Processo di osmosi, tipi, differenze con diffusione ed esempi

IL osmosi È un fenomeno passivo di spostamento dell'acqua attraverso una membrana. Questa può essere una membrana cellulare, un epitelio o una membrana artificiale. L'acqua viene mobilitata da una regione a bassa pressione osmotica (o dove l'acqua è più abbondante) alla regione con pressioni osmotiche più grandi (o dove l'acqua è meno abbondante).

Questo processo è di rilevanza biologica e orchestra una serie di processi fisiologici, sia negli animali che nelle piante.

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Il primo ricercatore nel segnalare il fenomeno osmotico è stato Abbé Jean Antoine Nollet. Nel 1748, Nollet stava lavorando con le membrane delle cellule animali e notò che quando l'acqua pura veniva posizionata su un lato della membrana e sull'altro lato una soluzione con elettroliti diluiti, l'acqua si spostò nella regione con soluti.

Pertanto, è stato descritto il passaggio dell'acqua a favore del suo gradiente di concentrazione e l'osmosi è stata chiamata. Il termine proviene dalle radici greche Osmos, Cosa significa spingere.

Nel 1877, Wilhelm Pfeller ha condotto i primi studi sulla pressione osmotica. Il suo design sperimentale ha comportato l'uso di una "membrana" di ferrocianuro di rame sulla superficie di un vetro di argilla poroso, dando origine a una membrana che ha permesso il passaggio delle molecole d'acqua.

Le membrane artificiali di Pfeller erano abbastanza forti da resistere a significative pressioni osmotiche e non crollare. Questo ricercatore potrebbe concludere che la pressione osmotica è proporzionale alla concentrazione di soluto.

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Processi

Il movimento dell'acqua attraverso una membrana da una zona a bassa concentrazione a una zona ad alta concentrazione è chiamato osmosi. Questo processo si verifica da un'area con la pressione osmotica più bassa verso la pressione osmotica più alta.

Inizialmente, questa affermazione può essere confusa - e persino contraddittoria. Siamo abituati al movimento passivo di "Alto a Bajo". Ad esempio, il calore può provenire da temperature elevate a basse, il glucosio si diffonde dalle regioni ad alta concentrazione a aree meno concentrate e così via.

Come abbiamo detto, l'acqua sperimentata dal fenomeno dell'osmosi passa dalle basse pressioni alle alte pressioni. Ciò si verifica perché l'acqua è più abbondante per unità di volume in cui il soluto è meno abbondante.

Cioè, durante l'osmosi l'acqua viene mobilitata dove Lei  (acqua) è più abbondante dove è meno abbondante. Pertanto, il fenomeno deve essere compreso dal punto di vista dell'acqua.

È importante ricordare che l'osmosi governa il movimento di acqua attraverso le membrane e non influisce direttamente sul movimento dei soluti. Quando i soluti si diffondono, lo fanno seguendo i gradienti della propria concentrazione chimica. Solo l'acqua segue il gradiente di concentrazione della pressione osmotica.

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Pressione osmotica

Pressioni?

Uno degli aspetti più confusi quando si capisce il processo di osmosi è l'uso della parola Pressioni. Per evitare di sconcertare.

Ad esempio, una soluzione di glucosio di concentrazione di 1 m ha una pressione osmotica di 22 atm. Tuttavia, la soluzione non "sfrutta" le bottiglie di vetro e può essere immagazzinata allo stesso modo dell'acqua pura perché una soluzione isolata non si traduce in pressione idrostatica.

Il termine pressioni è usato solo da un incidente storico, poiché i primi scienziati che hanno studiato questi fenomeni erano fisici e chimici.

Pertanto, se due soluzioni che differiscono nelle loro pressioni osmotiche sono separate da una membrana, verrà creata la pressione idrostatica.

Pressioni osmotiche e idrostatiche

Il processo di osmosi porta alla formazione della pressione idrostatica. La differenza di pressione porta al livello della soluzione più concentrata, mentre l'acqua si diffonde verso questo. L'aumento del livello dell'acqua continua fino a quando la velocità netta del movimento dell'acqua è pari a zero.

Viene raggiunto un flusso netto quando la pressione idrostatica nel compartimento II è sufficiente per forzare le molecole d'acqua a tornare al comportamento I, allo stesso ritmo che l'osmosi fa passare le molecole dal compartimento I a II a II a.

Alla pressione dell'acqua causata dalle particelle (dal compartimento da I a II) è chiamata pressione osmotica della soluzione nel compartimento II.

In che modo il flusso d'acqua nelle cellule controlla?

Grazie al fenomeno osmotico, l'acqua può muoversi passivamente attraverso le membrane cellulari. Storicamente è noto che gli animali non hanno un sistema di trasporto dell'acqua attivo per controllare il flusso di questa sostanza.

