lab7-DIALISIS-BIOLOGICA[1]

7/22/2019 lab7-DIALISIS-BIOLOGICA[1]

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LLLaaa mmmeeemmmbbbrrraaannnaaa yyy eeelll tttrrraaannnssspppooorrrttteee ccceeellluuulllaaarrr

Objetivos

Al finalizar este laboratorio el estudiante podr:

1. Describir los componentes de las membranas biolgicas.2. Identificar factores que afectan la integridad de las membranas.3. Explicar cmo la difusin y la osmosis son importantes para las clulas.4. Mencionar factores que afectan la velocidad de difusin.5. Explicar qu son soluciones hipotnicas, hipertnicas e isotnicas.6. Explicar qu es osmolaridad en los tejidos.

I N T R O D U C C I N

as membranas celulares son barreras selectivas que separan las clulas y formancompartimientos intracelulares. Entre sus funciones estn:

La membrana celular est formada por una capa doble de fosfolpidos, protenas y carbohidratos. (Fig; 7.1).Cada fosfolpido est compuesto por glicerol, cidos grasos y fosfato, que en conjunto crean una barrerahidrofbica entre los compartimientos acuosos de la clula. Las protenas permiten el paso de molculashidroflicas a travs de la membrana, determinan las funciones especficas de sta e incluyen bombas,canales, receptores, molculas de adhesin, transductores de energa y enzimas. Las protenas perifricasestn asociadas con las superficies, mientras que las integrales estn incrustadas en la membrana y puedenatravesar completamente la capa doble. La funcin de los carbohidratos adheridos a las protenas(glucoprotenas) o a los fosfolpidos (glucolpidos) es la de adhesin y comunicacin intercelular. Elcolesterol, que es un esteroide (lpido), determina la fluidez de la membrana.

Laboratorio

7

L Regular el transporte de molculas que entran o salen de la clula o delorganelo.Generar seales para modificar el metabolismo.Adherir clulas para formar tejidos.


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F i g u r a 7 . 1

Estructura bsica de la membrana.

T R A N S P O R T E C E L U L A R : D I F U S I N Y O S M O S I S

Para que la clula funcione eficientemente, debe mantenerse en la misma un ambiente estable conocidocomo homeostasis. Para mantener este equilibrio existen mecanismos para el transporte selectivo demateriales hacia el interior o exterior de la clula. Las membranas de la clula son selectivamentepermeables, permitiendo el paso de algunas sustancias o partculas (molculas, tomos, o iones), eimpidiendo el paso de otras. Esta selectividad se debe a la capa doble de fosfolpidos de la membrana. Lamanera en que las molculas pasan por la membrana depende en parte de la polaridad de las mismas. Lasmolculas hidrofbicas, o no polares, pasan con relativa libertad a travs de la capa de lpidos, mientras quemolculas hidroflicas, o polares, incluyendo el agua, y las molculas de mayor tamao, pasan a travs decanales formados por protenas transportadoras. La regulacin del transporte de las molculas, o ladireccin en que se mueven depende de su gradiente de concentracin (diferencia en concentracin entredos lugares).

Las molculas se mueven constantemente debido a su energa cintica y se esparcen uniformemente en elespacio disponible. Este movimiento, llamado movimiento browniano, es la fuerza motriz de la difusin.Difusin se define como el movimiento natural de las partculas de un rea de mayor concentracin a unrea de menor concentracin hasta alcanzar un equilibrio dinmico, en el cual el movimiento neto de

partculas es cero. La difusin no requiere gasto de energa por parte de la clula y por lo tanto es unmovimiento pasivo. Cuando la clula transporta sustancias en contrade un gradiente de concentracin(de un rea de menor concentracin a un rea de mayor concentracin) se requiere energa (ATP) y sucedemovimiento activo.

