Il osmosi è un fenomeno passivo di spostamento dell'acqua attraverso una membrana. Può essere una membrana cellulare, un epitelio o una membrana artificiale. L'acqua si sposta da una regione a bassa pressione osmotica (o dove l'acqua è più abbondante) alla regione con pressioni osmotiche più elevate (o dove l'acqua è meno abbondante).
Questo processo è di rilevanza biologica e orchestra una serie di processi fisiologici, sia negli animali che nelle piante..
Il primo ricercatore a segnalare il fenomeno osmotico è stato l'abate Jean Antoine Nollet. Nel 1748, Nollet stava lavorando con membrane cellulari animali e notò che quando l'acqua pura veniva posta su un lato della membrana e una soluzione con elettroliti diluiti sull'altro lato, l'acqua si muoveva nella regione con i soluti..
Così è stato descritto il passaggio dell'acqua a favore del suo gradiente di concentrazione ed è stato chiamato osmosi. Il termine deriva dalle radici greche osmo, Cosa significa Spingere.
Nel 1877 Wilhelm Pfeller realizzò i primi studi sulla pressione osmotica. Il suo progetto sperimentale prevedeva l'uso di una "membrana" di ferrocianuro di rame sulla superficie di un bicchiere di argilla porosa, dando origine ad una membrana che consentiva il passaggio di molecole d'acqua..
Le membrane artificiali di Pfeller erano abbastanza forti da resistere a pressioni osmotiche significative e non collassare. Questo ricercatore è stato in grado di concludere che la pressione osmotica è proporzionale alla concentrazione del soluto..
Indice articolo
Il movimento dell'acqua attraverso una membrana da un'area a bassa concentrazione a un'area ad alta concentrazione è chiamato osmosi. Questo processo si verifica da un'area con la pressione osmotica più bassa alla pressione osmotica più alta..
All'inizio, questa affermazione può essere fonte di confusione e persino contraddittoria. Siamo abituati al movimento passivo "dall'alto verso il basso". Ad esempio, il calore può variare da alte a basse temperature, il glucosio si diffonde da regioni ad alta concentrazione a zone meno concentrate e così via..
Come abbiamo accennato, l'acqua che subisce il fenomeno dell'osmosi si sposta da basse pressioni a pressioni elevate. Ciò si verifica perché l'acqua è più abbondante per unità di volume dove il soluto è meno abbondante..
Cioè, durante l'osmosi l'acqua si sposta dove sua (l'acqua) è più abbondante dove è meno abbondante. Pertanto, il fenomeno deve essere compreso dal punto di vista dell'acqua.
È importante ricordare che l'osmosi governa il movimento del acqua attraverso le membrane e non influenza direttamente il movimento dei soluti. Quando i soluti si diffondono, lo fanno seguendo i gradienti della loro concentrazione chimica. Solo l'acqua segue il gradiente di concentrazione della pressione osmotica.
Uno degli aspetti più confusi quando si tratta di comprendere il processo di osmosi è l'uso della parola pressioni. Per evitare confusione, è importante chiarire che una soluzione di per sé non esercita una pressione idrostatica a causa della sua pressione osmotica..
Ad esempio, una soluzione di glucosio 1 M ha una pressione osmotica di 22 atm. Tuttavia, la soluzione non "esplode" le bottiglie di vetro e può essere conservata allo stesso modo dell'acqua pura perché una soluzione isolata non si traduce in pressione idrostatica..
Il termine pressioni è usato solo per un incidente storico, poiché i primi scienziati che hanno studiato questi fenomeni sono stati fisici e chimici.
Pertanto, se due soluzioni che differiscono nelle loro pressioni osmotiche sono separate da una membrana, verrà creata una pressione idrostatica.
Il processo di osmosi porta alla formazione di una pressione idrostatica. La differenza di pressione porta ad un aumento del livello della soluzione più concentrata, man mano che l'acqua vi si diffonde. L'aumento del livello dell'acqua continua fino a quando la velocità netta di movimento dell'acqua è uguale a zero..
Un flusso netto si ottiene quando la pressione idrostatica nel compartimento II è sufficiente a riportare le molecole d'acqua nel comportamento I, alla stessa velocità con cui l'osmosi fa sì che le molecole si spostino dal compartimento I al II.
La pressione dell'acqua che fa retrocedere le particelle (dal compartimento I al II) è chiamata pressione osmotica della soluzione nel compartimento II..
Grazie al fenomeno osmotico, l'acqua può muoversi passivamente attraverso le membrane cellulari. Storicamente, è noto che agli animali manca un sistema di trasporto dell'acqua attivo per controllare il flusso di questa sostanza..