Tuttavia, i sistemi di trasporto del soluto attivo possono modificare la direzione dello spostamento dell'acqua verso una direzione favorevole. In questo modo, il trasporto attivo del soluto è un modo in cui gli animali usano la loro energia metabolica per controllare il trasporto dell'acqua.

Quantificazione

Esistono formule matematiche che consentono la misurazione della velocità con cui l'acqua attraverserà le membrane per osmosi. L'equazione per calcolarlo è la seguente:

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Tasso di trasporto osmotico idrico = K (π₁-Π₂ / X). Dove π₁ e π₂ Sono le pressioni osmotiche delle soluzioni su entrambi i lati della membrana e X è la distanza che le separa.

La relazione (π₁-Π₂ / X) è noto come pressione osmotica o gradiente di pressione osmotica.

L'ultimo termine dell'equazione è k è il coefficiente di proporzionalità che dipende dalla temperatura e dalla permeabilità della membrana.

Differenze di diffusione

Cos'è la diffusione?

La diffusione avviene dal movimento termico casuale di molecole disciolte o sospese, che causa la sua dispersione dalle regioni di concentrazioni aumentate al minimo. La velocità di diffusione può essere calcolata dall'equazione di Fick.

È un processo esergonico a causa dell'aumento dell'entropia rappresentata dalla distribuzione casuale delle molecole.

Nel caso in cui la sostanza sia un elettrolitico dovrebbe essere presa in considerazione - oltre alle concentrazioni - la differenza di carico totale tra i due compartimenti.

L'osmosi è un particolare caso di diffusione

La diffusione e l'osmosi non sono termini contrari, tanto meno a vicenda esclusivi.

Le molecole d'acqua hanno la capacità di muoversi rapidamente attraverso le membrane cellulari. Come spieghiamo, si sono diffusi da una regione di bassa concentrazione a un'alta concentrazione in un processo chiamato osmosi.

Sembra strano parlare di "concentrazione di acqua", ma questa sostanza si comporta come qualsiasi altra sostanza. Cioè, diffondere a favore del suo gradiente di concentrazione.

Tuttavia, alcuni autori usano il termine "diffusione dell'acqua" come sinonimo di osmosi. Applicarlo letteralmente ai sistemi biologici può essere sbagliato, poiché è stato dimostrato che il tasso di osmosi attraverso le membrane biologiche è maggiore di quanto ci si aspetterebbe da un semplice processo di diffusione.

In alcuni sistemi biologici, l'acqua attraversa una semplice diffusione attraverso la membrana cellulare. Tuttavia, alcune cellule hanno canali speciali per il passaggio dell'acqua. I più importanti sono chiamati acquaporine, aumentando la velocità del flusso d'acqua attraverso la membrana.

Esempi

All'interno dei sistemi biologici, il movimento dell'acqua attraverso le membrane cellulari è fondamentale per comprendere dozzine di processi fisiologici. Alcuni esempi sono:

Scambio osmotico in pesce d'acqua dolce

Un esempio interessante del ruolo degli animali osmosi è lo scambio di acqua che si verifica nei pesci che vivono in acque fresche.

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Gli animali che abitano i corpi d'acqua dolce si trovano in una costante sbocco d'acqua dal fiume o dallo stagno dove vivono nei loro corpi, poiché la concentrazione di plasma ematico e altri fluidi corporei ha una concentrazione molto più alta di quella dell'acqua.

Le specie di pesci Carassius auratus Vivere in ambienti d'acqua dolce. Un individuo che ha una massa di 100 grammi può guadagnare circa 30 grammi di acqua al giorno grazie allo spostamento dell'acqua all'interno del suo corpo. Il pesce ha sistemi - energicamente costosi - per sbarazzarsi continuamente dell'acqua in eccesso.

Risorbimento fluido

Nel sistema gastrointestinale degli animali il fenomeno dell'osmosi deve verificarsi in modo che funzioni correttamente. Il tratto digestivo segreto Una quantità significativa di liquido (nei litri d'ordine) che deve essere riassorbita dall'osmosi dalle cellule che riducono l'intestino.

Nel caso in cui questo sistema non svolga il suo lavoro, possono essere presentati eventi di diarrea intensi. Il prolungamento di questo malfunzionamento può tradursi in disidratazione del paziente.

Turgenza nelle piante

Il volume di acqua all'interno delle cellule dipende dalla concentrazione sia dell'ambiente interno che esterno e il flusso è orchestrato dai fenomeni di diffusione e osmosi.

Se una cellula animale (come un eritrocita) viene posizionata in un mezzo che favorisce l'ingresso dell'acqua, potrebbe essere scoppiato. Al contrario, le cellule vegetali hanno una parete che le protegge dallo stress osmotico.

In effetti, le piante non legnaggerie sfruttano questa pressione generata dall'input dell'acqua passiva. Questa pressione aiuta a mantenere turgidi in diversi organi delle piante, come le foglie. All'epoca l'acqua inizia a uscire dalle cellule, la cellula perde turgidità e appassita.

Riferimenti

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