travésde la bicapa lipídica de una membrana biológica desde un área con unaconcentración más alta hasta otra con una concentración más baja. La ósmosis es ladifusión de agua a través de una membrana semipermeable. La difusión facilitadaes el movimiento de moléculas a través de una membrana selectivamente permeablecon la ayuda de proteínas especializadas de transporte incrustadas dentro de lamembrana.

En este ejercicio, simularemos cada uno de estos mecanismos de transporte celular.Comenzaremos examinando la difusión simple.

Difusión simple

Todas las moléculas, sean de sólidos, líquidos o gases, están en continuomovimiento o vibración. Si hay un aumento en la temperatura, las moléculas semoverán más rápidamente. Las moléculas que se mueven chocan entre sí,cambiando su dirección.

Así, el movimiento de moléculas se dice que es «al azar». Si uno vertiera una gota decolorante líquido alimenticio en un recipiente grande de agua, las moléculas delcolorante se moverían aleatoriamente hasta que su concentración fuera igual entodo el recipiente. Las moléculas alcanzarían el equilibrio a través del proceso de difusióndifusión. Definimos la difusión como el movimiento de moléculas de un lugar a otrocomo resultado de su movimiento térmico al azar. La difusión simple es la difusióna través de la bicapa lipídica de una membrana biológica.

La velocidad a la cual una molécula se mueve a través de una membrana depende enparte de la masa, o peso molecular, de la molécula. Cuanto más grande es la masa,más lentamente difundirá la molécula. Normalmente, la velocidad a la que unasustancia difunde a través de la membrana puede ser determinada midiendo lavelocidad a la cual su concentración en un lado de la membrana se acerca a laconcentración de la sustancia en el otro lado de la membrana. La magnitud delmovimiento neto a través de la membrana, o flujo (F), es proporcional a la diferenciade concentración entre los dos lados de la membrana (Co - Ci), a su área superficial(A) y a su constante de permeabilidad (kp):

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F = kpA(Co - Ci)

Nota:Este curso es un fragmento del libro: " Physioex Tm 6.0 para fisiologíahumana", de los autores Timothy Stabler , Greta Peterson y Lori Smith (ISBN:9788478290789). Puedes descubrir y adquirir libros de Pearson en: www.jetlibros.com

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2. Transporte y permeabilidad celular. Difusiónsimple

Las sustancias no polares difundirán con bastante rapidez a través de unamembrana. La razón es que estas sustancias se disolverán en las regiones nopolares de la membrana-regiones que están ocupadas por cadenas de ácidos grasosde fosfolípidos de membrana. Los gases, tales como el oxígeno y el dióxido decarbono, los esteroides y los ácidos grasos son las principales moléculas no polaresque difundirán rápidamente a través de una membrana.

Por el contrario, las sustancias polares tienen una solubilidad mucho más baja en losfosfolípidos de membrana. Ciertos compuestos intermediarios del metabolismo,generalmente, no son capaces de atravesar la membrana, ya que a menudo estánionizados y contienen grupos tales como fosfato. Así, una vez producidos en lacélula no pueden abandonarla incluso si sus concentraciones son más altas dentroque fuera de ella. De esto podemos concluir que la porción de la bicapa lipídica de lamembrana plasmática es la responsable de su selectividad en cuanto al paso desustancias a través de sí.

Los iones, tales como Na+ y Cl-, tienden a difundir con bastante rapidez a través deuna membrana. Esto sugiere la implicación de un componente proteico de lamembrana -y, de hecho, las proteínas forman los canales que permiten que estosiones pasen de un lado de la membrana al otro. Recuerda que los canales sonselectivos. Los que permiten pasar al sodio generalmente no permitirán el paso aotros iones, tales como el calcio.

