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2.1: Ósmosis - Biología

2.1: Ósmosis - Biología



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¿Peces de agua salada versus peces de agua dulce?

Las células de los peces, como todas las células, tienen membranas semipermeables. Eventualmente, la concentración de "cosas" a cada lado de ellos se equilibrará. Un pez que vive en agua salada tendrá agua algo salada en su interior. Ponlo en el agua dulce, y el agua dulce, a través de la ósmosis, entrará en el pez, causando que sus células se hinchen y el pez muera. ¿Qué pasará con un pez de agua dulce en el océano?

Ósmosis

Imagine que tiene una taza que tiene 100 ml de agua y agrega 15 g de azúcar de mesa al agua. El azúcar se disuelve y la mezcla que ahora está en la taza se compone de un sustancia disoluta (el azúcar) que se disuelve en el solvente (el agua). La mezcla de un soluto en un solvente se llamasolución.

Imagínese ahora que tiene una segunda taza con 100 ml de agua y agrega 45 gramos 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 solutos. Al comparar dos soluciones de concentración de soluto desigual, la solución con la concentración de soluto más alta es hipertónico, y la solución con la concentración de soluto más baja es hipotónico. Las soluciones de igual concentración de soluto son isotónico. 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 selectivamente permeable, con poros que son demasiado pequeños para que pasen las moléculas de azúcar, pero lo suficientemente grandes como para que pasen las moléculas de agua. La solución hipertónica está en un lado de la membrana y la solución hipotónica en el otro. La solución hipertónica tiene una concentración de agua más baja 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, equilibrio es alcanzado.

Ósmosis es la difusión de moléculas de agua a través de una membrana selectivamente permeable desde un área de mayor concentración a un área de menor concentración. 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 más baja que el citosol celular, y el agua sale de la célula hasta que ambas soluciones son isotónicas. Las células colocadas en una solución hipotónica absorberán agua a través de su membrana hasta que tanto la solución externa como el citosol sean isotónicos.

Una célula que no tiene una pared celular rígida, como un glóbulo rojo, se hinchará y se lisará (estallará) cuando se coloque en una solución hipotónica. Las células con pared celular se hincharán cuando se coloquen en una solución hipotónica, pero una vez que la célula esté turgente (firme), la pared celular resistente evita que entre más agua en la célula. Cuando se coloca en una solución hipertónica, una célula sin pared celular perderá agua al medio ambiente, se marchitará y probablemente morirá. En una solución hipertónica, una célula con pared celular también perderá agua. La membrana plasmática se separa de la pared celular a medida que se arruga, un proceso llamado plasmólisis. Las células animales tienden a funcionar mejor en un entorno isotónico, las células vegetales tienden a funcionar mejor en un entorno hipotónico. Esto se demuestra enFigura debajo.

A menos que una célula animal (como el glóbulo rojo en el panel superior) tenga una adaptación que le permita alterar la absorción osmótica de agua, perderá demasiada agua y se marchitará en un ambiente hipertónico. Si se coloca en una solución hipotónica, las moléculas de agua entrarán en la célula, haciendo que se hinche y explote. Las células vegetales (panel inferior) se plasmolizan en una solución hipertónica, pero tienden a funcionar mejor en un entorno hipotónico. El agua se almacena en la vacuola central de la célula vegetal.

Presión osmótica

Cuando el agua entra en una célula por ósmosis, la presión osmótica puede acumularse dentro de la célula. Si una célula tiene una pared celular, la pared ayuda a mantener el equilibrio hídrico de la célula. Presión osmótica es la principal causa de apoyo en muchas plantas. Cuando una célula vegetal se encuentra en un entorno hipotónico, la entrada osmótica de agua aumenta la presión de turgencia ejercida contra la pared celular hasta que la presión evita que entre más agua en la célula. En este punto, la célula vegetal está turgente (Figura debajo). Los efectos de las presiones osmóticas sobre las células vegetales se muestran en Figura debajo.

Las vacuolas centrales de las células vegetales de esta imagen están llenas de agua, por lo que las células están turgentes.

La acción de la ósmosis puede ser muy dañina para los organismos, especialmente los que no tienen paredes celulares. Por ejemplo, si un pez de agua salada (cuyas células son isotónicas con el agua de mar), se coloca en agua dulce, sus células absorberán el exceso de agua, se lisarán y el pez morirá. Otro ejemplo de efecto osmótico dañino es el uso de sal de mesa para matar babosas y caracoles.

La difusión y la ósmosis se tratan en http://www.youtube.com/watch?v=aubZU0iWtgI(18:59).

Control de la ósmosis

Los organismos que viven en un entorno hipotónico, como el agua dulce, necesitan una forma de evitar que sus células absorban demasiada agua por ósmosis. A vacuola contráctil es un tipo de vacuola que elimina el exceso de agua de una celda. Protistas de agua dulce, como el paramecio que se muestra en Figura a continuación, tiene una vacuola contráctil. La vacuola está rodeada por varios canales, que absorben agua por ósmosis del citoplasma. Una vez que los canales se llenan de agua, el agua se bombea a la vacuola. Cuando la vacuola está llena, empuja el agua fuera de la celda a través de un poro.

