3º Grado. Grupo B.

• Profesor/a: Blanca Cifuentes

• Ponentes:

Jiménez Lalana, Diego Esteban

Scenna, Daniele

La concentración de una solución de sacarosa (soluto impermeante) en la que hay quesumergir una tejido para que se produzca la plasmolisis incipiente es de 0,3 molal, mientrasque si utilizamos glicina la concentración debe ser de 0,4 molal.

a) ¿Cuál es el coeficiente de reflexión de la membrana celular para la glicina?

b) Si los cloroplastos aislados de dicho tejido son incluidos en soluciones de un soluto

impermeante a 20ºC, el volumen de dichos cloroplastos es de:

• 36 μm3 a una presión osmótica externa de 0,33 Mpa.

• 28 μm3 a 0,5 MPa .

• 20 μm3 a 1 MPa.

Considerando que el coeficiente de actividad del soluto es la unidad, ¿cuál será elvolumen de los cloroplastos en sacarosa 0,3 molal?

c) Si suspendemos los cloroplastos en sacarosa 0,3 molal y añadimos 0,1 moles de

glicina por kg de agua el volumen de los cloroplastos que se obtiene es de 23 μm3.

¿Cuál será el coeficiente de reflexión de la membrana de los cloroplastos para la glicina?

Aproximaciones preliminaresAproximaciones preliminares Al estar tratando con estado hídrico de células vegetales, concentración de solutos y

membranas biológicas, hemos de tener en consideración conceptos como:

El potencial hídrico.

La presión osmótica.

El flujo hídrico.

Permeabilidad de lasmembranas biológicas.

Plasmolisis yplasmolisis incipiente

Asimismo, será necesario concretar la naturaleza y actividad de dichos solutos respecto alcaso que nos ocupa y como se comportan en función de la permeabilidad de las distintasmembranas biológicas.

Potencial hídrico Potencial hídrico (Ψ)(Ψ) Capacidad de las moléculas de agua para moverse en un

sistema.

El agua se mueve espontáneamente a favor de un gradientede potencial hídrico.de potencial hídrico.

Ψwext. = Ψwint. Equilibrio; ΔΨw = 0; Jw= 0

Ψwext. ≠ Ψwint. Flujo de agua; ΔΨw ≠ 0; Jw ≠ 0

• Si Ψwext. > Ψwint. Flujo de entrada de agua

• Si Ψwext. < Ψwint. Flujo de salida de agua

Célula vegetal

Ψw = Ψp + Ψπ + Ψm + Ψg Ψw = Ψp + Ψπ + Ψm

Dadas nuestras condiciones experimentales consideramosque las componentes Ψp y Ψm resultan despreciables respecto a la significación para nuestro caso del Ψπ.

Es la presión mínima necesaria para impedir el paso de lasmoléculas del disolvente, hacia una disolución más concentradade soluto a través de una membrana semipermeable.

Relación de van´t Hoff: Ψπ = -π = -RTΣCs

Presión osmótica (Presión osmótica (ππ))

ÓsmosisÓsmosis

Si una disolución se pone encontacto con su disolvente,o con una disolución másdiluida, a través de unamembrana semipermeablemembrana semipermeableque sólo deje pasar lasmoléculas del disolvente, lahomogeneización delsistema no se puede realizary tiene lugar un flujo netode disolvente hacia ladisolución más concentrada.

Flujo hídrico (Flujo hídrico (JJww)) De esta forma el gradiente de potencial que determina el

flujo de agua en la planta (Jw).

Jw = Lp (ΔΨw) = Lp ( ΔΨp + ΔΨπ + ΔΨm)Jw = Lp (ΔΨw) = Lp ( ΔΨp + ΔΨπ + ΔΨm)

Jw = Lp (ΔΨπ) = Lp (- Σ Giπi)

Solutos y permeabilidad de lasSolutos y permeabilidad de lasmembranas biológicasmembranas biológicas Las membranas biológicas consisten en una

bicapa lipídica de fosfolípidos, además de otroscomponentes (por ejemplo, colesterol), queenfrentan las regiones polares de dichas moléculasquedando en el margen exterior los extremosapolares, lo que confiere unas propiedadesapolares, lo que confiere unas propiedadescaracterísticas que junto con proteínas demembrana (transportadores y canales) permiten lapermeabilidad selectiva.

Si bien in vivo es importante el papel deltransporte activo, nosotros sólo consideraremos ennuestro experimento transporte pasivo y difusiónsimple, prestando especial importancia a los flujosde agua, que si atraviesan libremente lasmembranas biológicas, igual que gases como el O2

y CO2.