La difusión conducirá a un estado en el cual la concentración de los solutos quedifunden es constante en el espacio y el tiempo. La difusión a través de unamembrana tiende a un equilibrio donde hay concentraciones iguales de soluto enambos lados de la membrana. La velocidad de difusión es proporcional al área de lamembrana y a la diferencia en la concentración del soluto a ambos lados de lamisma. La primera ley de Fick de la difusión indica

J 0-DA

donde

J = velocidad neta de difusión (g o moles/unidad de tiempo)

D = coeficiente de difusión para el soluto que difunde

A = área de la membrana

= diferencia de concentración a través de la membrana

= grosor de la membrana

Actividad 1

Simulando la difusión simple

Sigue las instrucciones de la sección «Primeros pasos» al comienzo de este manualpara iniciar PhysioEx 6.0. Del menú principal selecciona el primer ejercicio: Mecanismos de Transporte y Permeabilidad Celular

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Mecanismos de Transporte y Permeabilidad Celular (Cell Transport Mechanisms and Permeability). Verás la pantalla de inicio de la actividad de «Difusión Simple»(Simple Diffusion), mostrada en la Figura 1.1.

Figura 1.1 Pantalla de inicio del experimento de Difusión simple.

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3. Simulación de difusión simple (1/2)

En esta actividad simularemos el proceso de la difusión a través de la membranaplasmática. Observa los dos recipientes de cristal en la parte superior de la pantalla.Llenarás cada recipiente con líquido. Imagina que el recipiente de la derecharepresenta el interior de una célula, mientras que el de la izquierda representa elfluído extracelular (intersticial). Entre los dos recipientes hay un contenedor demembranas en el cual colocarás una de las cuatro membranas de diálisis que setiene un «MWCO» diferente que significa «límite de peso molecular ». Las moléculascon un peso molecular inferior a este valor pueden atravesar la membrana, mientrasque las moléculas con un peso molecular superior no pueden. Para mover unamembrana al contenedor, pulsa sobre ella, arrástrala al contenedor de membranas ysuelta el botón del ratón -la membrana se colocará en su lugar entre los dosrecipientes.

Debajo de cada uno de los recipientes hay un dosificador de soluciones. Puedesseleccionar cuántos milimoles (mM) de los diferentes solutos (Na+/Cl-, urea,albúmina o glucosa) deseas dosificar en cada recipiente pulsando los botones (+) o(-) debajo del nombre de cada soluto. También puedes dosificar agua desionizadaen cualquier recipiente pulsando el botón Agua Desionizada (Deionized Water)debajo del recipiente que desees llenar. Pulsando los botones de Dosificar(Dispense) debajo de cada recipiente se llenarán los recipientes con líquido.Pulsando los botones Limpiar (Flush) debajo de cada recipiente éstos se vaciarán.

En la parte inferior de la pantalla hay un módulo de registro de datos. Después decada experimento debes guardar tus datos pulsando el botón Guardar Datos(Record Data).

Si deseas borrar los datos de cualquier experimento, simplemente resalta la línea dedatos que deseas suprimir y pulsa Borrar Experimento (Delete Run). Tambiénpuedes imprimir tus datos pulsando Herramientas (Tools) (en la parte superior de lapantalla) y después seleccionando Imprimir Datos (Print Data).

1. Con el ratón pulsa sobre la membrana de diálisis con el MWCO de 20 y arrástralaal contenedor de membranas.

2. Ajusta la concentración de Na+/Cl- del recipiente de la izquierda a 9 mMpulsando el botón (+). Pulsa entonces el botón de Dosificar (Dispense) debajo delrecipiente de la izquierda para que se llene.

3. Pulsa el botón Agua Desionizada (Deionized Water) debajo del recipiente de laderecha y pulsa Dosificar (Dispense) debajo del mismo recipiente para que se llene.

4. Fija el Temporizador (Timer) a 60 minutos pulsando el botón (+) junto alindicador de tiempo (que estará comprimido en 60 segundos.)

5. Pulsa el botón Iniciar (Start) para comenzar el experimento.

Observa que el contenedor de membranas desciende al interior del equipo. Observatambién que el botón Iniciar (Start) cambia ahora a un botón de Pausa (Pause), quepuedes pulsar para interrumpir el experimento.

6. Cuando el indicador de Tiempo Transcurrido (Elapsed Time) llega a 60, fíjate enlas lecturas de concentración de cada uno de los recipientes en los indicadores

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situados junto a cada uno de ellos.

7. Una vez que el indicador de Tiempo Transcurrido (Elapsed Time) ha llegado a 60,verás aparecer una caja de diálogo indicando si se ha alcanzado o no el equilibrio.