La vacuola contráctil es la estructura en forma de estrella dentro de los paramecios.

Resumen

  • La ósmosis es la difusión de agua.
  • Al comparar dos soluciones de concentración de soluto desigual, la solución con la concentración de soluto más alta es hipertónica y la solución con la concentración más baja es hipotónica. Las soluciones de igual concentración de soluto son isotónicas.
  • Una vacuola contráctil es un tipo de vacuola que elimina el exceso de agua de una celda.

Explora más

Explora más I

Utilice este recurso para responder las siguientes preguntas.

  • Difusión y ósmosis en http://www.biologycorner.com/bio1/notes_diffusion.html.
  1. ¿Qué es la ósmosis?
  2. ¿Qué le hace la sal al agua?
  3. ¿Qué es una solución hipotónica? ¿Qué le sucede al agua en una solución hipotónica?
  4. ¿Qué es una solución hipertónica? ¿Qué le sucede al agua en una solución hipertónica?
  5. ¿Qué le sucede al agua en una solución isotónica?

Revisar

  1. ¿Qué es la ósmosis? ¿Qué tipo de transporte es?
  2. ¿En qué se diferencia la ósmosis de la difusión?
  3. ¿Qué les sucede a los glóbulos rojos cuando se colocan en una solución hipotónica?
  4. ¿Qué le pasará a un pez de agua salada si se coloca en agua dulce?

2. Difusión y ósmosis

El movimiento de partículas forma un área de mayor concentración a otra área de menor concentración en un gradiente de concentración.

Fig. 2.1 Representación de la difusión

Movimiento de moléculas de agua de un área de alta concentración a un área de menor concentración a través de una membrana semipermeable.

Fig. 2.2 (a) La solución de azúcar en la bolsa está más concentrada que el agua fuera de la bolsa. (b) El agua de la bolsa está más diluida que la solución de azúcar fuera de la bolsa. (c) La solución de azúcar en la bolsa tiene la misma concentración que la solución fuera de la bolsa.

2.3 Células y ósmosis:

Fig. 2.3 El comportamiento de las células en soluciones de diferentes concentraciones.

2.4 Transporte activo:

  • El movimiento de partículas de un área de menor concentración a un área de mayor concentración mediante el uso de energía.

4. El transporte activo está involucrado en una serie de procesos que ocurren dentro de un organismo. Esto incluye la absorción de:

  • Sales minerales disueltas por los pelos radiculares,
  • Glucosa y aminoácidos por células en el intestino delgado de humanos.

Fig. 2.4 Las moléculas de transporte activas se difunden contra el gradiente de concentración de B a A.


2.1: Ósmosis - Biología

Una vez que conozca la concentración de soluto, puede calcular el potencial de soluto usando la siguiente fórmula:

I =El número de partículas que la molécula producirá en el agua para la sacarosa sería 1.
C =Concentración molar (de sus datos experimentales)
R =Constante de presión = 0,0831 litros bar / mol K
T =Temperatura en grados Kelvin = 273 + ° C de solución
Problema de muestra

Se ha determinado que la concentración molar de una solución de azúcar en un vaso de precipitados abierto es de 0,3 M. Calcule el potencial de soluto a 27 grados. Redondea tu respuesta a la centésima más cercana.

El potencial de presión de una solución abierta al aire es cero. Como conoce el potencial de soluto de la solución, ahora puede calcular el potencial de agua.


Importancia práctica de la ósmosis

Ahora que comprende los procesos básicos de la ósmosis y las diferentes condiciones que provocarán la ósmosis, podrá ver el valor de este proceso en tantas áreas para cada forma de vida.

Para plantas, la ósmosis es responsable del movimiento del agua hacia el sistema de raíces, lo que permite que la planta crezca y sobreviva. Los pelos de las raíces de las plantas son el punto clave donde los minerales y el agua ingresan al organismo. La concentración de moléculas de agua es menor en los pelos de la raíz que en el suelo (solución hipertónica), por lo que el agua se mueve hacia las células de los pelos de la raíz. La ósmosis continúa a través de numerosas capas de células (movimiento de célula a célula) hasta que el agua llega al tubos de xilema y ndash equivalente a las venas humanas.

En una nota relacionada, cuando se introduce agua en las células de las plantas, la presión causada por ese movimiento osmótico se llama turgencia. Cuando se logre el equilibrio, esas células vegetales deben estar llenas de agua, así como firmes y turgentes. Esto evita que las hojas se marchiten, lo que les permite aumentar su superficie para captar la luz solar. La ósmosis también ayuda a proteger las plantas contra la sequía y las heladas, así como a regular la apertura y el cierre de los estomas.

