Presión osmótica
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Osmosis (presión osmótica): Puede definirse como la presión que se debe aplicar a una solución para detener el flujo neto de disolvente a través de una membrana semipermeable.
Sumario
Presión osmótica
La presión osmótica es una de las cuatro propiedades coligativas de las soluciones (dependen del número de partículas en disolución, sin importar su naturaleza). Se trata de una de las características principales a tener en cuenta en las relaciones de los líquidos que constituyen el medio interno de los seres vivos, ya que la membrana plasmática regula la entrada y salida de soluto al medio extracelular que la rodea, ejerciendo de barrera de control.
Reseña histórica
El descubrimiento del fenómeno osmótico y los primeros estudios al respecto están unidos a la historia de la creación de las ciencias del siglo XIX: la biología, la química y la fisicoquímica.
La biología como ciencia surge prácticamente en 1800, cuando Marie-Francois-Xavier Bichat (1771-1802) define la vida como "un conjunto de funciones que resisten a la muerte", entendida esta como el comportamiento inerte de la materia. Tal noción se hizo científica porque señalaba la separación de los tres reinos: vegetal, animal y mineral; además, atribuía a los vegetales y a los animales un principio interno de desarrollo.
Bichat y otros biólogos de la época concibieron esta idea de la vida como un principio vital, consecuencia de un alto desarrollo de la materia inerte. Es decir, se aceptaba que los fenómenos biológicos se podían explicar por medio de la física y de la química. Bichat, quien en 1844 fundó la histología, admitió explícitamente a la química como modelo al observar que los tejidos estaban conformados por constituyentes elementales.
Entre los conocimientos básicos que formaban parte del inicio de las ciencias biológicas estaba la idea de la evolución de la vida, dándole un sentido dinámico al concepto de Bichat. En esta concepción evolutiva los cambios ocurren para contrarrestar un mundo perpetuamente amenazador en forma tal que la función y los órganos están determinados por una evolución hacia la supervivencia de las colectividades.
El siglo XIX destaca por los conflictos ideológicos que influyen fuertemente en el desarrollo científico e industrial. En lo que respecta a la biología como ciencia, la reacción de Theodor Schwann (1810-1882) las fotografías en el anexo fotográfico, contra "el vitalismo finalista", impuso la idea de la génesis de los seres vivientes mediante fuerzas puramente físicas. Esto condujo a los fisiólogos a la observación intensa de las células y dio paso a la embriología fundamental. Con los sorprendentes avances de la histología y la embriología registrados en la primera mitad del siglo XIX.
A finales del siglo XIX, el desarrollo de la química recibe en Rusia un decisivo impulso con los trabajos de D. I. Mendeleiev (1834-1907), quien da a conocer la clasificación periódica de los elementos. Este descubrimiento impuso en la comunidad científica europea un gran esfuerzo de comprensión y análisis de datos y, sobre todo, una disciplina científica en la que dominaba el sentido de la objetividad de la naturaleza y descartaba el sentido positivista de la época. Esto ocurrió porque el significado capital que aportaba la tabla de Mendeleiev no era comprendido por los químicos contemporáneos y, en cambio, se requería de una modificación radical de los principios de la organización de la materia. Este espíritu fue el que posteriormente dominó la física atómica de principios del siglo XX y que permitió la evolución hacia la química cuantica.
Ósmosis
Por ósmosis se conoce al fenómeno de difusión de agua a través de una membrana semipermeable (conocidas también como de permeabilidad diferencial o de permeabilidad selectiva).
Ejemplos de ese tipo de membrana son la membrana celular, como así también productos como los tubos de diálisis y las envolturas de acetato de celulosa de algunas salchichas.
La presencia de solutos decrece el potencial de agua de una sustancia, por lo tanto existe más agua por unidad de volumen en un vaso de agua corriente que en el volumen equivalente de agua de mar.
En una célula, que posee organelas y moléculas grandes, la dirección del flujo del agua es, generalmente, hacia el interior de la célula.
Presión osmótica
La presión osmótica se define como la presión hidrostática necesaria para detener el flujo neto de agua a través de una membrana semipermeable que separa soluciones de composición diferente. La presión osmótica (p) está dada por:
P = Rt (Cb – Ca) = Rt ΔC Donde p es presión osmótica medida en atmósferas (atm), R la constante de los gases, T la temperatura absoluta y DC la diferencia de las concentraciones de solutos a ambos lados de la membrana. La presión osmótica es una propiedad de tipo coligativa, es decir, depende del número de partículas. Así por ejemplo una solución de NaCl 0,5 M, si estuviera totalmente disociada en Na+ y Cl-, sería equivalente a una solución de glucosa 1M.