Protena

Periferal Canal de

Transporte

Glicoprotena

Colesterol

ProtenaIntegral

Fosfolpidos

Protena

Periferal Canal de

Transporte

Glicoprotena

Colesterol

ProtenaIntegral

Fosfolpidos

Protenaperifrica


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3333

El componente principal de la clula es el agua, que acta como solvente (el agente que disuelve) desolutos orgnicos e inorgnicos. El movimiento de agua a travs de una membrana selectivamentepermeable se llama osmosis (difusin de agua) y sucede siempre del rea de mayor concentracin de agua(con menor concentracin de soluto) al rea de menor concentracin de agua (con mayor concentracin desoluto) (Figura 7.2). El agua se mover entonces, a favor de un gradiente de concentracin hacia el rea demayor concentracin de soluto (donde hay una menor concentracin de molculas de agua libres). Cuandola clula contiene una concentracin de solutos mayor que su ambiente externo, se dice que la clula est enuna solucin hipotnica, y como consecuencia, el agua entra a la clula causando que se expanda (Fig.7.3a). Si la concentracin de solutos es mayor fuera de la clula, se dice que la clula est en una solucinhipertnica; laclula pierde agua y se encoge (Fig. 7.3c). Si las concentraciones de soluto son iguales enambos lados de la membrana, se dice que la clula est en una solucin isotnica, dondeel movimientoneto es cero (Figura 7.3b).

Las clulas animales funcionan ptimamente en ambientes isotnicos. En las clulas vegetales, sin embargo,cuando la vacuola se llena de agua, sta ejerce presin contra la pared celular hasta llegar a un punto donde seimpida que entre ms agua (presin de turgencia) y la clula se encuentra trgida (firme), lo cual es elestado ideal de estas clulas. Por otra parte, si la clula vegetal pierde agua, la clula sufre plasmlisis alsepararse la membrana celular de la pared celular, lo cual suele ser letal para la clula (Figura 7.3c).

F i g u r a 7 . 2

Osmosis. Difusin de molculas de agua. Lasmolculas de agua pasan de un lugar de mayorconcentracin a un lugar con menos concentracin demolculas hasta llegar a un equilibrio.

Membrana selectivamente permeable

Solutoo

molcula

Membrana selectivamente permeable

Solutoo

molcula


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4444

F i g u r a 7 . 3

Osmosis: transporte de agua a travs de una membrana permeable. La bolsa representa una clula y el agua enel envase representa su medioambiente. El soluto es sal (cloruro de sodio). (a) La concentracin de sal en elmedioambiente es ms baja que la concentracin de sal en la clula. (b) La concentracin de sal es igual en laclula y en el medioambiente. (c) La concentracin de sal en el medioambiente es ms alta que la concentracinde sal en la clula.

E J E R C I C I O 7 . 1 P R O P I E D A D E S D E L A S M E M B R A N A S

En los ejercicios que siguen a continuacin se estudiar cmo algunos factores afectan elfuncionamiento de las membranas celulares.

A. Efecto de la temperatura

En este ejercicio se usar la planta de remolacha(Beta vulgaris), cuyas clulas almacenan en la vacuolacentral el pigmento violeta betacianina.

M A T E R I A L E S

Por laboratorio: Agua destilada

Bao de agua a 70 C

Bao de agua a 37 C

Hielo

Nevera

Por mesa: Gradilla para tubos de ensayo

Dos vasos de 150 a 200 ml

Una remolacha

Seis tubos de ensayo

Vaso con hielo

Navaja

Agarradera de tubo de ensayo

Plato para calentar

Aguja de diseccin

Probetas o pipetas de 5 ml

Sacabocado

Termmetro

Regla

Marcador de cera

Envase con hielo

Plato para calentar u hornilla

Solucin hipotnica Solucin isotnica Solucin hipertnica

H2O H2O H2O

(a) (b) (c)

Solucin hipotnica Solucin isotnica Solucin hipertnica

H2O H2O H2O

(a) (b) (c)


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P R O C E D I M I E N T O

1. Corte seis pedazos de remolacha (15 mm de largo) con un sacabocado y colquelos en tubosde ensayo rotulados del 1 al 6.