Para animales (humanos), algunas de las funciones osmóticas clave se relacionan con el equilibrio del contenido de agua en la sangre frente a los tejidos circundantes. De manera similar, en los riñones, la ósmosis controla la cantidad de acumulación de desechos al aumentar el flujo de líquido hacia ese órgano. Cuando la concentración de soluto es mayor en las células renales (solución hipertónica), el agua se extrae del torrente sanguíneo del cuerpo y los rsquos hacia los riñones (nefronas), lo que eventualmente estimulará la necesidad de orinar en una persona / animal, eliminando así esos productos de desecho no deseados.


Huevo de ósmosis

Scott Eddleman
Director de Desarrollo e Innovación de Producto

Introducción

El agua entra y sale de las células mediante un tipo especial de difusión llamado ósmosis. La ósmosis es la difusión de moléculas de agua a través de una membrana selectivamente permeable desde un área de mayor concentración de agua a un área de menor concentración de agua. Todas nuestras células están rodeadas por una membrana selectivamente permeable a través de la cual pueden pasar las moléculas de agua. En este sencillo experimento, sus estudiantes usarán una membrana de huevo para modelar cómo funciona la ósmosis en las células animales.

Estándares de ciencia de próxima generación

  • LS1.A: Estructura y Función. Dentro de las células, las estructuras especiales son responsables de funciones particulares, y la membrana celular forma el límite que controla lo que entra y sale de la célula.
  • Prácticas de ciencia e ingeniería: Desarrollo y uso de modelos
  • Conceptos transversales: Estructura y función

Nivel de grado

Consideraciones

Esta actividad funciona mejor para estudiantes que trabajan en grupos de 2 a 3 y se lleva a cabo durante 3 días de la siguiente manera:

Día 1 Disolver cáscaras de huevo 15 minutos
Dia 2 Configurar el experimento 30 minutos
Día 3 Registrar datos y completar un informe de laboratorio 45 minutos

Materiales

  • 2 huevos frescos
  • Vinagre blanco (aproximadamente 600 ml)
  • 2 recipientes (lo suficientemente grandes como para contener un huevo y cubrirlo completamente con vasos de precipitados de 600 ml líquidos funcionan bien)
  • Cuchara grande
  • Agua destilada (aproximadamente 300 ml)
  • Jarabe de maíz (aproximadamente 300 ml)
  • Equilibrio
  • 2 platos de papel pequeños
  • Lapiz de cera

Preparación y procedimiento

El primer paso es disolver la cáscara del huevo y exponer la membrana. Para ello, los alumnos sumergen los huevos en vinagre durante 24 horas. El vinagre contiene ácido acético que reacciona con el carbonato de calcio de la cáscara. Cuando los estudiantes coloquen los huevos en vinagre por primera vez, pídales que observen las pequeñas burbujas que se forman alrededor de los huevos. Esta es una prueba de que se está produciendo una reacción química. Los siguientes procedimientos incluyen los pasos para disolver las conchas y completar el experimento.

  1. Use el lápiz graso para etiquetar un recipiente y un plato de papel & # x201CEgg 1 & # x201D y el otro recipiente y plato de papel & # x201CEgg 2. & # x201D Coloque con cuidado un huevo en cada recipiente.
  2. Vierta suficiente vinagre sobre cada huevo para cubrirlo por completo.
  3. Observe los huevos durante unos minutos y observe cualquier cambio.
  4. Deje los huevos en sus recipientes durante 24 horas.
  5. Observe los huevos al día siguiente y registre sus observaciones.
  6. Vierta lentamente el vinagre de cada recipiente. Tenga mucho cuidado de no romper las membranas del huevo.
  7. Retire con cuidado los huevos con la cucharada, enjuáguelos con agua y colóquelos en su propio plato de papel etiquetado. Deje los recipientes a un lado por ahora.
  8. Mide y registra la masa de cada huevo, luego vuelve a colocar cada huevo en su recipiente original.
  9. Vierta agua destilada en el recipiente del huevo 1 hasta que el huevo esté completamente cubierto.
  10. Vierta el jarabe de maíz en el recipiente del huevo 2 hasta que el huevo esté completamente cubierto.
  11. Coloque los 2 recipientes en un lugar seguro durante la noche. Nota:Haga que los estudiantes hagan una predicción sobre lo que creen que sucederá con la masa de cada huevo..
  12. Después de 24 horas, observe cada huevo y registre sus observaciones.
  13. Vierta lentamente el agua o el jarabe de cada recipiente. Tenga mucho cuidado de no romper las membranas del huevo.
  14. Retire con cuidado los huevos con la cuchara, enjuáguelos con agua y colóquelos en su propio plato de papel etiquetado.
  15. Mide y registra la masa de cada huevo. Calcule y registre el cambio de masa.

Tabla de datos de muestra


Huevo
Masa después de remojar en vinagre (g) Masa después de remojar en agua o jarabe de maíz (g) Cambio de masa
1 75.5 110.0 + 34.5
2 83.5 66.5 -17.0

Conclusión

Los estudiantes deben observar que el huevo en agua destilada se hinchó y ganó masa, mientras que el huevo que estaba en almíbar de maíz se marchitó y perdió masa.

