Lectura 6. Ósmosis: Un caso de difusión

¿Quiénes contribuyeron al  descubrimiento de la ósmosis?

Los primeros estudios del fenómeno de la ósmosis se remontan a las investigaciones de Nollet, en 1748,  quién a una vejiga  animal le colocó alcohol de un lado y agua del otro, observó que el agua fluía a través de la vejiga para mezclarse con el alcohol, pero de ninguna manera el alcohol se mezclaba con el agua. (A la sustancia capaz de atravesar una membrana se llama solvente, y la que no puede fluir a través de ella es conocida como soluto).

Sin embargo, el descubrimiento de la ósmosis en membranas semipermeables como un flujo osmótico fue realizado por  Henri Dutrochet (1776-1847) quién en 1828, descubrió este fenómeno cuando observó que la difusión del solvente a través de una membrana semipermeable ocurría siempre de la solución de menor concentración de un soluto, hacia la solución de mayor concentración, además, concluyó que el solvente es capaz de desarrollar una presión osmótica. (La presión osmótica de una solución es igual a la presión gaseosa que el soluto ejercería, si estuviera presente en forma de gas, en un volumen igual al volumen de la solución; en otras palabras, es la presión contraria que se necesita para evitar la ósmosis).

En 1877, Wilhelm Pfeffer, utilizó agua como solvente y sacarosa como soluto para estudiar cuantitativamente el movimiento del agua a través de membranas. Años después conjuntamente con Hugo de Vries entre 1871 y 1888, describieron las respuestas de células vegetales con diferentes soluciones.

¿Cómo es la estructura de la membrana plasmática?

Existen dos componentes de la membrana plasmática: los lípidos y las proteínas. Los lípidos forman una doble capa en la que las cabezas hidrofílicas (afines al agua)  se disponen en la superficie y las colas hidrofóbicas (no afines al agua) en el interior. Los glucolípidos (moléculas formadas por azúcares y lípidos) de la membrana tienen estructura similar a los fosfolípidos (moléculas formadas de lípidos y fósforo), excepto que la cabeza hidrofílica corresponde a diversos azúcares, los cuales participan en funciones protectoras. Las proteínas por su parte, se encuentran inmersas en la doble capa de lípidos ya sea para funcionar como “acarreadores” o bien como componentes integrales de la membrana, algunas proteínas incluyen una cadena de carbohidratos que se proyecta hacia el exterior.

¿La membrana celular es de naturaleza fluida?

En efecto, los desplazamientos de los iones o moléculas a través de las membranas de los seres vivos son regulados por mecanismos específicos y siguen las leyes fundamentales de la Física. Como se mencionó anteriormente, la membrana plasmática y en general todas las membranas biológicas, están integradas por una doble capa de fosfolípidos (que tiene la consistencia del “aceite de oliva”), que actúa como barrera para la mayoría de las moléculas polares. Esta propiedad impide que salga el contenido soluble al agua de la célula y además condiciona la difusión de cualquier molécula por su solubilidad relativa en grasas, por su tamaño, se sabe que las moléculas pequeñas difunden más fácilmente y por su carga iónica. Por ejemplo, moléculas pequeñas como el H₂O, el CO₂ y otras, si no están cargadas, aunque sean polares, pueden difundir muy rápidamente debido a que la membrana ha desarrollado mecanismos especiales de transporte.

¿Que relación existe entre solubilidad, solvente y soluto?

Sí los iones y las moléculas de tamaño normal son del todo solubles en agua, forman soluciones; por lo tanto, la solubilidad es la propiedad que tienen las sustancias, gaseosas, líquidas ó sólidas, de intercalar sus moléculas con las de un solvente, es decir, el líquido en que se disuelven. Esta propiedad depende en gran parte de las características de la sustancia que se disuelve, que se llama soluto.

¿Qué es la ósmosis?

El movimiento de moléculas de agua a través de una membrana semipermeable (que permite el paso de algunas sustancias mientras bloquea el de otras) se conoce como ósmosis (del griego osmos= impulso) y da como resultado el movimiento de las moléculas del agua a través de una membrana en respuesta a diferencias en la concentración de los solutos. Es decir el agua se mueve de una región de menor concentración de soluto (y, por tanto, de mayor concentración de agua) a una región de mayor concentración de soluto (menor concentración de agua). Las células, tanto vegetales como animales, debido a su contenido soluble en agua separado del medio circundante por una membrana semipermeable, presentan fenómenos osmóticos. Es lógico, que el movimiento osmótico de agua a través de la membrana celular semipermeable causa algunos problemas cruciales a los sistemas vivos.

Las células de acuerdo a las concentraciones de solutos o agua pueden ser isotónicas, hipotónicas o hipertónicas con relación a su ambiente. El término isotónico se usa para describir dos o más soluciones que tienen el mismo número de partículas disueltas por unidad de volumen y, por tanto, el mismo potencial hídrico (medida de la entrada de agua). No hay movimiento neto de agua a través de una membrana que separa dos soluciones isotónicas.

Por otra parte, cuando la concentración  tiene menos soluto se conoce como hipotónica, y la que tiene más soluto se le llama hipertónica. En la ósmosis, las moléculas de agua difunden de una solución hipotónica (o desde el agua pura) a una solución hipertónica a través de una membrana selectivamente permeable.

¿Por qué se presenta  la plasmólisis en las células?

El efecto osmótico en la célula animal se comprueba directamente por el fenómeno llamado “plasmólisis”. Esto ocurre cuando una célula animal viva se introduce en un vaso con agua con una concentración arriba del 0.9 % de cloruro de sodio (NaCl) que es un ambiente hipertónico y por lo tanto sale agua de la célula que tiene menor concentración de solutos, por lo que se contrae la membrana celular llegando a presentar formas estrelladas.

Sin embargo, cuando se coloca una célula vegetal en una solución hipotónica, ocurre la expansión del citoplasma porque la vacuola central absorbe el agua y la membrana plasmática ejerce presión contra la pared celular de naturaleza  rígida; la célula no estalla porque la pared celular no lo permite, en este caso, la presión ejercida es muy importante en las células vegetales para mantener la posición vertical de la planta.

¿Qué es la turgencia y en que tipo de células se presenta?

Las membranas de las células vegetales resisten mecánicamente las presiones osmóticas de una solución hipotónica, restringiendo el flujo del agua hacia el interior de la célula. Este comportamiento hace que la pared celular se distienda, ejerciendo una presión suficientemente grande para balancear la diferencia de las presiones osmóticas de la solución externa e interna. A la presión ejercida por la membrana celular sobre la solución interna de la célula se llama presión de turgor ó turgencia. Este fenómeno ocurre porque la membrana celular en realidad es poco elástica y el incremento del volumen celular, debido a la entrada de un poco de agua, produce un incremento apreciable en la turgencia.

Para finalizar, repasemos los ejemplos de la ósmosis que observaste en el laboratorio.

El Paramecium es un protozoario que carece de pared celular o estructura que lo proteja de los choques osmóticos, pero poseen vacuolas contráctiles especiales que les permiten bombear hacia fuera cualquier exceso de agua. En el caso de Solanum tuberosum mejor conocida como papa, al ser estudiada en condiciones hipertónicas, hipotónicas e isotónicas en un medio salino y agua destilada, se puede observar que una muestra aumenta de masa (pesa más) , la otra disminuye  (pesa menos) y el peso de la última permanece igual.