Retroalimentación

a) Si se inyectara una solución salina que elevara la concentración final de sales en sangre al 2,2 %, los glóbulos rojos se encontrarían inmersos en un medio hipertónico, es decir, un entorno con mayor concentración de solutos (sales) que su interior (0,9 %). Como consecuencia, y debido a la ósmosis, el agua del interior de los eritrocitos saldría hacia el exterior para equilibrar la diferencia de concentración. Esta pérdida de agua provocaría que los glóbulos rojos se encogieran, adquiriendo un aspecto arrugado, en un proceso conocido como crenación (ya que se trata de células animales, no de plasmólisis, que ocurre solo en células vegetales). Esta deshidratación puede alterar la capacidad de transporte de oxígeno y llegar incluso a causar la muerte celular.

b) En el caso contrario, si la concentración de sales en sangre descendiera hasta el 0,01 %, el medio sería hipotónico respecto al interior de los glóbulos rojos. Esta situación osmótica provoca la entrada de agua al interior celular por ósmosis, ya que el agua tiende a moverse desde zonas con menor concentración de solutos hacia zonas con mayor concentración. Como consecuencia, los eritrocitos aumentarían su volumen progresivamente al llenarse de agua. Dado que las células animales no tienen pared celular que limite su expansión, existe un alto riesgo de que sufran citólisis, es decir, que revienten debido a la presión osmótica interna

c) Los fosfolípidos, principales componentes de la membrana plasmática, están formados por una molécula de glicerina (glicerol) unida a dos ácidos grasos (hidrofóbicos) y a un grupo fosfato (hidrofílico), que a su vez se enlaza a un alcohol (como la colina, etanolamina o serina). Esta estructura molecular les confiere un carácter anfipático, es decir, presentan una región polar (cabeza) y una región apolar (colas de ácidos grasos).

Gracias a esta doble naturaleza, los fosfolípidos se organizan espontáneamente en bicapas lipídicas cuando se encuentran en medio acuoso: las cabezas polares se orientan hacia el exterior e interior de la célula (donde hay agua), mientras que las colas hidrofóbicas se agrupan entre sí, alejadas del agua. Esta disposición proporciona a la membrana estabilidad estructural, flexibilidad y selectividad, lo que la hace ideal para delimitar compartimentos celulares y controlar el intercambio de sustancias, funciones esenciales para la vida celular.

Retroalimentación

a. ¿Qué sucede en las células del organismo si se ingiere agua de mar? ¿Qué proceso físico-químico es el responsable? (Calificación máxima 0,5 puntos)

Se produce el fenómeno de ósmosis, que consiste en el paso de agua a través de una membrana semipermeable desde una disolución de menor concentración de solutos (más diluida) hacia otra de mayor concentración (más concentrada), con el objetivo de igualar las concentraciones a ambos lados de la membrana. En este caso, la membrana plasmática de la célula permite el paso del agua pero no de los solutos disueltos. Como el agua del mar es una disolución hipertónica respecto al interior celular, el agua sale de la célula hacia el medio externo por ósmosis. Este movimiento provoca una pérdida de volumen en la célula y su deshidratación.
En células animales, esta pérdida de agua provoca un proceso denominado crenación, que consiste en la contracción de la célula y la formación de arrugas en su membrana plasmática.
Si se tratara de una célula vegetal, al existir una pared celular rígida, la membrana plasmática se separaría de la pared debido a la pérdida de agua, dando lugar al proceso de plasmólisis, caracterizado por la retracción del contenido celular y la formación de un espacio entre la membrana y la pared celular.
b. ¿Qué tipo de enlace se establece entre una molécula soluble en agua y las moléculas del agua? (Calificación máxima 0,5 puntos)

Los enlaces que se establecen entre una molécula soluble en agua y las moléculas del agua son enlaces intermoleculares de tipo puente de hidrógeno. Esto ocurre porque las sustancias hidrofílicas (polares) presentan grupos funcionales capaces de establecer atracciones electrostáticas con las moléculas de agua.
Los puentes de hidrógeno se forman entre un átomo de hidrógeno unido covalentemente a un átomo muy electronegativo (como oxígeno, nitrógeno o flúor) y otro átomo electronegativo cercano con un par de electrones libres. Esta capacidad permite que dichas moléculas se disuelvan con facilidad en agua, formando una red de interacciones estables.
c. ¿Cómo se llaman las sustancias que no son solubles en agua? (Calificación máxima 0,5 puntos)