2. Aada 5 ml de agua al tubo 6 y colquelo en el congelador por 30 min.3. Aada 5 ml de agua al tubo 5 y colqueloen el bao de hielo por 30 min.4. Aada 5 ml de agua al tubo 1 y colquelo en un bao de agua caliente a 70 C durante 1 min.

Despus de 20 min, remueva el pedazo de remolacha del tubo.5. Deje que la temperatura del bao baje a 55 C y haga lo mismo con el tubo 2.6. Repita el procedimiento de arriba con el tubo 3 a 37 C y con el tubo 4 a 20 C.7. Compare la intensidad de color de las soluciones en los tubos.8. Coloque los resultados (intensidad de color vs. temperatura) en la Tabla 7.1.

Tabla 7.1 Efecto de temperaturaTubo Temperatura Intensidad de color

(1 = menos intenso; 6 = ms intenso)1 70 C2 55 C

3 37 C4 20 C5 En bao de hielo6 En congelador

9. Qu tubo mostr ms intensidad de color?

10. Qu indica la intensidad del color?

11. Cmo afectan las temperaturas altas a las membranas celulares?

12. Qu le pasa a las clulas en temperaturas bajas?


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B. Efecto de solventes

En este ejercicio se observar cmo algunos solventes actan sobre las membranas. El instructorpreparar este experimento.

M A T E R I A L E S

En la mesa del instructor:

Soluciones de acetona y metanol

2 a 4 huevos de gallina

10 ml de aceite

Por mesa: Gradilla para tubos de ensayo

Una remolachaP R O C E D I M I E N T O

1. Rotule seis tubos de ensayo de 1 al 6.2. Aada 5 ml de las siguientes soluciones a los tubos de ensayo:

Tubo 1: metanol 1 %Tubo 2: metanol 25 %Tubo 3: metanol 50 %Tubo 4: acetona 1 %Tubo 5: acetona 25 %Tubo 6: acetona 50 %

3. Corte seis pedazos de remolacha de 15 mm y colquelos en los tubos de ensayo. 4. Luego de 30 min, remueva la remolacha y observe la intensidad de color para cada solucin.5. Qu tubo mostr la mayor intensidad de color?6. Rotule seis tubos adicionales y aada lo siguiente a cada uno:

Tubo A:1 ml de agua + 1 ml de acetonaTubo B: 1 ml de agua + 1 ml de metanolTubo C: 1 ml de aceite + 1 ml de acetonaTubo D: 1 ml de aceite + 1 ml de metanolTubo E: Un poco de clara de huevo + 1 ml de metanolTubo F: Un poco de clara de huevo + 1 ml de acetona

P R E C A U C I N

No bote por el fregadero la acetona, ni e l metanol;descrtelos en el envase rotulado para este propsi to.


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7. Agite cada tubo suavemente y observe los resultados. En qu tubos se observaron

reacciones?

8. Basado en lo que se observ en los tubos de ensayos (refirindose a los tubos 1 - 6 y A - F),cmo afecta la acetona a la membrana?

9. Cmo afecta el metanol a la membrana?

10. Qu indican los resultados sobre los componentes de la membrana?

E J E R C I C I O 7 . 2 T R A N S P O R T E C E L U L A R : D I F U S I N Y O S M O S I S

A. Difusin

A.1. Difusin de molculas en agua

En este ejercicio, se estudiar el movimiento browniano de las molculas y el efecto de la temperaturasobre dicho movimiento.

M A T E R I A L E S

Por mesa: Dos vasos de precipitacin (beakers) Agua fra

Agua a temperatura ambiente

Colorantevegetal


1. Aada agua a temperatura ambiente a un vaso y al otro vaso aada agua fra.2. Deje los vasos reposar por 10-15 min para que no haya movimiento del agua.3. Aada cuidadosamente una gota de colorante a cada envase y observe la dispersin de la gota.4. Afect la temperatura la difusin del tinte? Explica tu observacin.


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8888

A.2. Difusin a travs de una membrana selectivamente permeable (dilisis)

En este ejercicio se usar una membrana de dilisis que posee poros de un tamao determinado yque acta como una membrana selectivamente permeable.