8. Pulsa Guardar Datos (Record Data) para guardar los datos de este experiemento.

9. Pulsa los botones Limpiar (Flush) de ambos lados, izquierdo y derecho, paravaciar los recipientes.

10. Devuelve la membrana de diálisis a su lugar inicial pulsando sobre ella yarrastrándola al contenedor de membranas.

11. Ahora, repite los pasos 1-10 con cada una de las restantes membranas dediálisis. Asegúrate de guardar los datos de cada uno de los experimentos. Despuésde cada experimento, limpia cada uno de los recipientes y devuelve la membrana dediálisis a su lugar.

¿Cuál es el peso molecular del Na+? ________

¿Cuál es el peso molecular del Cl-? ________

¿Qué límite (MWCO) de membrana de diálisis permitió el paso de ambos iones?________

12. Repite este experimento usando cada uno de los solutos restantes (urea,albúmina y glucosa) en el recipiente de la izquierda y agua desionizada en elrecipiente de la derecha.

Asegúrate de pulsar Guardar Datos (Record Data), limpiar ambos recipientes ysustituir la membrana de diálisis después de cada experimento. Pulsa Herramientas(Tools) >Imprimir Datos (Print Data) para imprimir tus datos.

Capitulo 4

Simulación de difusión simple (2/2)

13. Completa la siguiente tabla con tus resultados.

Tabla 1 ¿Se produjo difusión?

Membrana (MWCO)

Soluto 2 0 5 0 100 200

NaCl

Urea

Albúmina

Glucosa

¿Qué materiales difundieron del recipiente de la izquierda al recipiente de laderecha?

¿Cuáles no difundieron?

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¿Por qué?

Ejercicio 1

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4. Diálisis (1/2)

Actividad 2

Simulando la diálisis

Ahora, vamos simular un experimento en la máquina de diálisis.

Estas máquinas se utilizan en los pacientes que han perdido la función renal. Laurea, un producto de degradación de los aminoácidos, debe eliminarse de la sangredel paciente o llegará a ser tóxica para el organismo causando su muerte.

Las máquinas de diálisis toman la sangre del paciente y la pasan a través de unamembrana selectivamente permeable para eliminar la urea de la sangre. En un ladode la membrana está la sangre del paciente; en el otro están las solucionesseleccionados cuidadosamente para mimetizar las concentraciones de sustanciastales como Na+, K+, Ca++ y HCO3 - que se encuentran en el organismo. Parasimular este proceso:

1. Coloca la membrana de diálisis de 200 MWCO en el contenedor de membranas.

2. Ajusta el recipiente de la izquierda a 10 mM para cada uno de los cuatro solutos ydosifica. Este recipiente representará la sangre del paciente sometido a diálisis.

3. Ajusta el recipiente de la derecha de la misma manera, con excepción de la ureaque se ajusta a 0 mM -es decir, el recipiente de la derecha no contendrá urea.

4. Ajusta el Temporizador (Timer) a 60 minutos, después pulsa Iniciar (Start) yespera a que se complete el experimento.

¿Qué sucede con la concentración de urea en el recipiente de la izquierda (elpaciente)?

¿Por qué ocurre esto?

Normalmente, las máquinas de diálisis se ajustan de forma que la sangre se sometedos veces a difusión y la urea se reduce un 75% en vez del 50%. Además se extrae elexceso de agua delpaciente, que no tiene ninguna otra manera de eliminar el excesode líquido. Los pacientes sometidos a diálisis necesitan hacerse pruebas analíticaspara asegurarse de que las concentraciones de iones se mantienen en los nivelesnormales.

Difusión facilitada

La difusión simple solo considera para el transporte a través de la membranaalgunos iones, pero no todos. Algunas moléculas, que son demasiado polares paradifundir, pueden conseguir atravesar la bicapa lipídica de la membrana plasmática.

Igualmente, algunas moléculas que son demasiado grandes para pasar a través delos canales proteicos consiguen cruzar la membrana. ¿Cómo? El paso de talesmoléculas y el movimiento sin difusión de iones a través de una membrana está

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mediado por proteínas integrales conocidas como transportadores.