Después del experimento, comparta con sus alumnos que la clara de huevo es aproximadamente un 90% de agua y discuta con ellos cómo la membrana del huevo (como una membrana celular) es selectivamente permeable. Permite que algunas moléculas se muevan a través de & # x2014como el agua, mientras bloquea las moléculas más grandes & # x2014como el azúcar.

A partir de la comprensión de los estudiantes sobre ósmosis y difusión, deberían poder explicar que al colocar el huevo en agua destilada, el agua se movía desde el exterior del huevo, donde la concentración era mayor, hacia el interior del huevo, donde la concentración era menor. . Lo contrario sucedió con el huevo puesto en almíbar de maíz. Debido a que el jarabe de maíz contiene una gran cantidad de azúcar, las moléculas de agua se mueven desde el interior del huevo a un área de menor concentración fuera del huevo.

Extensiones

  1. Haga que los estudiantes piensen en una manera de hacer que el huevo arrugado vuelva a estar gordo.
  2. Haga que los estudiantes planifiquen y realicen investigaciones utilizando otras soluciones como agua salada y también con colorante para alimentos.
  3. Haga que los estudiantes creen un dibujo que muestre cómo funciona la ósmosis. También pueden crear un modelo físico usando piezas de caramelo para representar moléculas de agua.

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Pon a prueba tus conocimientos sobre ósmosis

1. Cuando una celda contiene una concentración menor de soluto que el solvente que la rodea, ¿en qué tipo de solución se dice que la celda está?
UNA. Hipertónico
B. Hipotónico
C. Isotónico

2. ¿Las condiciones isotónicas son ideales para qué células?
UNA. Células vegetales
B. Células animales
C. Ambos
D. Ninguno

3. ¿Qué le sucede a una célula animal en una solución hipotónica?
UNA. No hay un efecto despreciable, ya que la concentración de soluto en ambos lados de la membrana es la misma.
B. El agua saldrá de la celda y la arrugará.
C. El agua entrará en la celda y se volverá turgente.
D. El agua entrará en la célula, provocando su lisis (explosión).


5.2 Transporte pasivo

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Explica por qué y cómo ocurre el transporte pasivo.
  • Comprender los procesos de ósmosis y difusión.
  • Definir la tonicidad y su relevancia para el transporte pasivo.

Las membranas de plasma deben permitir que ciertas sustancias entren y salgan de una célula, y evitar que entren algunos materiales nocivos y que salgan algunos materiales esenciales. En otras palabras, las membranas plasmáticas son selectivamente permeables: permiten el paso de algunas sustancias, pero no de otras. Si perdieran esta selectividad, la célula ya no podría sostenerse y sería destruida. Algunas células requieren mayores cantidades de sustancias específicas. Deben tener una forma de obtener estos materiales de los fluidos extracelulares. Esto puede suceder de forma pasiva, ya que ciertos materiales se mueven hacia adelante y hacia atrás, o la celda puede tener mecanismos especiales que facilitan el transporte. Algunos materiales son tan importantes para una célula que gasta parte de su energía, hidrolizando el trifosfato de adenosina (ATP), para obtener estos materiales. Los glóbulos rojos usan parte de su energía para hacer precisamente eso. La mayoría de las células gastan la mayor parte de su energía para mantener un desequilibrio de iones de sodio y potasio entre el interior y el exterior de la célula, así como en la síntesis de proteínas.

Las formas más directas de transporte de membrana son pasivas. El transporte pasivo es un fenómeno que ocurre naturalmente y no requiere que la célula ejerza ninguna de su energía para realizar el movimiento. En el transporte pasivo, las sustancias se mueven de un área de mayor concentración a un área de menor concentración. Un espacio físico en el que hay un rango de concentración de una sola sustancia tiene un gradiente de concentración.

Permeabilidad selectiva

Las membranas plasmáticas son asimétricas: el interior de la membrana no es idéntico a su exterior. Existe una diferencia considerable entre la matriz de fosfolípidos y proteínas entre las dos valvas que forman una membrana. En el interior de la membrana, algunas proteínas sirven para anclar la membrana a las fibras del citoesqueleto. Hay proteínas periféricas en el exterior de la membrana que se unen a elementos de la matriz extracelular. Los carbohidratos, unidos a lípidos o proteínas, también se encuentran en la superficie exterior de la membrana plasmática. Estos complejos de carbohidratos ayudan a la célula a unirse a las sustancias necesarias en el líquido extracelular. Esto se suma considerablemente a la naturaleza selectiva de la membrana plasmática (Figura 5.7).

Recordemos que las membranas plasmáticas son anfifílicas: tienen regiones hidrofílicas e hidrofóbicas. Esta característica ayuda a mover algunos materiales a través de la membrana y dificulta el movimiento de otros. El material no polar y soluble en lípidos con un peso molecular bajo puede deslizarse fácilmente a través del núcleo lipídico hidrofóbico de la membrana. Sustancias como las vitaminas A, D, E y K solubles en grasa pasan fácilmente a través de las membranas plasmáticas en el tracto digestivo y otros tejidos. Los medicamentos y hormonas liposolubles también entran fácilmente en las células y se transportan fácilmente a los tejidos y órganos del cuerpo. Las moléculas de oxígeno y dióxido de carbono no tienen carga y atraviesan las membranas por simple difusión.

