OSMOSI: PROCÉS, TIPUS, DIFERÈNCIES AMB DIFUSIÓ I EXEMPLES - BIOLOGIA - 2025

La osmosi és un fenomen passiu de desplaçament de l'aigua a través d'una membrana. Aquesta pot ser una membrana d'una cèl·lula, un epiteli o una membrana artificial. L'aigua es mobilitza des d'una regió de baixa pressió osmòtica (o on l'aigua és més abundant) fins a la regió amb pressions osmòtiques majors (o on l'aigua és menys abundant).

Aquest procés és de rellevància biològica i orquestra una sèrie de processos fisiològics, tant en animals com en plantes.

Font: OpenStax

El primer investigador a reportar el fenomen osmòtic va ser Abbé Jean Antoine Nollet. L'any 1748, Nollet estava treballant amb membranes de cèl·lules animals i va notar que quan es col·locava aigua pura d'un costat de la membrana i de l'altre costat una solució amb electròlits diluïts, l'aigua es desplaçava cap a la regió amb soluts.

Així, es va descriure el pas de l'aigua a favor del seu gradient de concentració i es va denominar osmosi. El terme prové de les arrels gregues osmos, que vol dir empènyer.

En 1877, Wilhelm Pfeller va realitzar els primers estudis sobre la pressió osmòtica. El seu disseny experimental involucrava l'ús d'una "membrana" de ferrocianur de coure sobre la superfície d'una copa d'argila porosa, donant origen a una membrana que permetia el pas de molècules d'aigua.

Les membranes artificials de Pfeller eren prou fortes com per suportar pressions osmòtiques significatives i no col·lapsar. Aquest investigador va poder concloure que la pressió osmòtica és proporcional a la concentració de solut.

procés

El moviment de l'aigua a través d'una membrana des d'una zona de baixa concentració a una zona d'alta concentració rep el nom d'osmosi. Aquest procés ocorre des d'una zona amb la menor pressió osmòtica cap a la major pressió osmòtica.

A el principi, aquesta afirmació pot ser confusa - i fins contradictòria. Estem acostumats a el moviment passiu d ' "alt a baix". Per exemple, la calor es pot des de temperatures altes a baixes, la glucosa difon des de regions d'alta concentració a zones menys concentrades, i així successivament.

Com esmentem, l'aigua que experimenta el fenomen d'osmosi es desplaça de pressions baixes a pressions alta. Això passa perquè l'aigua és més abundant per unitat de volum on el solut és menys abundant.

És a dir, durant l'osmosi l'aigua es mobilitza on ella (l'aigua) és més abundant a on és menys abundant. Per això, el fenomen s'ha d'entendre des de la perspectiva de l'aigua.

És important recordar que l'osmosi governa el moviment de l'aigua a través de les membranes i no afecta el moviment dels soluts directament. Quan els soluts difonen, ho fan seguint els gradients de la seva pròpia concentració química. Només l'aigua segueix el gradient de concentració de la pressió osmòtica.

pressió osmòtica

¿Pressions?

Un dels aspectes més confusos a l'hora de comprendre el procés d'osmosi és l'ús de la paraula pressions. Per evitar desconcerts, és important aclarir que una solució per si sola no exerceix una pressió hidrostàtica causa de la seva pressió osmòtica.

Per exemple, una solució de glucosa a concentració 1 M té una pressió osmòtica de 22 atm. No obstant això, la solució no "explota" les ampolles de vidres i pot emmagatzemar-se de la mateixa manera que l'aigua pura perquè una solució aïllada no es tradueix en una pressió hidrostàtica.

El terme pressions es fa servir només per un accident històric, ja que els primers científics que van estudiar aquests fenòmens eren físics i químics.

Així, si dues solucions que difereixen en les seves pressions osmòtiques estan separades per una membrana, es crearà una pressió hidrostàtica.

Pressions osmòtiques i hidrostàtiques

El procés d'osmosi condueix a la formació d'una pressió hidrostàtica. La diferència de pressió porta a l'augment de nivell de la solució més concentrada, a mesura que l'aigua difon cap a aquesta. L'augment en el nivell de l'aigua contínua fins que la taxa neta de el moviment d'aigua s'iguala a zero.

S'arriba a un flux net quan la pressió hidrostàtica en el compartiment II és suficient per obligar les molècules d'aigua a retrocedir a l'comportament I, a la mateixa taxa que l'osmosi fa que les molècules es desplacin des del compartiment I a la II.

A la pressió d'l'aigua que causa el retrocés de les partícules (des del compartiment I a l'II) s'anomena pressió osmòtica de la solució en el compartiment II.

Com es controla el flux d'aigua a les cèl·lules?

Gràcies a l'fenomen osmòtic, l'aigua pot desplaçar-se per les membranes de les cèl·lules de manera passiva. Històricament es coneix que els animals no tenen un sistema de transport actiu d'aigua per controlar el flux d'aquesta substància.

No obstant això, els sistemes de transport actiu de soluts poden modificar la direcció de l'desplaçament de l'aigua cap a una direcció favorable. D'aquesta manera, el transport actiu de soluts és una manera per la qual els animals usen la seva energia metabòlica per controlar la direcció de l'transport d'aigua.

quantificació

Existeixen fórmules matemàtiques que permeten el mesurament de la taxa a la qual l'aigua creuarà les membranes per osmosi. L'equació per a calcular-la és la següent:

Taxa de l'transport osmòtica de l'aigua = K (Π ₁ -Π ₂ / X). On Π ₁ i Π ₂ són les pressions osmòtiques de les solucions en ambdós costats de la membrana i X és la distància que les separa.