Los transportadores están incrustados dentro de la membrana plasmática yexperimentan un cambio conformacional que permite que se produzca el transporte.Primero, se une una molécula al sitio receptor de un transportador.

Cuando está unida, el transportador cambia de conformación de modo que el sitiode unión se mueve de un lado de la membrana al otro. Entonces, la molécula sedisocia del transportador y se libera en el otro lado de la membrana. Este tipo detransporte se denomina difusión facilitada. Se considera una forma de transportepasivo porque no se consume energía celular en el proceso.

El término difusión facilitada es un poco engañoso puesto que el proceso realmenteno implica difusión (que, como recordarás, es el movimiento de moléculas de unlugar a otro siguiendo un gradiente de concentración, como resultado delmovimiento térmico al azar). En la difusión facilitada las moléculas también semueven de un lugar a otro siguiendo un gradiente de concentración, pero son lasproteínas transportadoras las que dan lugar a este movimiento -no el movimientotérmico al azar. Los resultados finales de la difusión y de la difusión facilitada sonlos mismos. El flujo neto se produce de un área de alta concentración a otra de bajaconcentración hasta que estas se igualan a ambos lados de la membrana.

Entre los sistemas de difusión facilitada más importantes del organismo están losque mueven la glucosa a través de la membrana. Sin los transportadores, estamolécula polar relativamente grande nunca podría pasar a la célula. Sin embargo, elnúmero de proteínas de transporte en una membrana celular dada es finito, deforma que solo cierta cantidad de glucosa puede transportarse por unidad detiempo. El transporte de glucosa dentro de la célula es especialmente interesante, yaque es convertida a glucosa-6-fosfato tan pronto como se incorpora a la célula, demodo que siempre hay una baja concentración de glucosa en su interior, lo quefavorece el transporte hacia el interior celular.

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5. Diálisis (2/2)

Actividad 3

Difusión facilitada

Usando el ratón, pulsa Experimento (Experiment) en la parte superior de la pantalla.Aparecerá un menú desplegable. Selecciona Difusión Facilitada (Facilited Diffusion).Aparecerá una nueva pantalla (Figura 1.2). Notarás dos cambios fundamentalesrespecto a la primera pantalla. Primero, en lugar de las membranas de diálisis a laderecha de la pantalla, ahora hay un «Constructor de Membranas» ( MembraneBuilder).

Será utilizado para «fabricar» membranas que transportarán las moléculas de unrecipiente a otro. El segundo cambio es que, en este experimento, trabajaremossólamente con glucosa, Na+ y Cl-.

1. Observa que el indicador de Transportadores de Glucosa (Glucose Carriers) eneste momento está fijado a 500.

Pulsa Construir Membrana (Build Membrane) para crear una membrana con 500transportadores.

2. Pulsa y arrastra esta membrana al contenedor de membranas situado entre losdos recipientes.

Figura 1.2 Pantalla de inicio del experimento de Difusión facilitada.

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3. En el recipiente de la izquierda fija el Na+/Cl- a 9 mM y la glucosa a 9 mMpulsando los botones (+) correspondientes.

Entonces pulsa Dosificar (Dispense) para llenar el recipiente de la izquierda.

4. En el recipiente de la derecha pulsa el botón Agua Desionizada (Deionized Water)debajo del mismo y después Dosificar (Dispense).

5. Fija el Temporizador (Timer) a 60 minutos y pulsa Iniciar (Start).

6. Deja que termine experimento. Cuando el indicador de Tiempo Transcurrido(Elapsed Time) llega a 60, pulsa Guardar Datos (Record Data) para guardar tusdatos. Anota también tus datos en la Tabla 2.

7. Pulsa el botón Limpiar (Flush) debajo de cada recipiente para vaciarlos y devuelvela membrana al constructor de membranas.

8. Construye una nueva membrana con 300 transportadores de glucosa y repite esteexperimento. Asegúrate de guardar tus resultados, limpiar los recipientes yreemplazar la membrana después de cada experimento.