M A T E R I A L E S

Por mesa: Un vaso de precipitacin (beaker) de

500ml Una bolsa de dilisis ycordn o

bandas de goma

Rejilla y tubos de ensayopequeos Bao de mara y matraz

pequeo con agua

Agarradera de tubo deensayo Reactivo deBenedict Solucin de yodo Cilindrograduado

Por laboratorio: Solucin de glucosa 30 % y solucin de almidn 1 %. Se usarn aproximadamente 25 ml de

cada una por mesa (150 ml de cada solucin por laboratorio).


1. Corte la bolsa de dilisis a 25 cm de largo y pngala en agua por unos minutos para abrirla. 2. Aada a la bolsa aproximadamente la mitad de la solucin de glucosa y la mitad de la solucin

de almidn.

3. Cierre la bolsa con un cordn o con una banda de goma, de forma que luego pueda abrirla(Fig. 7.4 a).

4. Mezcle la solucin dentro de la bolsa y enjuague con agua la superficie externa de la bolsa;anote el color inicial de la solucin dentro de la bolsa.

5. Aada varias gotas de la solucin de yodo a un vaso (beaker) con 300 ml de agua hasta obtenerun color dorado.

6. Coloque la bolsa de dilisis dentro del agua por 30 min (Figura 7.4 b).


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9999

(a) (b)

F i g u r a 7 . 4

7. Saque la bolsa del agua y colquela en un vaso (beaker) vaco. Anote el color de la solucindentro de la bolsa y comprela con la solucin en el primer vaso.

8. Realice la prueba de Benedict para las dos soluciones contenidas en las bolsas.9. Cuales son los resultados de este experimento para las pruebas de yodo y de Benedict?

Explique.

10. Qu indican estos resultados?

11. Qu caracterstica tiene la membrana de dilisis que afecta los resultados?

B. Osmosis en clulas animales y vegetales

En los siguientes ejercicios se observar qu ocurre al poner clulas animales y vegetales en solucionescon concentraciones diferentes de solutos.

B.1. Clulas animales

Cuando los eritrocitos (clulas rojas) se encuentran en un ambiente hipotnico el agua les entra pordifusin y sucede hemlisis (el rompimiento de una clula roja). Cuando la clula roja est en unambiente hipertnico pierde agua, se encoge y sucede crenacin. En este experimento se observar elcomportamiento de las clulas rojas de la sangre en soluciones hipotnicas e hipertnicas.


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M A T E R I A L E S ( P A R T E S B . 1 Y B . 2 )

Por mesa: Botellas con soluciones de

sacarosa (0.1, 0.3, y 0.6 M) Botella con sangre de vaca (mantener

en nevera)

Elodea fresca

Gradilla para tubos de ensayo

Tubos de ensayo pequeos

Goteros

Laminillas y cubreobjetos Agujas de diseccin

Microscopio compuesto Lpiz de cera Papel toalla

Papel de lente


1. Rotule tres tubos de ensayo: 0.1, 0.3 y 0.6 M.2. Aada solucionesde sacarosa de diferentes osmolaridades (vea la parte C para la definicin deosmolaridad):

Tubo 1: 3 ml de solucin de sacarosa 0.1 MTubo 2: 3 ml de solucin de sacarosa 0.3 MTubo 3:3 ml de solucin de sacarosa 0.6 M

3. Aada 3 ml de sangre de vaca a cada tubo, y observe la apariencia de la mezcla.4. Rotule y prepare cuatro laminillas:

Laminilla 1: Gota de sangre de vaca, coloque el cubreobjeto y observe los eritrocitosbajo el microscopio.

Laminilla 2: Gota de la mezcla del tubo 1 (0.1 M), coloque el cubreobjeto, observe bajo elmicroscopio y compare con laminilla 1.Laminilla 3: Gota de la mezcla del tubo 2 (0.3 M), coloque el cubreobjeto, observe bajo el

microscopio y compare con laminilla 1.Laminilla 4:Gota de la mezcla del tubo 3 (0.6 M), coloque el cubreobjeto, observe bajo el

microscopio y compare con laminilla 1.5.Qu le pas a las clulas al entrar en contacto con cada una de las soluciones? Por qu?

