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6.12: Osmosis y vivir con y sin pared celular

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    Las células están llenas de moléculas. Estas moléculas ocupan espacio, espacio ya no ocupado por el agua. La concentración de agua fuera de la celda [H 2 O] fuera necesariamente será mayor que la concentración de agua dentro de la celda [H 2 O] in. Este gradiente de concentración en disolvente conduce al movimiento neto del agua hacia las celdas 183. Tal movimiento de solvente se conoce genéricamente como ósmosis. Gran parte de este movimiento ocurre a través de la membrana, que es algo permeable al agua (ver arriba). Un hallazgo sorprendente, que le valió a Peter Agre una parte del premio Noble de química 2003, fue que la membrana también contiene canales de agua, conocidos como acuaporinas 184. Esto se vincula a una simulación molecular de una molécula de agua (amarilla) que se mueve a través de una acuaporina. Resulta que la tasa de movimiento osmótico del agua se reduce drásticamente en ausencia de acuaporinas. Además del agua, las proteínas de tipo acuaporina también pueden facilitar el movimiento de otras pequeñas moléculas no cargadas a través de una membrana.

    La diferencia o gradiente en las concentraciones de agua a través de la membrana celular, junto con la presencia de acuaporinas, conduce a un sistema que es capaz de hacer trabajo. El gradiente de agua, puede levantar una fracción de la solución contra la fuerza de la gravedad, algo que implica que las plantas se levanten rectas 185. ¿Cómo es esto posible? Si pensamos en una molécula particular en solución, ésta se moverá a través de colisiones con sus vecinos. Estas colisiones impulsan el movimiento de las partículas al azar. Pero si hay una mayor concentración de moléculas en un lado de una membrana en comparación con el otro, entonces el movimiento aleatorio de las moléculas conducirá a un flujo neto de moléculas desde el área de alta concentración a la de baja concentración, a pesar de que cada molécula por sí misma se mueve aleatoriamente, es decir, sin un dirección preferida [este video 186 es bueno para ilustrar este comportamiento]. En equilibrio, la fuerza generada por el flujo neto de agua que desciende por su gradiente de concentración se equilibra con fuerzas que actúan en la otra dirección.

    El gradiente de concentración de agua a través de la membrana plasmática de la mayoría de los organismos conduce a una afluencia de agua a la célula. A medida que entra el agua, la membrana plasmática se expande; es posible que desee pensar en cómo ocurre eso, en términos de estructura de membrana. Si la afluencia de agua continuara sin oposición, la membrana eventualmente estallaría como un globo sobreinflado, matando a la célula. Una estrategia para evitar este resultado letal, adoptada por diversos organismos, es construir una “pared celular” semirrígida exterior a la membrana plasmática. La síntesis de esta pared celular se basa en el ensamblaje controlado de macromoléculas secretadas por la célula a través del proceso de exocitosis (ver arriba). A medida que el agua pasa a través de la membrana plasmática y entra en la célula (impulsada por ósmosis), la membrana plasmática se presiona contra la pared celular. La fuerza ejercida por la pared celular rígida sobre la membrana equilibra la fuerza del agua que ingresa a la celda. Cuando las dos fuerzas son iguales, la afluencia neta de agua a la celda se detiene. Por el contrario, si el exterior [H 2 O] disminuye, esta presión se reduce, la membrana se aleja de la pared celular y, por ser sólo semirrígidas, las paredes se flexionan. Es este comportamiento el que hace que las plantas se marchiten cuando no reciben suficiente agua. Se trata de comportamientos pasivos, basados en la estructura de la pared celular; se construyen en la pared a medida que se ensambla. Una vez que se ha construido la pared celular, una célula con una pared celular no necesita gastar energía para resistir los efectos osmóticos. Plantas, hongos, bacterias y arqueas tienen paredes celulares. Una serie de antibióticos funcionan interrumpiendo el ensamblaje de las paredes celulares bacterianas. Esto deja a las bacterias osmóticamente sensibles, el agua ingresa a estas células hasta que estallan y mueren.

    Preguntas para responder y reflexionar:

    • Haz una gráfica de la concentración de agua a través de una membrana celular típica de un organismo que vive en agua dulce; explica qué factores influyeron en tu dibujo.
    • Mira este video: https://www.youtube.com/watch?v=VctA...ature=youtu.be. ¿Cómo se podría usar la ósmosis inversa para purificar el agua?
    • ¿De dónde proviene la energía involucrada en el movimiento de moléculas?
    • Tanto las plantas como los animales son eucariotas; ¿cómo decidirías si el ancestro común de los eucariotas tenía una pared celular?
    • ¿Por qué un canal de acuaporina no permite que un ion Na+ pase a través de él?
    • Si no hay flujo neto de A, aunque haya un gradiente de concentración entre dos puntos, ¿qué podemos concluir?

    Colaboradores y Atribuciones


    This page titled 6.12: Osmosis y vivir con y sin pared celular is shared under a not declared license and was authored, remixed, and/or curated by Michael W. Klymkowsky and Melanie M. Cooper.