De este modo, no todas las moléculas pueden atravesar lasmembranas biológicas de forma espontánea, teniendomuchos de ellos limitado o impedido su paso.

De forma matemática expresamos esta tendencia aatravesar o no, dichas membranas mediante el coeficientede reflexión de la membrana (G), siendo este, como nopodía ser de otro modo, propio de cada soluto.podía ser de otro modo, propio de cada soluto.

G, está expresado en una razón entre 0 y 1, donde 1 reflejatendencia total a ser reflectado y, por tanto, tendencia nulaa atravesar la membrana.

En contraposición, un valor de 0 refleja lo contrario.

Solutos permeantes: 0 ≤ G < 1

Solutos impermeantes: G = 1

PlasmolisisPlasmolisis

Definimos como plasmolisisal fenómeno por el cual serompe la membranaplasmática y se produce fugade plasma.

En las células vegetales se En las células vegetales seproduce cuando, en unasolución hipertónica se induceun flujo masivo de salida deagua de las vacuolas y de lacélula, cae la presión de turgory la célula se deshidratacontrayéndose el citoplasma yseparándose de la paredcelular.

PlasmolisisPlasmolisis incipienteincipiente El punto de plasmolisis incipiente es aquel en el que el flujo de

salida de agua es igual al flujo de entrada, por tanto, el flujo netose hace cero y se equilibra el potencial hídrico a ambos lados de lamembrana. Condiciones isotónicas.

En este punto, la célula vegetal mantiene aún funcionalidadcompleta y no comprometida.

Punto de plasmolisis incipiente

• Ψwext. = Ψwint. • ΔΨw = 0• Jw= 0

a) Coeficiente de reflexión de la membranaa) Coeficiente de reflexión de la membranacelular para la glicinacelular para la glicina

Partiendo del estado de plasmolisis incipiente que se nosindica en el enunciado en el que el flujo de entrada deagua es igual al de salida, lo que hace que el flujo neto seacero (Jw = 0), deducimos: En este punto la concentración de sacarosa (que al ser un

soluto impermeante posee un coeficiente de reflexión G = 1)es de 0,3 molal, que será, por tanto, igual a la concentraciónde solutos en la célula.

Ψwexterior = Ψwcélula - RTCsacarosa= - RTCsolutos célulares

Ψw = Ψπ = -π = - RTC Csolutos celulares = 0,3 molal

Como Jw = 0 ; y son necesarios 0,4 moles de glicinapara inducir plasmolisis incipiente, entonces:

Jw = Lp (- Σ Giπi) = 0

0 = Lp [ Gsacarosa (- RTCsacarosa) – (Gglicina (- RTCglicina))]

Lp Gsacarosa RTCsacarosa = Lp Gglicina RTCglicina

Sustituimos en la ecuación los términos conocidos

y despejamos:(1) 0,3 molal = (Gglicina)0,4 molal

Gglicina = 0,7692

b) Volumen de los cloroplastosb) Volumen de los cloroplastos Ante los presentes datos, lo más sencillo resulta interpolar en

base a una recta de regresión que podemos confeccionar conlos datos que nos da el propio enunciado del apartado delproblema.

Así, calculamos la presión que ejerce la concentración de Así, calculamos la presión que ejerce la concentración desoluto propuesta, que no será otra que la presión osmótica (π); previa transformación de la constante R de los gases ideales obien de las unidades finales.

π = RTCsacarosa ; Csacarosa = 0,3 molal π = 0,73033 MPa

• R= 0,082 atm x L / mol xºK

• Rtransformada = 8,30865 x 10 Mpa x L / mol x ºK

-3

Resultado de interpolar en larecta de regresión:

23 μm3 a π = 0,73033 MPa

(Csacarosa = 0,3 molal)

• 36 μm3 a π = 0,33 Mpa.• 28 μm3 a π = 0,5 MPa .• 20 μm3 a π = 1 MPa

c) Coeficiente de reflexión de lac) Coeficiente de reflexión de lamembranamembrana cloroplásticacloroplástica para la glicinapara la glicina Si partimos, en este caso, de saber que en presencia de

concentraciones 0,3 molal de sacarosa y 0,1 molal deglicina; basándonos en el resultado anterior, no podemossino inferir que el coeficiente de reflexión de la membranasino inferir que el coeficiente de reflexión de la membranacloroplástica para la glicina es la unidad, ya que actúa comoun soluto impermeante por no presentar significaciónosmótica, pues no produce variación de volumen ni flujo deagua.

Gglicina en cloroplasto = 1