6. Cules de las soluciones usadas fueron hipotnicas, hipertnicas e isotnicas para loseritrocitos?

7. En qu solucin sucedi hemlisis de los eritrocitos y por qu?


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8. Por qu ocurri la crenacin?

9. Qu indican los resultados acerca de la concentracin de solutos en el plasma sanguneo?

B. 2. Clulas vegetales


1. Rotule y prepare cuatro laminillas segn se indica a continuacin. Coloque un cubreobjetos yobserve con el microscopio:

Laminilla 1: Hoja deElodea con una gota de agua de estanque.Laminilla 2: Gota de la solucin de sacarosa 0.1 M y una hoja de ElodeaLaminilla 3: Gota de la solucin de sacarosa 0.3 M y una hoja de ElodeaLaminilla 4: Gota de la solucin de sacarosa 0.6 M, una hoja de Elodea

2. Qu le pas a las clulas al entrar en contacto con cada una de las soluciones?

3. Cules de las soluciones fueron hipotnicas, hipertnicas e isotnicas con respecto a la

clula?

4. Por qu ocurri plasmlisis en una de las soluciones?

5. Cul es la diferencia entre plasmlisis y crenacin?

6. Por qu no ocurre lisis (rompimiento de la clula) en la clula vegetal?

7. En qu tipo de solucin ocurri turgencia?


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C. Estimar la osmolaridad en las clulas vegetales

En los siguientes ejercicios se observar cmo soluciones con diferentes molaridades1 afectan elequilibrio y el funcionamiento de las clulas vegetales. La osmolaridad se expresa como moles de solutopor li tro de solucin; mientras ms alta es la osmolaridad, mayor es la concentracin de soluto.Comparando la diferencia en el peso de las muestras de papa se determinar si las clulas adquieren o

pierden agua en soluciones de diferentes molaridades y se determinar en qu osmolaridad las clulasvegetales se encuentran en homeostasis o equilibrio.M A T E R I A L E S

Por mesa:

1 Para ms informacin acerca de molaridad, ver el Apendice IV.

Una papa mediana o grande Sacabocado Vasos desechables o beakers Papeltoalla Pedazo de cartn Navaja

100 ml de solucin de sacarosa de 0.1,0.2, 0.3, 0.4, 0.5 y 0.6 M

Agua destilada (solucin 0.0 M)

Balanza y papel para pesar


1. Rotule seis vasos para cada solucin de sacarosa (0.1 a 0.6 M) y un vaso para agua destilada

(0.0 M).2. Aada 100 ml de la solucin correspondiente a cada uno (Fig. 7.5a).3.Con el sacabocado obtenga siete cilindros de papa (Fig. 7.5b) de aproximadamente 5 cm de

largo.

(a) (b)

F i g u r a 7 . 5


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4. Pese los cilindros de papa, anote en la Tabla 7.2 el peso inicial para cada uno.y transfiralosinmediatamente a los vasos rotulados.

5. Deje los cilindros en los vasos durante 2 horas.6. Saque los cilindros de los vasos y remueva el exceso de agua con papel toalla. Asegrese de

mantener separados los cilindros correspondientes a cada vaso.7. Anote si hubo cambios en textura yanoteen la Tabla 7.2 el peso final de los cilindros.8.

Con los datos de la Tabla 7.2, calcule el cambio en peso para cada cilindro y prepare unagrfica sealando los cambios en peso.

Nota: Seleccione una escala apropiada para el eje Y de la grfica (el cero ya est colocado en elcentro del eje). El aumento en peso se grafica sobre el cero y la disminucin en peso se graficadebajo del cero.

