Che cos’è l’osmosi e come funziona

L’osmosi è una particolare tipologia di trasporto di membrana che va a caratterizzare ogni organismo vivente complesso. Come abbiamo già trattato in precedenza, esistono due tipologie differenti di trasporti: i trasporti attivi e i trasporti passivi; fra cui la famosa diffusione semplice e diffusione facilitata.

All’interno dei trasporti passivi, abbiamo ampiamente parlato della diffusione, semplice e facilitata e di una particolare tipologia di diffusione, l’osmosi.

Oggi andremo ad analizzarla in un modo più approfondito, annotando sia cos’è il processo di osmosi, sia cosa siano le soluzioni ipotoniche, isotoniche e ipertoniche e le loro ripercussioni sulla cellula vegetale.




La diffusione osmotica

Partiamo dal termine diffusione.

Con diffusione, andiamo a intendere quella tipologia di trasporto passivo (ovvero che non richiede energia) che si attua nello spostamento di determinate molecole da una soluzione più concentrata ad una meno concentrata.

Indispensabile per far attuare questo processo, è la presenza di una membrana semipermeabile a tale soluto, in questo caso parliamo di diffusione semplice.

Mentre se la membrana non è permeabile al soluto, si utilizzeranno delle proteine canale, e si andrà a definire tale processo come una diffusione facilitata.

Ciò che a noi interessa, è una particolare tipologia di diffusione, ovvero quella che ha come protagonista l’acqua, e non direttamente il suo soluto.

Tale diffusione particolare è chiamata osmosi.

 

Quando si verifica l’osmosi?

L’osmosi si verifica quando ci troviamo di fronte ad una situazione dove due ipotetiche zone adiacenti, sono intervallate da una membrana semipermeabile all’acqua ma non al soluto che essa possiede.

Queste due zone, per potersi verificare un processo osmotico, avranno necessariamente bisogno di possedere una differente concentrazione di soluto, creando cosi un differente potenziale chimico dell’acqua.

Ciò che si verificherà, sarà un passaggio dell’acqua fra la zona di maggiore concentrazione di soluto, alla zona con minore concentrazione; in modo da andare ad equilibrare le due aree.

Spesso per far comprendere questo principio, viene utilizzato uno strumento specifico chiamato osmometro, una sorta di tubo a U, separato da una membrana al suo centro, per far vedere ad occhio nudo tale fenomeno.

Ciò che vedremo sempre, è che anche sotto forza di gravita, in base alla formula matematica del potenziale idrico, l’acqua tenderà a muoversi per annullare la differenza di potenziale chimico.

Tale fenomeno è anche detto “flusso del solvente”, facendoci ricordare la tipicità di questo fenomeno ove il solvente si muove al posto del soluto.

Sempre in base alla formula matematica del potenziale idrico (descritta nell’articolo poco sopra evidenziato) è però possibile contrastare questa forza nella sua risultante, in base ad una applicazione di pressione superficiale.

Se la forza di pressione superficiale, sarà pari a quella del potenziale osmotico, l’acqua non andrà a compiere nessun movimento.




Come si ripercuote ciò nella cellula?

Allora, nelle cellule sia animali che vegetali, è presente e sussiste una differenza di potenziale chimico, data dalla presenza di differenti molecole presenti in quantità variabili.

Tale differenza, sussiste anche fra cellula e citoplasma, dove le molecole presenti nel citoplasma, sono cosi grandi da non poter oltrepassare la membrana cellulare.

Di conseguenza, l’equilibrio chimico fra cellule e citoplasma, può essere sanato solamente dall’acqua.

Il passaggio dell’acqua ovviamente andrà sempre da una zona con concentrazione maggiore, ad una zona con concentrazione minore.

Da qui, è possibile iniziare a descrivere e spiegare le 3 fondamentali condizioni, nel quale una cellula può ritrovarsi; ovvero in una condizione isotonica, ipotonica e ipertonica.

Premessa: spesso questo facile argomento, viene reso difficoltoso da un errore nella premessa base: quando parliamo di una di queste 3 soluzioni, andiamo SEMPRE ad intendere la soluzione del citoplasma ove la cellula si ritrova; se andremo invece a considerare queste soluzioni, come quelle cellulari, cadremo in confusione, risultando il tutto opposto.

 

Soluzione isotonica

Quando una cellula si trova in un citoplasma con una soluzione isotonica, vuol dire che non esiste una differenza chimica fra il citoplasma e la cellula; sono perfettamente equilibrati.

Di conseguenza, se entrerà dell’acqua nella cellula, pari quantità d’acqua uscirà subito dalla cellula al citoplasma.

Se invece la cellula perderà acqua, la stessa quantità di solvente rientrerà immediatamente nella cellula.

Abbiamo a tutti gli effetti una situazione di equilibrio chimico, fra i soluti del citoplasma e i soluti della cellula.




Soluzione ipotonica

In questo caso, ritroviamo una cellula in un citoplasma con una soluzione ipotonica, il ciò significa che il gradiente chimico del citoplasma, sarà minore di quello dell’acqua.

Di conseguenza, si verificherà un flusso d’acqua dal citoplasma alla cellula, per equilibrare la soluzione maggiore presente nella cellula stessa.

Ciò porterà la cellula a gonfiarsi, e grazie a questo meccanismo, le piante erbacee, prive di lignina o suberina potranno stare erette.

Tale fenomeno è detto pressione di turgore cellulare e ovviamente lo andremo ad analizzare in un futuro articolo.

Ricapitoliamo:

  • Citoplasma con soluzione ipotonica = ha meno soluto della cellula
  • La cellula sulla base appena citata, avrà un maggiore soluto
  • Il soluto non è in grado di muoversi, si muoverà allora il solvente ovvero l’acqua
  • L’acqua per equilibrare il tutto, entrerà dal citoplasma alla cellula, per diluire il soluto della cellula
  • La cellula e il citoplasma avranno la stessa concentrazione chimica e la cellula si sarà gonfiata.

In ogni caso, la parete cellulare cerca di limitare un eccessivo ingresso dell’acqua, che porterebbe la cellula all’esplosione e morte.

Infatti esiste una sostanza detta oubaina, che va a influire sulla pompa Na/K, che porta in modo indiretto all’ingresso di acqua nella cellula in modo incontrollato, facendola cosi esplodere.

 

Soluzione ipertonica

In questo ultimo caso, ci ritroviamo ad avere una cellula immersa in un citoplasma avente una soluzione ipertonica.

Ovvero, il citoplasma avrà una maggior presenza di soluto, confronto alla cellula.

Di conseguenza, si verrà a creare un flusso d’acqua dalla cellula al citoplasma, per andare a diluire il soluto citoplasmatico, giungendo cosi all’equilibrio chimico.

La conseguenza diretta sulla cellula, sarà quella di sgonfiarsi.

Una cellula vegetale può disidratarsi fino a una certa quantità, oltre ciò andrà incontro alla morte.

Se la disidratazione invece sarà parziale, è possibile ristabilire la corretta pressione osmotica, e la corretta funzionalità di vita della cellula.

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