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UNIVERSIDAD DE CHILE
FACULTAD DE CIENCIAS
DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA
Curso: FISIOLOGÍA GENERAL 2017
Laboratorio No. 2
Iones y potenciales eléctricos.
Introducción.
En este trabajo de laboratorio se estudiará la diferencia de potencial eléctrico que se genera
cuando dos soluciones de electrolitos de diferente concentración entran en contacto. Para
esto se realizarán mediciones usando el programa Excel “Electrodifusion.xlsm”, disponible
en U-Cursos. La figura presenta parte de la Hoja1 del programa.
Figura 1.
La simulación supone que existen dos compartimientos eléctricamente aislados, que
llamaremos intracelular y extracelular, como se ve en la figura 1. Estos compartimientos
están conectado eléctricamente a un voltímetro a través de un par de electrodos de plata
clorurada. El electrodo es un tubo de vidrio lleno de una solución concentrada de KCl en la
que está sumergido un alambre de plata cubierto de cloruro de plata. El alambre de plata se
conecta al voltímetro mediante un alambre de cobre y la solución de KCL se conecta a la
solución de cada compartimiento mediante el contacto poroso.
Fisiología General 2017. Trabajo Práctico No. 2
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En la figura 2 se encuentran las concentraciones de las soluciones de cada compartimiento
están en las casillas a la izquierda de las etiquetas C. intracelular y C. extracelular,
respectivamente. Las soluciones están en contacto a través de una membrana selectiva para
los iones de la valencia, z, que está definida en el cuadro a la izquierda de la etiqueta
respectiva. La temperatura está en la casilla de más abajo.
El gráfico de la figura 2 representa el curso temporal de la diferencia de potencial eléctrico
establecida entre el compartimiento intracelular y el extracelular a partir del instante en que
las soluciones se ponen en contacto. El potencial se mide en milésimas de volt, mV. El
cuadro de texto con caracteres grandes es la lectura del potencial en estado estacionario o
steady state. Esto quiere decir que se logra un valor que no cambia en el tiempo.
Figura 2.
El propósito de este trabajo es descubrir qué relación existe entre el potencial eléctrico
medido, las concentraciones de iones de las soluciones, la carga del ion permeante y la
temperatura.
¿Cuál es el origen del potencial eléctrico?
En el momento de poner en contacto las dos soluciones el lado intracelular tiene una
concentración 140 mM y el extracelular 2.5 mM. Debido a la diferencia de concentración
pasarán iones permeantes desde el lado concentrado al diluido. Como los iones tienen carga
eléctrica, el paso de iones implica un movimiento de cargas eléctricas, z veces la carga
elemental, e0,·(1.6·10-19 coulomb) en que z es la valencia del ion, por ejemplo z = 1 para el
ion sodio Na+ y z = -1 para el ion cloruro Cl-. Los dos compartimientos separados por una
membrana son equivalentes a un condensador eléctrico. La capacidad del condensador, C,
se mide en farad, F.
De acuerdo a la expresión
V=Q/C
donde V es la diferencia de potencial eléctrico, Q la carga eléctrica y C la capacidad, para
generar una diferencia de potencial de 1 volt en un condensador de 1 F, es necesaria una
carga de 1 coulomb. La capacidad eléctrica de la membrana que separa los compartimientos
relaciona la tasa de carga transportada dQ/dt con el cambio del potencial eléctrico dVm/dt
de acuerdo a la ecuación:
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Fisiología General 2017. Trabajo Práctico No. 2
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dVm
1 dQ

dt
C m dt
A medida que el tiempo pasa, el potencial eléctrico del lado concentrado se va haciendo
cada vez más negativo (dQ/dt < 0). Finalmente se llega a una situación en que la tendencia
de los iones a difundir desde el lado concentrado se iguala a la tendencia de difundir hacia
el lado concentrado por estar a un potencial eléctrico negativo. Éste es el steady state.
Recolección de datos.
Para descubrir la relación entre potencial eléctrico, concentración, valencia del ion y
temperatura, haga simulaciones cambiando sistemáticamente una de las variables a la vez.
Por ejemplo, cambiar la concentración extracelular a 1, 3, 5, 10, 30, 50, 100 y 300 mM,
manteniendo la concentración intracelular en 140 mM, la valencia del ion +1 y la
temperatura 25 °C.
Para cambiar las variables de la simulación, por ejemplo, la concentración extracelular:
 Clic en la caja de texto (2.5). La caja cambia de color.
 Escriba la nueva concentración, (10).
 Clic en la etiqueta vecina a la caja de texto para validar el cambio. (Si pone valores
fuera del intervalo aceptado por el programa escuchará una alarma y la variable
tomará el valor inicial).
 Clic en el botón de control “Simula y guarda”
Las variables y el resultado el programa los copia en la Hoja2 en filas sucesivas.
Aviso: El botón de control “Iniciar” borra los resultados acumulados en la Hoja2 desde la celda A2
hasta la E100 y da valores iniciales a las variables. Para respaldo copie frecuentemente sus resultados
en otra área de la Hoja2 y guarde el programa completo en su casilla de correo.
Simulaciones sugeridas:
C. extracelular 1, 3, 5, 10, 30, 50, 100, 300 mM; Cint 140 mM; z 1; T 20 °C.
C. extracelular 1, 3, 5, 10, 30, 50, 100, 300 mM; Cint 140 mM; z 1; T 5 °C.
C. extracelular 1, 3, 5, 10, 30, 50, 100, 300 mM; Cint 140 mM; z 2; T 20 °C.
Opcionalmente, simule otras condiciones según su creatividad, por ejemplo z = -1.
Análisis
Grafique el potencial eléctrico medido en función de la concentración extracelular.
Investigue qué operación sobre las concentraciones transforma su gráfica en una línea recta.
(La progresión de las concentraciones sugeridas contiene una pista).
Observe qué relación hay entre la pendiente de la recta y la temperatura absoluta.
Observe qué relación hay entre la pendiente de la recta y la valencia de ion.
Informe:
Redacte un pequeño informe conteniendo su tabla de resultados, sus gráficos y
conclusiones. Mande su informe a [email protected], identificando el número de la guía
y su nombre en el asunto de la carta.
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