9. Construye una membrana con 700 transportadores de glucosa y repite esteexperimento.

10. Construye una membrana con 900 transportadores de glucosa y repite esteexperimento.

11. Para comparar, disminuye la concentración de glucosa a 3 mM y repite los pasos1-10 del experimento. Guarda tus resultados después de cada experimentopulsando Guardar Datos (Record Data) y completa la Tabla 2.

Tabla 2 Resultados de Difusión facilitada

Concentración de glucosa (mM) Nº de proteínas transportadas deglucosa

3 300 500 700 900

9

12. Pulsa Herramientas (Tools) >Imprimir Datos (Print Data) para imprimir tusdatos.

A una concentración dada de glucosa, ¿cómo varía el tiempo necesario paraalcanzar el equilibrio en función del número de transportadores empleados«para construir» la membrana?

¿Varía la velocidad de difusión del Na+/Cl- con el número de receptores?

¿Cuál es el mecanismo de transporte del Na+/Cl-?

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Si pones la misma cantidad de glucosa en el recipiente de la derecha y en elde la izquierda, ¿se observaría difusión?

El hecho de no observar difusión, ¿significa necesariamente que no estáocurriendo la difusión?

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6. Ósmosis (1/2)

Una membrana semipermeable es una membrana que es permeable al agua pero noa los solutos. La ósmosis se define como el flujo de agua a través de una membranasemipermeable desde un área con una mayor concentración de agua (unaconcentración más baja de solutos) hasta otra con una menor concentración de agua(una concentración más alta de solutos).

Cuanto mayor es la concentración de solutos, menor es la concentración de agua. Laósmosis se define también como una «propiedad coligativa» porque depende de laconcentración del soluto más que de sus propiedades químicas. El agua es unapequeña molécula polar que difunde muy rápidamente a través de las membranascelulares. Debido a su naturaleza polar, es de esperar que el agua no penetre en lasregiones lipídicas no polares de la membrana celular. Proteínas de membrana,denominadas acuaporinas, forman canales a través de los cuales puede difundir elagua. La concentración de estas acuaporinas varía con el tipo de tejido.

Es esencial entender que el grado hasta el cual disminuye la concentración de aguapor la adición de solutos depende del número de las partículas de soluto agregadas.Por ejemplo, 1 mol de glucosa disminuye la concentración de aguaaproximadamente lo mismo que una solución de 1 mol de aminoácido 1 mol deurea. Una molécula que se ioniza disminuye la concentración de agua en proporciónal número de iones que se forman. Por lo tanto, una solución de 1 mol de Na+/Cl-produce una solución de Na+ de 1 mol más una solución de Cl- de 1 mol. Por tanto,básicamente es una solución de 2 moles.

Dos recipientes separados por una membrana de diálisis (tales como con los quehemos estado trabajando) no son infinitamente distensibles. La transferencia deagua desde un compartimento a otro aumentará la cantidad de agua en el segundo.

Si los límites del recipiente no pueden ampliarse, la presión dentro del segundorecipiente aumentará, impidiendo la entrada adicional de agua. La presión quenecesita ser aplicada al segundo recipiente para impedir la entrada adicional deagua desde el primero se denomina presión osmótica. La presión osmótica es otracaracterística que depende de la concentración de agua de la solución.

Si las soluciones en los recipientes tienen la misma concentración de solutos que noatraviesan de un lado a otro de la membrana, las dos soluciones se dice que son isotónicas (iso = iguales). Los solutos que «atraviesan» la membrana nocontribuyen a la tonicidad de una solución ya que pasan de un lado a otro de lamembrana sin problemas. Cuando se comparan dos soluciones y una tiene unaconcentración más baja de solutos, esa solución se dice que es hipotónica (hipo=menos). La otra solución, la que tiene la concentración más alta, se dice que es hipertónicahipertónica (hiper = más). Esto es importante al hablar de células.

Si una célula es hipertónica con respecto a su medio circundante, el agua fluirá a suinterior para diluir la solución hipertónica. A menudo entra tanta agua que la célulaestalla.

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7. Ósmosis (2/2)

Actividad 4

Ósmosis

Pulsa Experimento (Experiment) en la parte superior de la pantalla y selecciona Ósmosis. Aparecerá una nueva pantalla (Figura 1.3). Esta es similar a la que vimospara el experimento de Difusión Simple (Simple Diffusion). El principal cambio esque en la parte superior de cada recipiente hay un indicador de presión, queveremos durante el transcurso de los experimentos.

