Mi incursión en las actividades de laboratorio está ligada a la unidad anatómica, fisiológica, reproductiva y genética de los seres vivos –la célula-, y en particular a la membrana plasmática, uno de los orgánulos más versátiles, por su capacidad de permeabilidad selectiva de materiales de construcción y combustibles necesarios para el metabolismo celular. La membrana biológica se compone básicamente de lípidos, carbohidratos y proteínas que, configuran una estructura capaz de comportarse como una estación fronteriza entre el medio extracelular e hialoplasma de la organización celular, activando mecanismos diversos de transporte que atienden a postulados, principios y leyes derivados de la acción científica no solo de la biología, sino de otras áreas como la física y la química.

En este caso en particular, la propuesta de protocolo de laboratorio que les presento, se apoya en la bioquímica, por vía del equilibrio tipo Donnan, cuyo propósito es predecir el comportamiento de iones difusibles y no difusibles –y su distribución-, cuando en uno de los compartimientos se encuentran aniones que no permean, con lo cual se da curso a una característica muy particular de la membrana plasmática en la que, la hemicapa que da hacia el citoplasma, reporta ligera electronegatividad, en tanto que del lado extracelular la proporción catiónica es predominante.

Esa distribución asimétrica de cargas configura para la membrana un potencial de reposo de carga electronegativa en milivoltios, lo que justifica en términos bioeléctricos una de las características de la célula referidas a la excitabilidad ante estímulos del entorno. Con ello se justifica la capacidad de las neuronas para excitarse, la contracción de la fibra muscular para abrazar a un ser querido, percibir los sabores u olores de los alimentos, así como el disfrute de un video musical visualizado en Dtube o Youtube, entre otras rutinas que dependen del potencial de membrana y de acción celular.

Para la mejor comprensión de los fenómenos descritos, este protocolo de laboratorio, desarrollado con mi maestro -el Profesor José Contreras- y luego perfeccionado con mi preparador –y ahora colega- el destacado Profesor Juan Flores, al que se han sumado estudiantes de diversas cohortes –como la ahora eminente profesora Carmín Cortez-, durante su proceso de formación, permite demostrar experimentalmente la manera en que se distribuyen los iones atendiendo a los postulados precitados, empleando materiales, instrumentos, reactivos y secuencias operativas para la generación de datos empíricos, que luego de ser procesados, se constituyen en evidencia explicativa del comportamiento membranal, en el marco de la empresa celular.
Es importante acotar que, esta actividad práctica, es una muestra de que la ciencia no es un hecho individual, sino colectivo, en cuanto a que cada científico requiere considerar los predecesores y permitir que sus pares investigadores cooperen para la consecución de mejores resultados en las secuencias operativas, líneas y programas de investigación.

INTERCAMBIO DE SUSTANCIAS POR LA MEMBRANA PLASMÁTICA.

General

Demostrar que la membrana plasmática es una barrera dinámica que permite el intercambio de materiales entre la célula y su medio asignándole las características de abierto y en estado estacionario.

Específicos

 Determinar cuantitativamente el origen de un potencial Tipo Donnan que se genera cuando en un compartimiento existen aniones que no permean.
 Determinar la cantidad de cloruro formado por precipitación de iones de plata, a través de una titulación argentimétrica.

Consideraciones Teóricas Básicas

De acuerdo con Karp (2005), la membrana plasmática de una célula representa la principal barrera comunicativa con su entorno, siendo su permeabilidad selectiva una de las características fundamentales, gracias a lo cual pueden difundir algunos iones y moléculas, en tanto que otros no; esta circunstancia obedece a la naturaleza del compuesto o ion, el tamaño, la carga, entre otros factores, tal y como pueden observar en el gif animado que preparé para ustedes.

Gif inédito del autor @tomastonyperez. Enlace a la Fuente

Lo anterior conlleva a que en el lado interno de la hemicapa (lado citosólico) exista una ligera electronegatividad con respecto al lado que colinda con el líquido o medio extracelular, lo que en el caso de muchas células se debe a la presencia de iones de fosfatos, algunas proteínas, glucoproteínas -como la Glucoforina y sus residuos de aspartato y glutamato-,que atraen iones cargados positivamente (cationes) -como el potasio- y repelen a aquellos cargados negativamente (aniones), como por ejemplo el cloro. Esto trae como consecuencia una distribución asimétrica de cargas, de la cual nace el término de equilibrio o distribución Gibbs – Donnan y su implicación final es la de generar una diferencia de potencial, fundamento del potencial de membrana o de reposo para aquellas células con excitabilidad eléctrica, que deriva finalmente en un potencial de acción.

ACTIVIDAD 1: EQUILIBRIO TIPO DONNAN

 En la parte interna de una cáscara de huevo coloque 5 mililitros de KCl a 0,4M y 5 mililitros de Cromato de potasio (K2Cro4) al 0,45M.
 Se coloca en un vaso de precipitado contentivo de 10 mililitros KCl a 0,1M
 Dejar reposar por 1 hora
 Tome 1 mililitro de la muestra de cada compartimiento por separado.
 Proceda con la titulación argentométrica del contenido en ambos compartimientos.
 Tome nota de los datos necesarios para proceder al cálculo y posterior interpretación del resultado.