Tabla 7.2 Resultados del experimento.Molaridades de la soluciones

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6Peso final (g)

Peso inicial (g)

Cambio en peso (%)

Cambio en peso (%) = peso final peso inicial X 100

peso inicial

0

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Cambio

en

peso

(%)

Osmolaridad

0

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Cambio

en

peso

(%)

Osmolaridad


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14141414

Recursos del tema se pueden encontrar en:Solomon, Berg & Martin (2004). Biology, 7th Ed. Brooks Cole Publ.http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/D/Diffusion.htmlhttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mcb.chapter. http://www.biology-online.org/9/3_movement_molecules.htmhttp://en.wikipedia.org/wiki/Cell_membrane

9. Se observ diferencia en la textura de los cilindros antes y despus del experimento? Por qu?

10. Cul es la variable independiente en esteexperimento?

11. A qu molaridad de sacarosa se observa un cambio en la grfica (dnde la curva va denegativo a positivo o viceversa)?

12. Qu significan los resultados con respecto a la osmolaridad de la papa?

13. Variar este resultado con un cambio en temperatura?

INFORMACIN ADICIONALINFORMACIN ADICIONALINFORMACIN ADICIONALINFORMACIN ADICIONAL


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LABORATORIO 7: LA MEMBRANA Y EL TRANSPORTE CELULAR

Destrezas que el estudiante adquirir a partir de este laboratorio:

1. Trabajo individual y grupal; debe enfatizarse la divisin ptima de tareas por grupos.2. Tcnicas de laboratorio y conceptos qumicos bsicos.3. Aplicaciones qumicas y matemticas a la biologa.4. Comunicacin escrita.5. Conceptos bsicos de la investigacin cientfica.6. Discusin oral.

Manejo del laboratorio:

El instructor debe introducir el tema y dar las instrucciones, asegurndose de mencionarlos trminos que el estudiante debe conocer: Solvente, soluto, membrana selectivamentepermeable, difusin, movimiento browniano, osmosis, solucin hipertnica, solucin

hipotnica, solucin isotnica, osmolaridad, presin de turgencia y plasmlisis.

Debe guiarse la introduccin para que el estudiante participe y conteste preguntas.Tambin debe repasarse el modelo de las membranas biolgicas y sus componentesprincipales.

El orden de los ejercicios debe alterarse para optimizar el uso del tiempo; prepare elejercicio 7.2.c primero, ya que requiere una incubacin de 2 horas.

A cada estudiante se le asignar un informe corto, para entregarse la prxima semana,acerca de los resultados de Ejercicio 7.2c (incluyendo tablas y grficas).

Manejo del tiempo:

1. Introduccin ...............................................................................10 minutos2. Preparar el ejercicio de osmolaridad de la papa

(Ejercicio 7.2c) ............................................. 20 minutos3. Preparar el ejercicio sobre el efecto de la temperatura en la remolacha

(Ejercicio 7.1a) (Nota: El instructor preparar elEjercicio 7.1 b) ... 15 minutos

4. Realizar el experimento de difusin en agua (Ejercicio 7.2 a.1).10 minutos

4.

Comenzar el ejercicio de difusin de la membrana selectivamentepermeable (Ejercicio 7.2 a.2) ............................................... 15 minutos7. Observar las laminillas de sangre (Ejercicio 7.2 b.1) ....................... 15 minutos8. Preparar la prueba de Benedict (Ejercicio 7.2 a.2) ........................ 10 minutos9. Resultados del Ejercicio 7.2 a.2 ....................................................... 15 minutos10.Resultados del ejercicio con remolacha (Ejercicio 7.1 a)..... 10 minutos11. Observar laminillas de Elodea(Ejercicio 7.2 b.2) ...................... 15 minutos

P L A N D E E N S E A N Z A P A R A L O S I N S T R U C T O R E S


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12.Recoger lo que se us para las pruebas del Ejercicio 7.2............ 10 minutos13.Prueba corta ................................................................................ 10 minutos14.Discutir los resultados de los Ejercicios 7.1 b, 7.2 a.2, y 7.2 b ... 15 minutos15.Recopilar los datos del Ejercicio 7.2c, recoger el laboratorio

y discutir resultados .....................................................................10 minutos

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