1. Arrastra una membrana de 20 MWCO y colócala entre los dos recipientes.

2. Fija la concentración de Na+/Cl- del recipiente de la izquierda a 9 mM y pulsaDosificar (Dispense).

3. Llena el recipiente de la derecha con Agua Desionizada (Deionized Water) y pulsa Dosificar (Dispense).

4. Fija el Temporizador (Timer) a 60 minutos.

5. Pulsa Iniciar (Start) y deja que transcurra el experimento.

Presta atención a los indicadores de «presión» (Pressure) en la parte superior decada recipiente.

6. Una vez detenido el Tiempo Transcurrido (Elapsed Time) pulsa Guardar Datos(Record Data). Anota también los datos en la Tabla 3

7. Pulsa Limpiar (Flush) debajo de ambos recipientes para vaciarlos.

8. Devuelve la membrana a su lugar original.

9. Repite el experimento usando las tres membranas restantes.

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Asegúrate de guardar todos tus datos y limpiar los recipientes entre cadaexperimento.

¿Observaste cambios de presión durante este experimento? Si es así ¿en quérecipiente(s) y con qué membranas?

¿Por qué?

¿Difundieron el Na+/Cl- desde el recipiente de la izquierda al de la derecha?Si es así, ¿con qué membrana(s)?

¿Por qué?

10. Repite el experimento usando primero albúmina 9 mM en el recipiente de laizquierda y después glucosa 9 mM.

Pulsa Guardar Datos (Record Data) después de cada experimento; anota tambiéntus datos en la Tabla 3.

11. Pulsa Herramientas (Tools) >Imprimir Datos (Print Data) para imprimir tusdatos.

Explica la relación entre la concentración de solutos y la presión osmótica.

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¿La difusión permite que se genere presión osmótica?

¿Se generaría presión si las concentraciones de solutos fueran iguales aambos lados de la membrana?

¿Por qué o por qué no?

¿Se generaría presión si tuvieras glucosa 9 mM en un lado de la membranade 200 MWCO y NaCl 9 mM en el otro lado?

Si es así, ¿qué solución generaría la presión?

¿Se generaría presión si tuvieras albúmina 9 mM en un lado de la membranade 200 MWCO y NaCl 9 mM en el otro lado? Si es así, ¿qué solucióngeneraría la presión?

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8. Filtración

A la vez que la difusión permite que las células tomen oxígeno y alimentos mientraseliminan el dióxido de carbono y los desechos metabólicos, también está ocurriendootro proceso.

Este proceso se produce principalmente en los capilares del organismo (tales comolos renales) donde la presión del fluido sanguíneo —denominada presiónhidrostática—fuerza a los materiales a atravesar la pared capilar. Tanto la sangrecomo el fluido intersticial contienen solutos disueltos. Generalmente, la presiónosmótica del fluido intersticial no es tan grande como la presión hidrostática de lasangre, por lo que hay un movimiento neto de fluidos y/o solutos hacia fuera de loscapilares —un proceso denominado filtración. Lo que se filtra hacia fuera dependesolamente del tamaño molecular del soluto y del tamaño de los «poros» de lamembrana. La filtración se considera un proceso pasivo, puesto que ocurre singasto de energía metabólica.

Actividad 5

Filtración

Pulsa Experimento (Experiment) en la parte superior de la pantalla y selecciona Filtración (Filtration). Verás una pantalla de inicio bastante diferente a las de lasactividades anteriores (Figura 1.4). Observa los dos recipientes situados en el ladoizquierdo de la pantalla, uno encima del otro. Observa también que el recipientesuperior contiene un indicador de presión. A diferencia del experimento de ósmosis,en el cual el indicador de presión medía la presión desarrollada debido almovimiento del agua, este indicador de presión mide la presión hidrostática quefiltrará el líquido del recipiente superior al recipiente inferior. Finalmente, observa elmódulo de «Análisis de Residuos de Membrana» ( Membrana Residue Análisis). Éstese utilizará para detectar si queda algún soluto en la membrana después de cadaexperimento.