Las sustancias polares presentan problemas para la membrana. Si bien algunas moléculas polares se conectan fácilmente con el exterior de la célula, no pueden atravesar fácilmente el núcleo lipídico de la membrana plasmática. Además, si bien los iones pequeños podrían deslizarse fácilmente a través de los espacios en el mosaico de la membrana, su carga les impide hacerlo. Los iones como el sodio, el potasio, el calcio y el cloruro deben tener medios especiales para penetrar en las membranas plasmáticas. Los azúcares simples y los aminoácidos también necesitan la ayuda de varias proteínas transmembrana (canales) para transportarse a través de las membranas plasmáticas.

Difusión

La difusión es un proceso de transporte pasivo. Una sola sustancia se mueve de una alta concentración a un área de baja concentración hasta que la concentración es igual en un espacio. Está familiarizado con la difusión de sustancias a través del aire. Por ejemplo, piense en alguien que abre una botella de amoníaco en una habitación llena de gente. El gas amoniaco se encuentra en su concentración más alta en la botella. Su concentración más baja se encuentra en los bordes de la habitación. El vapor de amoníaco se difundirá o se esparcirá fuera de la botella y, gradualmente, cada vez más personas olerán el amoníaco a medida que se esparza. Los materiales se mueven dentro del citosol de la célula por difusión y ciertos materiales se mueven a través de la membrana plasmática por difusión (Figura 5.8). La difusión no gasta energía. Por el contrario, los gradientes de concentración son una forma de energía potencial, que se disipa a medida que se elimina el gradiente.

Cada sustancia separada en un medio, como el líquido extracelular, tiene su propio gradiente de concentración, independiente de los gradientes de concentración de otros materiales. Además, cada sustancia se difundirá de acuerdo con ese gradiente. Dentro de un sistema, habrá diferentes velocidades de difusión de diversas sustancias en el medio.

Factores que afectan la difusión

Las moléculas se mueven constantemente de manera aleatoria, a una velocidad que depende de su masa, su entorno y la cantidad de energía térmica que poseen, que a su vez es función de la temperatura. Este movimiento explica la difusión de las moléculas a través de cualquier medio en el que se encuentren. Una sustancia se mueve a cualquier espacio disponible para ella hasta que se distribuye uniformemente. Después de que una sustancia se ha difundido completamente a través de un espacio, eliminando su gradiente de concentración, las moléculas aún se moverán en el espacio, pero no habrá neto movimiento del número de moléculas de un área a otra. A esto lo llamamos falta de un gradiente de concentración en el que la sustancia no tiene equilibrio dinámico de movimiento neto. Si bien la difusión avanzará en presencia del gradiente de concentración de una sustancia, varios factores afectan la velocidad de difusión.

  • Extensión del gradiente de concentración: cuanto mayor sea la diferencia de concentración, más rápida será la difusión. Cuanto más se acerca al equilibrio la distribución del material, más lenta es la velocidad de difusión.
  • Masa de las moléculas que se difunden: las moléculas más pesadas se mueven más lentamente, por lo tanto, se difunden más lentamente. Lo contrario es cierto para las moléculas más ligeras.
  • Temperatura: Las temperaturas más altas aumentan la energía y por lo tanto el movimiento de las moléculas, aumentando la velocidad de difusión. Las temperaturas más bajas disminuyen la energía de las moléculas, disminuyendo así la velocidad de difusión.
  • Densidad del disolvente: a medida que aumenta la densidad de un disolvente, la velocidad de difusión disminuye. Las moléculas se ralentizan porque tienen más dificultades para atravesar el medio más denso. Si el medio es menos denso, la difusión aumenta. Debido a que las células utilizan principalmente la difusión para mover materiales dentro del citoplasma, cualquier aumento en la densidad del citoplasma inhibirá el movimiento de los materiales. Un ejemplo de esto es una persona que experimenta deshidratación. A medida que las células del cuerpo pierden agua, la velocidad de difusión disminuye en el citoplasma y las funciones de las células se deterioran. Las neuronas tienden a ser muy sensibles a este efecto. La deshidratación conduce con frecuencia a la pérdida del conocimiento y posiblemente al coma debido a la disminución de la velocidad de difusión dentro de las células.
  • Solubilidad: como comentamos anteriormente, los materiales no polares o solubles en lípidos atraviesan las membranas plasmáticas con mayor facilidad que los materiales polares, lo que permite una velocidad de difusión más rápida.
  • Área de superficie y espesor de la membrana plasmática: el área de superficie aumentada aumenta la velocidad de difusión, mientras que una membrana más gruesa la reduce.
  • Distancia recorrida: cuanto mayor es la distancia que debe recorrer una sustancia, más lenta es la velocidad de difusión. Esto impone una limitación superior al tamaño de la celda. Una célula grande y esférica morirá porque los nutrientes o los desechos no pueden alcanzar o salir del centro de la célula, respectivamente. Por lo tanto, las células deben ser de tamaño pequeño, como en el caso de muchos procariotas, o aplanadas, como ocurre con muchos eucariotas unicelulares.