Nota: la titulación argentimétrica o argentométrica es un método de titulación por precipitación (volumetría de precipitación), donde se forman precipitados de cloruro de plata los cuales pueden apreciarse cualitativamente con el reactivo cromato de potasio como indicador (método de Mohr).

En el Video Tutorial inédito, realizado especialmente para esta comunidad, les muestro paso a paso el Protocolo de laboratorio para la determinación del equilibrio tipo Donnan.

Fuente: reproductor del video de @tomastonyperez en youtube.com insertado por código embebido

ACTIVIDAD 2: CÁLCULO DE CATIONES Y ANIONES EN AMBOS COMPARTIMIENTOS.

Para la actividad es necesario realizar la predicción (hipótesis) de la distribución de iones en cada compartimiento a través de la ecuación planteada A2= AT2/2(AT)+B. Tomando en cuenta que en uno de ellos se encuentra un anión que no permea.

AT= Aniones totales
A2= Aniones en el compartimiento 2 (medio interno).
B= representa el anión no difusible, por tanto una constante, en este caso se refiere al cromato de potasio.

Luego, con los datos experimentales generados por la titulación, aplica la siguiente formula: C1 x V1 = C2 x V2.
Donde:

C1: se refiere a la concentración de la sustancia usada para la titulación
V1: es el volumen gastado de la sustancia usada para la titulación.
C2: corresponde a la concentración de cloruros en el compartimiento analizado, por lo tanto representa la incógnita.
V2: se asocia al volumen de la muestra estudiada la cual corresponde a 0,5 mL.
Con esos resultados referidos a los aniones procede al cálculo de los cationes y aniones en el sistema.

Nota:Como actividad complementaria se solicita diagramar la distribución experimental con base en los datos empíricos generados y procesados.

• De acuerdo con los objetivos establecidos en esta la actividad, se pudo demostrar la distribución asimétrica de iones, la cual obedece a una distribución de tipo Donnan, como consecuencia de que en uno de los compartimientos –interno- existe un anión no difusible (cromato, CrO4), dicha distribución genera una electronegatividad en el interior de la cáscara de huevo -compartimiento 2-, y tal como establece el postulado, donde al cabo de un tiempo determinado (1 hora) el anión difusible (cloro) está menos concentrado en el compartimiento 2 -medio interno-, con un valor de [0,15M] en comparación con el mismo anión que se ubica en el compartimiento 1 (medio externo), el cual arrojó una concentración de [0,55 M].
• Por otra parte se evidencia claramente el cumplimiento del segundo postulado de la distribución, al considerar que la concentración de cationes supera, en el compartimiento donde está el anión que no permea (interno) [0,60M], a aquella donde están los cationes del medio externo [0,25 M].
• Se destaca que, las concentraciones experimentales finales no fueron exactas con respecto a las hipotéticas previamente planteadas, debido a que una cantidad de iones quedan atrapados en la bicapa lipídica al momento de desmontar el experimento, aunado a los imponderables errores en los procedimientos y demás factores intervinientes que siempre hay que tomar en consideración.
• Finalmente, la obtención de resultados positivos fue el producto de la aplicación efectiva de la titulación argentométrica, la cual se evidenció por el precipitado de iones de cloruro de plata (AgCl) (color blanco), formados por la reacción del agente titulante (nitrato de plata, AgNO3) con la muestra relacionada (cloruro de potasio, KCl), más la presencia de un indicador (dicromato de potasio), evidenciado por el color rojo ladrillo al final del proceso.
• Estos resultados son firme manifestación del cumplimiento del postulado teórico planteado, respecto al sostenimiento del equilibrio tipo Donnan en la empresa celular, con base en la distribución de cargas manifestada con la presencia de los aniones no difusibles, lo cual es compensado por la tendencia del catión Na+ (que se comporta como no difusible temporalmente), pero con tendencia eléctrica y química a ingresar al citoplasma para compensar la osmolaridad que esto implicaría, situación que es detenida por la bomba Sodio-Potasio, garantizando el sostenimiento del potencial de reposo o de membrana que le confiere la excitabilidad a la membrana celular.

• Becker, W., Kleinsmith, L. y Hardin, J. (2007). El mundo de la célula. España: Editorial Pearson.
• Contreras, J. (2005). Biología celular. Guía de estudios teórico-prácticos. UPEL-IPB: Barquisimeto
• Ganong, W. ( 1996 ). Fisiología Médica. Decimoquinta. Edición en español.Editorial: El Manual Moderno: México.
• Tórtora y Derrickson.( 2010 ). Principios de Fisiología y Anatomía. 11va edición. Editorial Harcourt Brace: Madrid.
• Karp, G (2005). Biología Celular. Mc-Graw-Hill: México
• Smith y Wood ( 1997 ). Moléculas Biológicas. Addison-Wesley Iberoamericana: Buenos Aires.
• Pérez, T. (2018. Biología celular. Documento en línea. Disponible en
• Smith y Wood ( 1997 ). Biosíntesis Addison-Wesley Iberoamericana: Buenos Aires.
• Smith y Wood ( 1998 ). Biología Molecular y Biotecnología Addison-