Las moléculas que no pueden establecer enlaces de este tipo con el agua, por carecer de grupos polares o ionizables, reciben el nombre de hidrofóbicas o apolares. Estas sustancias no son solubles en agua y tienden a agregarse entre sí para minimizar su contacto con el disolvente acuoso, fenómeno conocido como efecto hidrofóbico.
d. Las células se pueden cultivar en un medio controlado pero su metabolismo tiende a bajar el pH del medio donde se encuentran, ¿cómo se puede mantener el pH constante? (Calificación máxima 0,5 puntos)

Para mantener el pH de un medio de cultivo constante se recurre al uso de sistemas amortiguadores o tampones de pH. Estos sistemas están formados por un ácido débil y su base conjugada (o viceversa) y actúan neutralizando los cambios de pH que podrían producirse por la adición de ácidos o bases al medio.
Uno de los tampones más empleados en medios biológicos es el tampón fosfato, que combina iones dihidrogenofosfato (H₂PO₄⁻) y monohidrogenofosfato (HPO₄²⁻), permitiendo estabilizar el pH en torno a valores próximos a la neutralidad (entre 6,8 y 7,4), lo que resulta fundamental para el correcto funcionamiento celular y enzimático.

Retroalimentación

Estos alimentos están en un medio con mucha concentración de sal (hipertónico) que impide que los microorganismos descomponedores puedan desarrollarse. Este medio hipertónico hace que las células de estos microorganismos, por ósmosis, pierdan agua y mueran por plasmólisis.

Retroalimentación

Una planta situada en un suelo muy salino, para poder absorber agua de ese suelo, tendrá que tener células con una concentración todavía mayor. Deberá tener un medio interno hipertónico respecto al medio externo, el suelo, para que el agua pueda entrar por ósmosis.

Retroalimentación

a) Si esta sustancia A puede difundir a través de la membrana, ¿en qué sentido será su difusión neta y hasta qué momento difundirá? (0,4 puntos)

Si la sustancia A es capaz de difundir a través de la membrana plasmática, su difusión neta se producirá desde el medio extracelular hacia el medio intracelular. Esto se debe a que, por la ley de difusión, las partículas de una sustancia tienden a desplazarse desde donde están más concentradas hacia donde su concentración es menor, en este caso de 0,09 mol/L (exterior) a 0,01 mol/L (interior).

La difusión continuará hasta que se alcance el equilibrio de concentraciones a ambos lados de la membrana, es decir, cuando las concentraciones de la sustancia A sean iguales tanto en el interior como en el exterior de la célula. En ese momento, aunque las moléculas seguirán moviéndose de un lado a otro, ya no habrá difusión neta, porque las cantidades que atraviesan la membrana en un sentido y en otro serán iguales.

b) Imagine ahora que esta célula es impermeable a la sustancia A y solo difunde el solvente, ¿cómo se denomina este fenómeno? ¿Hacia dónde se moverá el solvente y hasta qué momento? (0,4 puntos)

Si la célula es impermeable a la sustancia A pero sí permite el paso del solvente (normalmente agua), se produce un fenómeno denominado ósmosis. La ósmosis es el paso de agua a través de una membrana semipermeable desde la zona de menor concentración de soluto hacia la de mayor concentración de soluto.

En este caso, el agua se moverá desde el interior de la célula hacia el medio extracelular, porque es en el exterior donde se encuentra una mayor concentración de la sustancia A. El movimiento de agua continuará hasta que se equilibren las concentraciones efectivas de soluto a ambos lados de la membrana o hasta que las presiones osmóticas se igualen, deteniendo así el flujo neto de agua.

c) ¿Qué ocurrirá con el volumen celular y cómo se llama el fenómeno en las células eucariotas? (0,6 puntos)

Si la célula es impermeable a la sustancia A pero sí permite el paso del solvente (normalmente agua), se produce un fenómeno denominado ósmosis. La ósmosis es el paso de agua a través de una membrana semipermeable desde la zona de menor concentración de soluto hacia la de mayor concentración de soluto.