La relació (Π ₁ -Π ₂ / X) és coneguda com gradient de pressió osmòtica o gradient osmòtic.

L'últim terme de l'equació és K és el coeficient de proporcionalitat que depèn de la temperatura i de la permeabilitat de la membrana.

Diferències amb difusió

Què és la difusió?

La difusió ocorre pel moviment tèrmic aleatori de les molècules dissoltes o suspeses, que provoca la seva dispersió des de les regions de concentracions elevades a les més baixes. La taxa de difusió pot ser calculada per mitjà d'equació de Fick.

És un procés exergónico causa de l'increment de l'entropia representat per la distribució a l'atzar de les molècules.

En cas tal que la substància sigui un electrolític s'ha de prendre en compte - a més de les concentracions - la diferència total de càrrega entre els dos compartiments.

Osmosi és un cas particular de difusió

Difusió i osmosi no són termes contraris, ni de bon tros conceptes mútuament excloents.

Les molècules d'aigua tenen la capacitat de desplaçar-se amb rapidesa a través de les membranes cel·lulars. Com vam explicar, elles difonen d'una regió de baixa concentració de solut a una d'alta concentració en un procés anomenat osmosi.

Ens sembla estrany parlar de "concentració de l'aigua", però aquesta substància es comporta com qualsevol altra substància. És a dir, difon a favor del seu gradient de concentració.

No obstant això, alguns autors usen com a sinònim d'osmosi el terme "difusió d'aigua". Aplicar-literalment als sistemes biològics pot ser errat, ja que s'ha demostrat que la taxa d'osmosi a través de membranes biològiques és més gran que el que s'esperaria per un simple procés de difusió.

En alguns sistemes biològics l'aigua passa per simple difusió per la membrana cel·lular. No obstant això, algunes cèl·lules posseeixen canals especials per al pas d'aigua. Els més importants es denominen aquaporines, incrementant la velocitat de l'flux d'aigua a través de la membrana.

exemples

Dins dels sistemes biològics, el moviment de l'aigua a través de les membranes cel·lulars és crucial per entendre desenes de processos fisiològics. Alguns exemples són:

Intercanvi osmòtic en peixos d'aigua dolça

Un exemple interessant d'el paper de l'osmosi en els animals és l'intercanvi d'aigua que passa en els peixos que viuen en aigües dolces.

Els animals que habiten cossos d'aigua dolça estan en una presa constant d'aigua des del riu o estany on viuen cap a l'interior dels seus cossos, ja que la concentració de l'plasma sanguini i altres fluids corporals tenen una concentració molt més elevada que la de l'aigua.

L'espècie de peix Carassius auratus viu en ambients d'aigua dolça. Un individu que tingui una massa de 100 grams pot arribar a guanyar uns 30 grams d'aigua per dia gràcies a el desplaçament d'aigua a l'interior del seu cos. El peix disposa de sistemes - energèticament costosos - per desfer contínuament de l'excés d'aigua.

Reabsorció de líquids

En el sistema gastrointestinal dels animals ha d'ocórrer el fenomen d'osmosi perquè aquest funcioni correctament. El tub digestiu secreta una quantitat de líquid significativa (en l'ordre litres) que han de ser reabsorbits per osmosi per les cèl·lules que entapissen els intestins.

En el cas que aquest sistema no porti a terme la seva tasca, es poden presentar esdeveniments de diarrea intensa. La prolongació d'aquest mal funcionament pot traduir-se en la deshidratació de l'pacient.

Turgència a les plantes

El volum d'aigua de l'interior de les cèl·lules depèn de la concentració tant de l'mig interior com d'l'extern, i el flux està orquestrat pels fenòmens de difusió i osmosi.

Si es col·loca una cèl·lula animal (com un eritròcit) en un mitjà que afavoreix l'entrada d'aigua, aquesta podria arribar a rebentar-. En contrast, les cèl·lules vegetals tenen una paret que les protegeix de l'estrès osmòtic.

De fet, les plantes no llenyoses treuen profit d'aquesta pressió generada per l'entrada passiva d'aigua. Aquesta pressió ajuda a mantenir turgents a diferents òrgans vegetals, com les fulles. En el moment en què l'aigua comença a sortir de les cèl·lules, la cèl·lula perd turgència i es marceix.

referències

1. Cooper, GM, Hausman, RE, & Hausman, RE (2000). The cell: a molecular approach. ASM press.
2. Eckert, R., Randall, R., & Augustine, G. (1988). Animal physiology: mechanisms and Adaptations. WH Freeman & Co
3. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Animal Physiology. Sinauer Associates.
4. Karp, G. (2009). Cell and molecular biology: concepts and experiments. John Wiley & Sons.
5. Pollard, TD, Earnshaw, WC, Lippincott-Schwartz, J., & Johnson, G. (2016). Cell Biology E-Book. Elsevier Health Sciences.
6. Schmidt-Nielsen, K. (1997). Animal physiology: adaptation and environment. Cambridge University Press.