Una variación de la difusión es el proceso de filtración. En la filtración, el material se mueve de acuerdo con su gradiente de concentración a través de una membrana. A veces, la presión aumenta la velocidad de difusión, lo que hace que las sustancias se filtren más rápidamente. Esto ocurre en el riñón, donde la presión arterial expulsa de la sangre grandes cantidades de agua y de las sustancias disueltas o solutos que la acompañan, hacia los túbulos renales. La velocidad de difusión en este caso depende casi totalmente de la presión. Uno de los efectos de la presión arterial alta es la aparición de proteínas en la orina, que la presión anormalmente alta "se filtra".

Transporte facilitado

En el transporte facilitado, o difusión facilitada, los materiales se difunden a través de la membrana plasmática con la ayuda de proteínas de membrana. Existe un gradiente de concentración que permitiría que estos materiales se difundan en la célula sin gastar energía celular. Sin embargo, estos materiales son iones de moléculas polares que repelen las partes hidrófobas de la membrana celular. Las proteínas de transporte facilitado protegen estos materiales de la fuerza repulsiva de la membrana, lo que les permite difundirse en la célula.

El material transportado se adhiere primero a los receptores de proteínas o glicoproteínas en la superficie exterior de la membrana plasmática. Esto permite la eliminación del material del líquido extracelular que necesita la célula. Las sustancias luego pasan a proteínas integrales específicas que facilitan su paso. Algunas de estas proteínas integrales son colecciones de láminas beta plegadas que forman un poro o canal a través de la bicapa de fosfolípidos. Otras son proteínas transportadoras que se unen a la sustancia y ayudan a su difusión a través de la membrana.

Canales

Las proteínas integrales involucradas en el transporte facilitado son proteínas de transporte y funcionan como canales para el material o como portadores. En ambos casos, son proteínas transmembrana. Los canales son específicos para la sustancia transportada. Las proteínas de canal tienen dominios hidrofílicos expuestos a los fluidos intracelulares y extracelulares. Además, tienen un canal hidrófilo a través de su núcleo que proporciona una abertura hidratada a través de las capas de la membrana (Figura 5.9). El paso a través del canal permite que los compuestos polares eviten la capa central no polar de la membrana plasmática, que de otra manera ralentizaría o impediría su entrada en la célula. Las acuaporinas son proteínas de canal que permiten que el agua pase a través de la membrana a una velocidad muy alta.

Las proteínas del canal están abiertas en todo momento o están "cerradas", lo que controla la apertura del canal. Cuando un ión particular se adhiere a la proteína del canal, puede controlar la apertura o pueden estar involucrados otros mecanismos o sustancias. En algunos tejidos, los iones de sodio y cloruro pasan libremente a través de canales abiertos, mientras que en otros tejidos se debe abrir una puerta para permitir el paso. Un ejemplo de esto ocurre en el riñón, donde existen ambas formas de canales en diferentes partes de los túbulos renales. Las células involucradas en la transmisión de impulsos eléctricos, como las células nerviosas y musculares, tienen canales abiertos para el sodio, el potasio y el calcio en sus membranas. La apertura y el cierre de estos canales cambia las concentraciones relativas en los lados opuestos de la membrana de estos iones, lo que facilita la transmisión eléctrica a lo largo de las membranas (en el caso de las células nerviosas) o en la contracción muscular (en el caso de las células musculares).

Proteínas portadoras

Otro tipo de proteína incrustada en la membrana plasmática es una proteína transportadora. Esta proteína, con el nombre adecuado, se une a una sustancia y, por lo tanto, desencadena un cambio de su propia forma, moviendo la molécula unida desde el exterior de la célula hacia el interior (Figura 5.10). Dependiendo del gradiente, el material puede moverse en la dirección opuesta. Las proteínas portadoras son típicamente específicas para una sola sustancia. Esta selectividad se suma a la selectividad general de la membrana plasmática. Los científicos entienden mal el mecanismo exacto del cambio de forma. Las proteínas pueden cambiar de forma cuando sus enlaces de hidrógeno se ven afectados, pero esto puede no explicar completamente este mecanismo. Cada proteína transportadora es específica de una sustancia y hay un número finito de estas proteínas en cualquier membrana. Esto puede causar problemas al transportar suficiente material para que la celda funcione correctamente. Cuando todas las proteínas se unen a sus ligandos, están saturadas y la velocidad de transporte es máxima. El aumento del gradiente de concentración en este punto no dará como resultado un aumento de la velocidad de transporte.