1. Pulsa y arrastra la membrana de 20 MWCO al contenedor de membranas situadoentre los dos recipientes.

2. Fija el Na+/Cl- a 9 mM, la urea (Urea) y la glucosa (Glucose) a 5 mM y el carbónvegetal en polvo (Powdered Charcoal) a 5 mg/ml pulsando el botón (+) junto a cadasoluto.

Entonces pulsa Dosificar (Dispense) para verterlo en el recipiente superior.

3. Deja la presión en 50 mm Hg y el Temporizador (Timer) en 60 minutos, losajustes por defecto. Pulsa Iniciar (Start). Verás como el líquido es filtrado alrecipiente inferior.

4. Mira el módulo Unidad de Análisis del Filtrado al lado del recipiente inferior paracualquier actividad. Ello te indicará qué solutos están pasando a través de lamembrana.

5. Cuando hayan pasado los 60 minutos, arrastra la membrana al módulo deAnálisis de Residuos de Membrana (Membrana Residue Analysis) y suelta el ratón. Lamembrana se colocará en su lugar. Pulsa Iniciar Análisis (Start Analysis).

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En el módulo de datos inferior, verás qué soluto(s) fueron detectados en lamembrana usada para la filtración.

6. Guarda tus datos pulsando Guardar Datos (Record Data).

¿Cuáles fueron los resultados del análisis inicial de la membrana?

7. Pulsa Limpiar (Flush) y devuelve la membrana a su lugar original.

8. Arrastra la membrana de 50 MWCO al contenedor de membranas situado entrelos dos recipientes.

9. Mantén la presión en 50 y repite el experimento. Cuando el Temporizador (Timer)haya alcanzado los 60 minutos, realiza un análisis de la membrana y pulsa GuardarDatos (Record Data).

10. Pulsa Limpiar (Flush) y devuelve la membrana a su lugar.

11. Repite los pasos 8-10 con las dos membranas restantes.

Asegúrate de guardar tus datos para cada experimento.

12. Aumenta la presión a 100 mm Hg y repite el experimento completo. Una vezmás, guarda todos los datos experimentales.

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13. Pulsa Herramientas (Tools) >Imprimir Datos (Print Data) para imprimirtus datos. filtración (Filtration Rate)?

¿Afecta la presión aplicada a la velocidad de filtración (Filtration Rate)?

¿Pasaron todos los solutos a través de todas las membranas?

Si no, ¿cuál o cuáles no lo hicieron?

¿Por qué?

¿Cómo puede el organismo aumentar selectivamente la velocidad defiltración (Filtration Rate) de un órgano o sistema dado?

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9. Mecanismos de transporte y permeabilidadcelular. Transporte Activo (1/2)

El transporte activo difiere del transporte pasivo en que se utiliza energíametabólica para mover solutos a través de la membrana. También se diferencia enque los solutos se mueven desde un área de menor concentración a otra de mayorconcentración -al contrario de lo que ocurre en la difusión facilitada. Como en ladifusión facilitada, se requiere la unión de una sustancia a un transportador. Puestoque la sustancia unida se está moviendo «cuesta arriba» hasta un área de mayorconcentración, los transportadores se denominan, a menudo, bombas. Elmovimiento neto desde una concentración menor a otra mayor y el mantenimientode una concentración elevada estable en un lado de la membrana solo puedealcanzarse mediante la aportación continua de energía al mecanismo de transporteactivo. El aporte de energía puede alterar la afinidad del lugar de unión deltransportador de modo que haya una afinidad más alta a un lado que al otro, o laenergía puede alterar la velocidad a la que el transportador mueve el sitio de uniónde un lado de la membrana al otro.

Como en la difusión facilitada, el número de las moléculas transportadoras por lacélula es finito.

La energía para el transporte activo deriva del metabolismo celular. La inhibición delATP bloquea el mecanismo de transporte activo. Para que los solutos se muevandesde un área de menor concentración a otra de mayor concentración, el transportedebe estar acoplado con el flujo de energía desde un nivel energético mayor hastaotro menor. Si el ATP se utiliza directamente en el transporte, el mecanismo detransporte se conoce como transporte activo primario.