En este caso, el agua se moverá desde el interior de la célula hacia el medio extracelular, porque es en el exterior donde se encuentra una mayor concentración de la sustancia A. El movimiento de agua continuará hasta que se equilibren las concentraciones efectivas de soluto a ambos lados de la membrana o hasta que las presiones osmóticas se igualen, deteniendo así el flujo neto de agua.

d) Ante las mismas concentraciones del enunciado, otra célula es capaz de expulsar la sustancia A al exterior. Indique qué tipo de transporte se estará utilizando en este caso y cuáles son las características principales en este tipo de transporte. (0,6 puntos)

En el supuesto de que otra célula, sometida a las mismas concentraciones, sea capaz de expulsar la sustancia A al exterior, se está produciendo un transporte activo. Este mecanismo permite el movimiento de sustancias en contra de su gradiente de concentración, es decir, desde una zona de menor concentración (el interior de la célula, 0,01 mol/L) hacia una de mayor concentración (el exterior, 0,09 mol/L).

El transporte activo requiere necesariamente consumo de energía, generalmente en forma de ATP, ya que se opone a la tendencia natural de las partículas a difundirse a favor de gradiente. Este tipo de transporte es llevado a cabo por proteínas transportadoras específicas, denominadas bombas, que permiten mantener diferencias de concentración esenciales para la vida de la célula.

Retroalimentación

En un experimento se tienen tres tubos: el tubo A contiene agua destilada, el tubo B contiene una solución isotónica de cloruro sódico al 0.9%, y el tubo C contiene agua de mar con una solución de cloruro sódico al 4%. Se introduce sangre en cada uno de los tubos y se observan los glóbulos rojos.

a. ¿En qué tubo o tubos los glóbulos rojos no verán alterada su funcionalidad? Explica por qué.

Los glóbulos rojos no verán alterada su funcionalidad en el tubo B porque contiene una solución isotónica. En un medio isotónico, la concentración de solutos fuera de la célula es igual a la concentración de solutos dentro de la célula, lo que significa que no hay un gradiente osmótico que cause el movimiento neto de agua a través de la membrana plasmática.

En el tubo A, que contiene agua destilada, el medio es hipotónico en comparación con el interior de los glóbulos rojos. Esto hará que el agua entre en las células por ósmosis, causando que los glóbulos rojos se hinchen y posiblemente estallen (lisis celular, citolisis o, en este caso, hemolisis).

En el tubo C, que contiene una solución de cloruro sódico al 4%, el medio es hipertónico. Esto hará que el agua salga de los glóbulos rojos hacia el medio externo, causando que las células se deshidraten y se encojan (crenación).

b. Si en lugar de sangre, se introducen en los tres tubos células de epidermis de cebolla, ¿en qué tubo o tubos las células vegetales no verán alterada su funcionalidad? Explica por qué.

Las células de epidermis de cebolla no verán alterada su funcionalidad en los tubos A y B.

En el tubo A, aunque el medio es hipotónico, la rigidez de la pared celular vegetal evita que las células se hinchen excesivamente. La presión de turgencia que se genera es soportada por la pared celular, lo que mantiene la integridad celular.

En el tubo B, la solución isotónica no causará un movimiento neto de agua hacia dentro o fuera de las células vegetales, manteniendo su funcionalidad sin alteraciones.

En el tubo C, la solución hipertónica causará que el agua salga de las células vegetales, lo que llevará a la plasmólisis. La membrana plasmática se separa de la pared celular y el citoplasma se contrae, alterando significativamente la funcionalidad de las células.

c. ¿Qué quiere decir que las membranas celulares son semipermeables?

Las membranas celulares son semipermeables porque permiten el paso selectivo de moléculas a través de ellas. Permiten el paso del disolvente (agua) pero no el paso de la mayoría de los solutos (como electrolitos e iones) a favor del gradiente de concentración. Esto significa que el agua se desplaza a través de la membrana desde la solución de menor concentración de solutos hacia la de mayor concentración, hasta que se igualan las concentraciones de soluto a ambos lados de la membrana.

d. ¿Qué efecto tiene sobre la presión osmótica de la célula una molécula como el etanol que atraviesa directamente la bicapa lipídica de la membrana plasmática a favor de gradiente?

Una molécula como el etanol que atraviesa directamente la bicapa lipídica de la membrana plasmática a favor de gradiente no tiene ningún efecto sobre la presión osmótica. Esto se debe a que el etanol se mueve libremente a través de la membrana, equilibrando su concentración a ambos lados sin afectar el balance de agua o de otros solutos que contribuyen a la presión osmótica de la célula.