Un ejemplo de este proceso ocurre en el riñón. En una parte, el riñón filtra glucosa, agua, sales, iones y aminoácidos que el cuerpo necesita. Este filtrado, que incluye glucosa, luego se reabsorbe en otra parte del riñón. Debido a que solo hay un número finito de proteínas transportadoras de glucosa, si hay más glucosa presente de la que las proteínas pueden manejar, el exceso no se transporta y el cuerpo la excreta a través de la orina. En un individuo diabético, el término es "derramar glucosa en la orina". Un grupo diferente de proteínas transportadoras, proteínas transportadoras de glucosa o GLUT, participan en el transporte de glucosa y otros azúcares hexosa a través de las membranas plasmáticas dentro del cuerpo.

Las proteínas transportadoras y de canal transportan material a diferentes velocidades. Las proteínas de canal se transportan mucho más rápidamente que las proteínas transportadoras. Las proteínas de canal facilitan la difusión a una velocidad de decenas de millones de moléculas por segundo, mientras que las proteínas transportadoras funcionan a una velocidad de mil a un millón de moléculas por segundo.

Ósmosis

La ósmosis es el movimiento de moléculas de agua libre a través de una membrana semipermeable de acuerdo con el gradiente de concentración del agua a través de la membrana, que es inversamente proporcional a la concentración de solutos. Mientras que la difusión transporta material a través de las membranas y dentro de las células, la ósmosis transporta solo agua a través de una membrana y la membrana limita la difusión de los solutos en el agua. No es sorprendente que las acuaporinas que facilitan el movimiento del agua desempeñen un papel importante en la ósmosis, principalmente en los glóbulos rojos y las membranas de los túbulos renales.

Mecanismo

La ósmosis es un caso especial de difusión. El agua, al igual que otras sustancias, se mueve de un área de alta concentración de moléculas de agua libre a una de baja concentración de moléculas de agua libre. Una pregunta obvia es ¿qué hace que el agua se mueva? Imagine un vaso de precipitados con una membrana semipermeable que separa los dos lados o mitades (Figura 5.11). En ambos lados de la membrana, el nivel del agua es el mismo, pero hay diferentes concentraciones de sustancia disuelta, o soluto, que no pueden atravesar la membrana (de lo contrario, el soluto que atraviesa la membrana equilibraría las concentraciones en cada lado). Si el volumen de la solución en ambos lados de la membrana es el mismo, pero las concentraciones de soluto son diferentes, entonces hay diferentes cantidades de agua, el solvente, a cada lado de la membrana.

Para ilustrar esto, imagine dos vasos de agua llenos. Uno tiene una sola cucharadita de azúcar, mientras que el segundo contiene un cuarto de taza de azúcar. Si el volumen total de las soluciones en ambas tazas es el mismo, ¿cuál taza contiene más agua? Debido a que la gran cantidad de azúcar en la segunda taza ocupa mucho más espacio que la cucharadita de azúcar en la primera taza, la primera taza contiene más agua.

Volviendo al ejemplo del vaso de precipitados, recuerde que tiene una mezcla de soluto a cada lado de la membrana. Un principio de difusión es que las moléculas se mueven y se esparcirán uniformemente por todo el medio si pueden. Sin embargo, solo el material capaz de atravesar la membrana se difundirá a través de ella. En este ejemplo, el soluto no puede difundirse a través de la membrana, pero el agua sí. Water has a concentration gradient in this system. Thus, water will diffuse down its concentration gradient, crossing the membrane to the side where it is less concentrated. This diffusion of water through the membrane—osmosis—will continue until the water's concentration gradient goes to zero or until the water's hydrostatic pressure balances the osmotic pressure. Osmosis proceeds constantly in living systems.

Tonicity

Tonicity describes how an extracellular solution can change a cell's volume by affecting osmosis. A solution's tonicity often directly correlates with the solution's osmolarity. Osmolarity describes the solution's total solute concentration. A solution with low osmolarity has a greater number of water molecules relative to the number of solute particles. A solution with high osmolarity has fewer water molecules with respect to solute particles. In a situation in which a membrane permeable to water, though not to the solute separates two different osmolarities, water will move from the membrane's side with lower osmolarity (and more water) to the side with higher osmolarity (and less water). This effect makes sense if you remember that the solute cannot move across the membrane, and thus the only component in the system that can move—the water—moves along its own concentration gradient. An important distinction that concerns living systems is that osmolarity measures the number of particles (which may be molecules) in a solution. Therefore, a solution that is cloudy with cells may have a lower osmolarity than a solution that is clear, if the second solution contains more dissolved molecules than there are cells.

Hypotonic Solutions

Scientists use three terms—hypotonic, isotonic, and hypertonic—to relate the cell's osmolarity to the extracellular fluid's osmolarity that contains the cells. In a hypotonic situation, the extracellular fluid has lower osmolarity than the fluid inside the cell, and water enters the cell. (In living systems, the point of reference is always the cytoplasm, so the prefix hipo- means that the extracellular fluid has a lower solute concentration, or a lower osmolarity, than the cell cytoplasm.) It also means that the extracellular fluid has a higher water concentration in the solution than does the cell. In this situation, water will follow its concentration gradient and enter the cell.