La energía se produce mediante la hidrólisis de ATP por un transportador que es unATPasa que cataliza la rotura del ATP y su autofosforilación. Esta fosforilación deltransportador alterará la afinidad del sitio de unión o bien la velocidad del cambioconformacional. Se han identificado cuatro proteínas de transporte activo primario.En todas las membranas plasmáticas hay una sodio-potasio ATPasa, responsable delflujo hacia el exterior de sodio y del flujo hacia el interior de potasio.

El sodio es el principal ión encontrado en el fluido extracelular, mientras que elpotasio es más abundante en el interior de las células. Otras proteínas de transporteestán implicadas en el transporte de calcio, transporte de hidrógeno y en eltransporte de hidrógeno-potasio.

Actividad 6

Transporte activo

Pulsa Experimento (Experiment) en la parte superior de la pantalla y selecciona Transporte Activo (Active Transport).

Aparecerá una nueva pantalla que se asemeja a la pantalla de la difusión facilitada(Figura 1.5). El principal cambio es la adición de un dosificador de ATP encima de losrecipientes.

Recuerda que, puesto que el ATP es necesario para que el sistema funcione, debeser agregado en cada experimento.

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10. Mecanismos de transporte y permeabilidadcelular. Transporte Activo (2/2)

1. Asegúrate que en el Constructor de Membranas (Membrane Builder) el número detransportadores de glucosa está fijado en 500 y el número de bombas Na+/K+también está fijado en 500.

2. Pulsa Construir Membrana (Build Membrane).

3. Arrastra la membrana «construida» al contenedor de membranas situado entrelos dos recipientes.

4. En el recipiente de la izquierda, fija a 9 mM el Na+/Cl-pulsando el botón (+) ypulsa Dosificar (Dispense).

5. En el recipiente de la derecha, pulsa Agua Desionizada (Deionized Water) ydespués Dosificar (Dispense).

6. Fija el ATP a 1 mM y después pulsa Dosificar ATP (Dispense ATP).

7. Asegúrate de que el Temporizador (Timer) está fijado a 60 minutos y pulsa Iniciar (Start).

Al final de este experimento, ¿se movieron el Na+/Cl- desde el recipiente dela izquierda al recipiente de la derecha?

¿Por qué?

8. Pulsa Limpiar (Flush) debajo de ambos recipientes.

9. Añade 9 mM de Na+/Cl- al recipiente de la izquierda y 9 mM de KCl al recipientede la derecha. Pulsa Dosificar (Dispense).

10. Fija el ATP a 1 mM, pulsa Dosificar ATP (Dispense ATP) y después Iniciar (Start).

11. Al final del experimento pulsa Guardar Datos (Record Data).

A medida que el experimento progresa, las concentraciones de los solutoscambiarán en las ventanas situadas al lado de los recipientes. La velocidaddisminuirá notablemente, para pararse antes de completarse el experimento. ¿Porqué?

Ahora que has realizado el experimento básico, vamos a llevar a cabo dosvariaciones.

12. Repite el experimento sin incrementar la cantidad de ATP añadida al sistema.

¿Varía la cantidad de NaCl/KCl transportados?

13. Repite el experimento sin cambiar el número de transportadores y bombascuando construyas la membrana.

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La cantidad de solutos transportada a través de la membrana ¿varía con el aumentode transportadores o de bombas?

¿Algún soluto se ve más afectado que otro?

La membrana que has «construido», ¿permite la difusión simple?

Si colocaras NaCl 9 mM en un lado de la membrana y 15 mM en el otro, ¿habríamovimiento del NaCl?

¿Por qué?

¿Produce alguna diferencia la cantidad de ATP agregada?

14. Pulsa Herramientas (Tools) >Imprimir Datos (Print Data) para imprimir tusdatos guardados.

Nota:Este curso es un fragmento del libro: " Physioex Tm 6.0 para fisiologíahumana", de los autores Timothy Stabler , Greta Peterson y Lori Smith (ISBN:9788478290789). Puedes descubrir y adquirir libros de Pearson en: www.jetlibros.com

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software physioex tm 6.0. fisiología...

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