Tuttavia, i sistemi di trasporto dei soluti attivi possono cambiare la direzione del movimento dell'acqua in una direzione favorevole. In questo modo, il trasporto attivo dei soluti è un modo in cui gli animali usano la loro energia metabolica per controllare la direzione del trasporto dell'acqua..
Esistono formule matematiche che consentono di misurare la velocità con cui l'acqua attraverserà le membrane per osmosi. L'equazione per calcolarlo è la seguente:
Velocità di trasporto osmotico dell'acqua = K (Π1-ΠDue / X). Dove Π1 e ΠDue sono le pressioni osmotiche delle soluzioni su entrambi i lati della membrana e X è la distanza che le separa.
La relazione (Π1-ΠDue / X) è noto come gradiente di pressione osmotica o gradiente osmotico.
L'ultimo termine dell'equazione è K è il coefficiente di proporzionalità che dipende dalla temperatura e dalla permeabilità della membrana.
La diffusione avviene per il movimento termico casuale di molecole disciolte o sospese, che provoca la loro dispersione dalle regioni di alte concentrazioni a quelle più basse. La velocità di diffusione può essere calcolata mediante l'equazione di Fick.
È un processo esergonico dovuto all'aumento dell'entropia rappresentato dalla distribuzione casuale delle molecole.
Nel caso in cui la sostanza sia un elettrolitico, si deve tenere conto della differenza di carica totale tra i due compartimenti, oltre alle concentrazioni..
Diffusione e osmosi non sono termini opposti, tanto meno concetti che si escludono a vicenda.
Le molecole d'acqua hanno la capacità di muoversi rapidamente attraverso le membrane cellulari. Come abbiamo spiegato, si diffondono da una regione di bassa concentrazione di soluto a una di alta concentrazione in un processo chiamato osmosi..
Ci sembra strano parlare di "concentrazione di acqua", ma questa sostanza si comporta come qualsiasi altra sostanza. Cioè, si diffonde a favore del suo gradiente di concentrazione.
Tuttavia, alcuni autori usano il termine "diffusione dell'acqua" come sinonimo di osmosi. Applicarlo letteralmente ai sistemi biologici può essere sbagliato, poiché è stato dimostrato che il tasso di osmosi attraverso le membrane biologiche è superiore a quello che ci si aspetterebbe da un semplice processo di diffusione.
In alcuni sistemi biologici, l'acqua passa per semplice diffusione attraverso la membrana cellulare. Tuttavia, alcune celle hanno canali speciali per il passaggio dell'acqua. Le più importanti sono chiamate acquaporine, aumentando la velocità del flusso d'acqua attraverso la membrana..
All'interno dei sistemi biologici, il movimento dell'acqua attraverso le membrane cellulari è fondamentale per comprendere dozzine di processi fisiologici. Alcuni esempi sono:
Un esempio interessante del ruolo dell'osmosi negli animali è lo scambio d'acqua che si verifica nei pesci d'acqua dolce..
Gli animali che popolano i corpi di acqua dolce sono in una costante assunzione di acqua dal fiume o stagno in cui vivono nei loro corpi, poiché la concentrazione di plasma sanguigno e altri fluidi corporei ha una concentrazione molto più alta di quella dell'acqua..
Le specie di pesci Carassius auratus vive in ambienti d'acqua dolce. Un individuo che ha una massa di 100 grammi può guadagnare circa 30 grammi di acqua al giorno grazie al movimento dell'acqua all'interno del suo corpo. I pesci hanno sistemi energeticamente costosi per eliminare continuamente l'acqua in eccesso.
Nel sistema gastrointestinale degli animali, il fenomeno dell'osmosi deve verificarsi affinché funzioni correttamente. L'apparato digerente secerne una notevole quantità di liquido (nell'ordine dei litri) che deve essere riassorbito per osmosi dalle cellule che rivestono l'intestino.
Se questo sistema non svolge il suo lavoro, possono verificarsi gravi eventi di diarrea. Il prolungamento di questo malfunzionamento può portare alla disidratazione del paziente..
Il volume d'acqua all'interno delle cellule dipende dalla concentrazione dell'ambiente sia interno che esterno, e il flusso è orchestrato dai fenomeni di diffusione e osmosi..
Se una cellula animale (come un eritrocita) viene posta in un mezzo che consente all'acqua di entrare, potrebbe esplodere. Al contrario, le cellule vegetali hanno un muro che le protegge dallo stress osmotico.
Le piante non legnose infatti sfruttano questa pressione generata dall'ingresso passivo dell'acqua. Questa pressione aiuta a mantenere turgidi diversi organi della pianta, come le foglie. Non appena l'acqua inizia a lasciare le cellule, la cellula perde turgore e appassisce.
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