- - Las soluciones hipertónicas son aquellas, que con referencias al interior de la célula, contienen mayor cantidad de solutos (y por lo tanto menor potencial de agua).
- - Las hipotónicas son aquellas, que en cambio contienen menor cantidad de solutos (o, en otras palabras, mayor potencial de agua).
- - Las soluciones isotónicas tienen concentraciones equivalentes de solutos y, en este caso, al existir igual cantidad de movimiento de agua hacia y desde el exterior, el flujo neto es nulo.
Las células animales se hinchan cuando son colocadas en soluciones hipotónica, algunas como los eritrocitos terminan estallando debido al agua que penetra en ellas por flujo osmótico (se lisan),
Una de las principales funciones del cuerpo de los animales es el mantenimiento de la isotonicidad del plasma sanguíneo, es decir un medio interno isotónico. Esto elimina los problemas asociados con la pérdida o ganancia de agua desde y hacia las células. Se está hablando por supuesto de una de las claves de la homeostasis.
Pared celular
A diferencia de las células animales, las células de bacterias y plantas están rodeadas por una pared celular rígida, en este caso
- - Cuando se encuentran en un medio hipotónico, el agua que penetra por flujo osmótico genera una presión de turgencia que empuja al citosol y la membrana plasmática contra la pared celular.
- - En cambio en soluciones hipertónicas las células se retraen, separándose la membrana de la pared celular como consecuencia de la pérdida de agua por flujo osmótico (fenómeno conocido como plasmólisis).
Organismos unicelulares como Paramecium, y otros organismos de vida libre en agua dulce, tienen el problema de que son usualmente hipertónicos con relación a su medio ambiente. Por lo tanto el agua tiende a fluir a través de la membrana hinchando a la célula y eventualmente rompiéndola, hecho molesto para cualquier célula. Una vacuola contráctil es la respuesta del Paramecium a este problema, si bien el bombear agua hacia exterior de la célula requiere energía ya que trabaja contra un gradiente de concentración.
Proteínas de membrana
Debido a su interior hidrofóbico, la bicapa lipídica de una célula constituye una barrera altamente impermeable a la mayoría de las moléculas polares. Esta función de barrera tiene gran importancia ya que le permite a la célula mantener en su citosol a ciertos solutos a concentraciones diferentes a las que están en el fluido extracelular; lo mismo ocurre en cada compartimiento intracelular envuelto por una membrana. El desarrollo evolutivo ha creado sistemas celulares destinados transportar específicamente moléculas hidrosolubles, subsanando el problema del aislamiento celular.
El transporte de moléculas es realizado por parte de las proteínas integradas en la membrana celular. Por lo general es altamente selectivo en lo que se refiere a los productos químicos que permiten pasar.
Clases principales
Las tres clases principales de proteínas de membrana (todas ellas de transmembrana) que intervienen en el pasaje de moléculas a través de la misma son:
- - Proteínas de canal que conforman un "túnel" que permite el paso de agua y electrolitos a favor de un gradiente de concentración o potencial eléctrico (forman un canal que atraviesa la bicapa en todo su espesor). La partícula que pasa se selecciona de acuerdo a su tamaño y carga. Suelen estar cerrados y abrirse frente a estímulos específicos. El pasaje se realiza de acuerdo al gradiente de concentración de las moléculas.
Las células que presentan gran permeabilidad al agua poseen un canal que facilita la entrada de la misma. La proteína responsable: la acuoporina, fue identificada por Peter Agre en eritrocitos, a mediados de los ´80.
¿Cómo trabaja el canal de agua?
En 2000, junto con otros equipos de investigación, Agre informó las primeras imágenes de la estructura tridimensional de la aquaporina. Con estos datos, era posible trazar en detalle cómo funciona el canal de agua. ¿Porque sólo admite las moléculas de agua y no otras moléculas o iones? por ejemplo, no permite que pasen los protones. Esto es crucial porque la diferencia en la concentración de protones entre el interior y el exterior de la célula es la base del sistema de almacenamiento de energía de la célula.
La selectividad es una propiedad central de la aquaporina. Debido a la carga positiva del centro del canal, los iones cargados positivamente se rechazan. Esto impide el pasaje de protones a través del mismo. Las moléculas que se introducen a través del estrecho canal se reacomodan, orientándose en el campo eléctrico local formado por los átomos de la pared. Los protones (o más bien los iones oxonium, H3O+) se detienen en el camino y son rechazados debido a sus cargas positivas.
- - bombas:utilizan energía (provista por el ATP) para transportar moléculas contra un gradiente de concentración.
- -Transportadores: este tipo de proteínas, luego de fijar las moléculas a transportar (A),
Fuentes
http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx
http://www.um.es/molecula/sales06.htm
Textos:
- - Como funcionan las cosas. Pagina: 16 y 17
