Osmoză

Definiția osmosis

Osmoza este trecerea spontană a unui solvent (care în sistemele biologice este de obicei apă), de la soluția în care substanțele dizolvate sunt mai diluate până la cea în care sunt mai concentrate; această mișcare - care are loc printr-o membrană semipermeabilă - continuă până la atingerea unei situații de echilibru, în care ambele soluții câștigă și mențin aceeași concentrație.

Exemplu practic

Pentru a clarifica mai bine conceptul de osmoză, să ne imaginăm că avem un recipient împărțit în două compartimente de volum egal (A și B) de o membrană semipermeabilă (adică permeabilă numai la solvent - în acest caz apă - și nu la compusul A există o soluție apoasă în care s-a dizolvat o lingură de glucoză, în timp ce în partea B avem o soluție apoasă de volum egal în care s-au dizolvat trei linguri de glucoză (deci este mai concentrată). diferența creează un gradient de concentrație pentru glucoză pe părțile laterale ale membranei și, deoarece acest zahăr nu o poate traversa, se ajunge la echilibru cu trecerea apei din compartimentul A (unde glucoza este mai diluată) către compartimentul B (unde este mai abundentă ). Dacă preferați, se poate spune și că apa trece prin osmoză de la soluția în care este mai concentrată (A) la cea în care este mai puțin concentrată (B).

În urma acestui debit, nivelul apei în B crește și scade în A, creând o anumită diferență de nivel între cele două. Acest fenomen se termină atunci când cele două soluții ating aceeași concentrație, menținându-l apoi constant.

Soluții hipotonice, izotonice și hipertonice

Luând două soluții cu concentrație molară diferită (număr diferit de particule dizolvate în ele), soluția cu cea mai mică concentrație molară este definită ca hipotonică, iar cea mai concentrată este hipertonică. Două soluții sunt izotone (sau echimolare) atunci când au aceeași concentrație.

În exemplul tocmai făcut, soluția B este hipertonică (deci conține mai multe substanțe dizolvate) decât cealaltă (definită ca hipotonică); prin urmare, în condiții normale, solventul se deplasează prin osmoză de la soluția hipotonică la cea hipertonică. Am vorbit despre condiții standard, deoarece, jucându-ne cu legile fizicii, este posibil să răsturnăm însăși conceptul de osmoză și să favorizăm trecerea solventului de la cea mai diluată concentrație la cea mai concentrată (osmoză inversă).

Presiunea osmotică și osmoza inversă

După cum sa exprimat până acum, fluxul net al solventului - generat de osmoză - continuă până când cele două soluții au atins aceeași concentrație. Ei bine, această mișcare poate fi contracarată, oprită sau chiar inversată prin aplicarea de presiune în compartimentul cu cea mai mare concentrație.

În exemplul anterior este suficient să plasați un piston în compartimentul B (despre care ne amintim că are o concentrație mai mare) și să îl împingeți în jos cu o anumită forță, pentru a favoriza trecerea apei către A; în acest caz vorbim de inversare osmoză.

Presiunea osmotică este presiunea care se opune exact trecerii solventului prin membrana semipermeabilă; în consecință, este presiunea necesară pentru a contracara osmoza.

Pentru ceea ce s-a spus până acum, două soluții izotonice au aceeași presiune osmotică; ar trebui subliniat, prin urmare, că presiunea osmotică depinde exclusiv de numărul de particule prezente în soluție și nu de natura lor.

Osmoza și corpul uman

Membranele plasmatice care înconjoară celulele corpului uman sunt, de fapt, membrane semi-permeabile, care permit trecerea directă, prin osmoza, a moleculelor mici (cum ar fi apa și ureea), dar nu și a celor cu greutate moleculară mai mare ( cum ar fi proteinele, aminoacizii și zaharurile). Prin urmare, echilibrele osmotice din fluidele corporale sunt esențiale pentru a garanta celulelor un mediu optim în care să trăiască.

Dacă luăm o celulă ca o celulă roșie din sânge și o scufundăm într-o soluție hipotonică, aceasta - prin osmoză - suferă o umflare (cauzată de intrarea apei), care poate chiar să o explodeze. Dimpotrivă, dacă este cufundată într-o soluție hipertonică celula la care suferă, datorită trecerii apei către exterior, o deshidratare severă care o face să se rideze. Din fericire, în organismul uman celulele sunt scufundate în soluții izotonice în ceea ce privește mediul lor intern și există diferite sisteme de menținere a acestor lichide în echilibru osmotic.

Presiunea osmotică și depozitarea alimentelor

Să ne gândim o clipă la un gem de casă ... zahărul se adaugă din abundență nu numai pentru a-și îmbunătăți aroma, ci și, mai ales, pentru a-i crește durata de valabilitate. Totuși, zahărul este un element important pentru viața multor microorganisme implicate în degradarea produsului. Această contradicție aparentă este demontată chiar de conceptul de osmoză.

Dacă aplicăm această lege la gem, de fapt, din moment ce presiunea sa osmotică este mult mai mare, celulele bacteriene prezente în borcan pierd apă prin osmoză, ridându-se și murind (sau cel puțin inactivând). Prin urmare, utilizarea soluțiilor hipertonice crește timpul de depozitare a alimentelor, deoarece reduce disponibilitatea apei pe viață și proliferarea microorganismelor. Legile osmozei sunt exploatate și în saramură (în care alimentele sunt scufundate în soluții hipertonice solutul este sarea obișnuită de masă). Alte exemple sunt date de capere (sau alte alimente conservate în sare) și fructe confiate. Deci, în cazul în care vă întrebați de ce sarea se adaugă la fripturi doar când este gătită, acum aveți răspunsul: prezența ei pe carnea crudă favorizează eliberarea sucurilor intra și extracelulare, reducând gustul acestora; în același mod, anumite legume, cum ar fi vinetele, sunt presărate cu sare și lăsate să se odihnească câteva ore, doar pentru a permite osmozei să-și purge apa și lichidele amare.