8.4: Ósmosis y Difusión
- Page ID
- 77633
Resultados de aprendizaje
- Definir ósmosis y difusión.
- Distinguir entre soluciones hipotónicas, hipertónicas e isotónicas.
- Describir una membrana semipermeable.
- Predecir el comportamiento de las células sanguíneas en diferentes tipos de soluciones.
- Describir el flujo de moléculas de disolvente a través de una membrana.
- Identificar las regiones polares y no polares de una membrana celular.
- Explicar los componentes presentes en un fosfolípido.
Las células de peces, como todas las células, tienen membranas semipermeables. Eventualmente, la concentración de “cosas” a cada lado de ellas se igualará. Un pez que vive en agua salada tendrá agua algo salada dentro de sí mismo. Ponlo en agua dulce, y el agua dulce, por ósmosis, entrará al pez, haciendo que sus células se hinchen, y los peces morirán. ¿Qué pasará con un pez de agua dulce en el océano?
Osmosis
Imagina que tienes una taza que tiene\(100 \: \text{mL}\) agua, y le agregas azúcar\(15 \: \text{g}\) de mesa al agua. El azúcar se disuelve y la mezcla que ahora está en la taza se compone de un soluto (el azúcar) que se disuelve en el disolvente (el agua). La mezcla de un soluto en un disolvente se llama solución.
Imagina ahora que tienes una segunda taza con\(100 \: \text{mL}\) agua, y agregas\(45 \: \text{g}\) de azúcar de mesa al agua. Al igual que la primera taza, el azúcar es el soluto, y el agua es el solvente. Pero ahora tienes dos mezclas de diferentes concentraciones de soluto. Al comparar dos soluciones de concentración desigual de soluto, la solución con mayor concentración de soluto es hipertónica y la solución con menor concentración de soluto es hipotónica. Las soluciones de igual concentración de soluto son isotónicas. La primera solución de azúcar es hipotónica a la segunda solución. La segunda solución de azúcar es hipertónica a la primera.
Ahora agrega las dos soluciones a un vaso de precipitados que ha sido dividido por una membrana semipermeable, con poros que son demasiado pequeños para que pasen las moléculas de azúcar, pero que son lo suficientemente grandes para que pasen las moléculas de agua. La solución hipertónica es un lado de la membrana y la solución hipotónica por el otro. La solución hipertónica tiene una concentración de agua menor que la solución hipotónica, por lo que ahora existe un gradiente de concentración de agua a través de la membrana. Las moléculas de agua se moverán del lado de mayor concentración de agua al lado de menor concentración hasta que ambas soluciones sean isotónicas. En este punto, se alcanza el equilibrio.
Los glóbulos rojos se comportan de la misma manera (ver figura a continuación). Cuando los glóbulos rojos están en una solución hipertónica (mayor concentración), el agua sale de la célula más rápido de lo que entra. Esto da como resultado la crenación (arrugada) del glóbulo. En el otro extremo, un glóbulo rojo que es hipotónico (menor concentración fuera de la célula) dará como resultado que más agua fluya hacia la célula que hacia afuera. Esto da como resultado hinchazón de la célula y hemólisis potencial (estallido) de la célula. En una solución isotónica, el flujo de agua que entra y sale de la celda está ocurriendo a la misma velocidad.
La ósmosis es la difusión de moléculas de agua a través de una membrana semipermeable desde un área de solución de menor concentración (es decir, mayor concentración de agua) a un área de solución de mayor concentración (es decir, menor concentración de agua). El agua entra y sale de las células por ósmosis.
- Si una célula está en una solución hipertónica, la solución tiene una concentración de agua menor que el citosol celular, y el agua se mueve fuera de la célula hasta que ambas soluciones son isotónicas.
- Las células colocadas en una solución hipotónica tomarán agua a través de sus membranas hasta que tanto la solución externa como el citosol sean isotónicos.
Un glóbulo rojo se hinchará y sufrirá hemólisis (estallido) cuando se coloca en una solución hipotónica. Cuando se coloca en una solución hipertónica, un glóbulo rojo perderá agua y se someterá a crenación (maraña). Las células animales tienden a funcionar mejor en un ambiente isotónico, donde el flujo de agua dentro y fuera de la célula se produce a tasas iguales.
Difusión
El transporte pasivo es una forma en que pequeñas moléculas o iones se mueven a través de la membrana celular sin entrada de energía por parte de la célula. Los tres tipos principales de transporte pasivo son la difusión (o difusión simple), la ósmosis y la difusión facilitada. La difusión simple y la ósmosis no implican proteínas de transporte. La difusión facilitada requiere la asistencia de proteínas.
La difusión es el movimiento de las moléculas de un área de alta concentración de las moléculas a un área con una concentración menor. Para el transporte celular, la difusión es el movimiento de pequeñas moléculas a través de la membrana celular. La diferencia en las concentraciones de las moléculas en las dos áreas se denomina gradiente de concentración. La energía cinética de las moléculas da como resultado un movimiento aleatorio, provocando difusión. En simple difusión, este proceso avanza sin la ayuda de una proteína de transporte. Es el movimiento aleatorio de las moléculas lo que hace que se muevan de un área de alta concentración a una zona con menor concentración.
La difusión continuará hasta que se haya eliminado el gradiente de concentración. Dado que la difusión mueve los materiales de un área de mayor concentración a la inferior, se describe como mover solutos “hacia abajo del gradiente de concentración”. El resultado final es una concentración igual, o equilibrio, de moléculas en ambos lados de la membrana. En equilibrio, el movimiento de las moléculas no se detiene. En equilibrio, hay un movimiento igual de materiales en ambas direcciones.
No todo puede llegar a tus celdas. Tus células tienen una membrana plasmática que ayuda a proteger tus células de intrusos no deseados.
La membrana plasmática y el citosol
Si el ambiente exterior de una celda es a base de agua, y el interior de la celda también es principalmente agua, algo tiene que asegurarse de que la celda permanezca intacta en este entorno. ¿Qué pasaría si una célula disuelta en agua, como lo hace el azúcar? Obviamente, la célula no pudo sobrevivir en tal ambiente. Entonces algo debe proteger a la célula y permitirle sobrevivir en su entorno a base de agua. Todas las células tienen una barrera a su alrededor que las separa del ambiente y de otras células. Esta barrera se llama membrana plasmática, o membrana celular.
La Membrana Plasma
La membrana plasmática (ver figura abajo) está compuesta por una doble capa de lípidos especiales, conocidos como fosfolípidos. El fosfolípido es una molécula lipídica con una cabeza hidrofílica (“amante del agua”) y dos colas hidrofóbicas (“que odian el agua”). Debido a la naturaleza hidrofílica e hidrofóbica del fosfolípido, la molécula debe estar dispuesta en un patrón específico ya que solo ciertas partes de la molécula pueden estar físicamente en contacto con el agua. Recuerde que hay agua fuera de la célula, y el citoplasma dentro de la célula es principalmente agua también. Entonces los fosfolípidos están dispuestos en una doble capa (una bicapa) para mantener a la célula separada de su entorno. Los lípidos no se mezclan con el agua (recordemos que el aceite es un lípido), por lo que la bicapa fosfolipídica de la membrana celular actúa como barrera, manteniendo el agua fuera de la célula y manteniendo el citoplasma dentro de la célula. La membrana celular permite que la célula permanezca estructuralmente intacta en su entorno a base de agua.
La función de la membrana plasmática es controlar lo que entra y sale de la célula. Algunas moléculas pueden pasar por la membrana celular para entrar y salir de la célula, pero otras no. Por lo tanto, la celda no es completamente permeable. “Permeable” significa que cualquier cosa puede cruzar una barrera. Una puerta abierta es completamente permeable a cualquier cosa que quiera entrar o salir por la puerta. La membrana plasmática es semipermeable, lo que significa que algunas cosas pueden ingresar a la célula, y otras no.
Las moléculas que no pueden pasar fácilmente a través de la bicapa incluyen iones y pequeñas moléculas hidrófilas, como la glucosa, y macromoléculas, incluyendo proteínas y ARN. Ejemplos de moléculas que pueden difundirse fácilmente a través de la membrana plasmática incluyen dióxido de carbono y gas oxígeno. Estas moléculas se difunden libremente dentro y fuera de la célula, a lo largo de su gradiente de concentración. Aunque el agua es una molécula polar, también puede difunderse a través de la membrana plasmática.
Citosol
El interior de todas las células también contiene una sustancia gelatinosa llamada citosol. El citosol está compuesto por agua y otras moléculas, incluidas las enzimas, que son proteínas que aceleran las reacciones químicas de la célula. Todo en la célula se asienta en el citosol, como fruta en un molde de jell-o. El término citoplasma se refiere al citosol y a todos los orgánulos, los compartimentos especializados de la célula. El citoplasma no incluye el núcleo. Como una célula procariota no tiene núcleo, el ADN está en el citoplasma.
Recursos Suplementarios
- La Membrana Plasma: http://www.youtube.com/watch?v=moPJkCbKjBs
Colaboradores y Atribuciones
CK-12 Foundation by Sharon Bewick, Richard Parsons, Therese Forsythe, Shonna Robinson, and Jean Dupon.
Allison Soult, Ph.D. (Department of Chemistry, University of Kentucky)