Hypertonic Solutions

As for a hypertonic solution, the prefix hyper- refers to the extracellular fluid having a higher osmolarity than the cell’s cytoplasm therefore, the fluid contains less water than the cell does. Because the cell has a relatively higher water concentration, water will leave the cell.

Isotonic Solutions

In an isotonic solution, the extracellular fluid has the same osmolarity as the cell. If the cell's osmolarity matches that of the extracellular fluid, there will be no net movement of water into or out of the cell, although water will still move in and out. Blood cells and plant cells in hypertonic, isotonic, and hypotonic solutions take on characteristic appearances (Figure 5.12).

Conexión visual

A doctor injects a patient with what the doctor thinks is an isotonic saline solution. The patient dies, and an autopsy reveals that many red blood cells have been destroyed. Do you think the solution the doctor injected was really isotonic?

Enlace al aprendizaje

For a video illustrating the diffusion process in solutions, visit this site.

Tonicity in Living Systems

In a hypotonic environment, water enters a cell, and the cell swells. In an isotonic condition, the relative solute and solvent concentrations are equal on both membrane sides. There is no net water movement therefore, there is no change in the cell's size. In a hypertonic solution, water leaves a cell and the cell shrinks. If either the hypo- or hyper- condition goes to excess, the cell’s functions become compromised, and the cell may be destroyed.

A red blood cell will burst, or lyse, when it swells beyond the plasma membrane’s capability to expand. Remember, the membrane resembles a mosaic, with discrete spaces between the molecules comprising it. If the cell swells, and the spaces between the lipids and proteins become too large, the cell will break apart.

In contrast, when excessive water amounts leave a red blood cell, the cell shrinks, or crenates. This has the effect of concentrating the solutes left in the cell, making the cytosol denser and interfering with diffusion within the cell. The cell’s ability to function will be compromised and may also result in the cell's death.

Various living things have ways of controlling the effects of osmosis—a mechanism we call osmoregulation. Some organisms, such as plants, fungi, bacteria, and some protists, have cell walls that surround the plasma membrane and prevent cell lysis in a hypotonic solution. The plasma membrane can only expand to the cell wall's limit, so the cell will not lyse. The cytoplasm in plants is always slightly hypertonic to the cellular environment, and water will always enter a cell if water is available. This water inflow produces turgor pressure, which stiffens the plant's cell walls (Figure 5.13). In nonwoody plants, turgor pressure supports the plant. Conversly, if you do not water the plant, the extracellular fluid will become hypertonic, causing water to leave the cell. In this condition, the cell does not shrink because the cell wall is not flexible. However, the cell membrane detaches from the wall and constricts the cytoplasm. We call this plasmolysis . Plants lose turgor pressure in this condition and wilt (Figure 5.14).

Tonicity is a concern for all living things. For example, paramecia and amoebas, which are protists that lack cell walls, have contractile vacuoles. This vesicle collects excess water from the cell and pumps it out, keeping the cell from lysing as it takes on water from its environment (Figure 5.15).

Many marine invertebrates have internal salt levels matched to their environments, making them isotonic with the water in which they live. Fish, however, must spend approximately five percent of their metabolic energy maintaining osmotic homeostasis. Freshwater fish live in an environment that is hypotonic to their cells. These fish actively take in salt through their gills and excrete diluted urine to rid themselves of excess water. Saltwater fish live in the reverse environment, which is hypertonic to their cells, and they secrete salt through their gills and excrete highly concentrated urine.

In vertebrates, the kidneys regulate the water amount in the body. Osmoreceptors are specialized cells in the brain that monitor solute concentration in the blood. If the solute levels increase beyond a certain range, a hormone releases that slows water loss through the kidney and dilutes the blood to safer levels. Animals also have high albumin concentrations, which the liver produces, in their blood. This protein is too large to pass easily through plasma membranes and is a major factor in controlling the osmotic pressures applied to tissues.


Interstitial Fluid and Lymph

Michael Földi MD , Roman Strößenreuther MD , in Foundations of Manual Lymph Drainage (Third Edition) , 2005

2.1 BLOOD AND TISSUE FLUID EXCHANGE

The purpose of blood circulation is fulfilled in the blood capillaries, where the tissues receive nutrients and waste is taken up to be carried away. Fluid is exchanged between blood capillaries and tissue through two distinct mechanisms: diffusion and osmosis . To understand the function and significance of the lymphatic system, one must first be familiar with these two fluid exchange processes.

Difusión

The wall of the blood capillary is broadly permeable to water and to small molecules dissolved in water, such as salt and gases. Because of this it is possible for continuous concentration equalization to take place between the blood and tissue. Matter moves from a place of higher concentration to a place of lower concentration. This difference in concentration is called the concentration gradient. Through the junctions between the endothelial cells (interendothelial junctions), water, as well as matter dissolved in it, is diffused over the entire surface region of the blood capillaries. Fat-soluble substances penetrate the endothelial cells. This diffusion through the blood capillary wall cannot take place completely untrammeled, however. The blood capillary wall is permeable to water and substances dissolved in it, but the passage of individual particles is somewhat hindered because they continually “strike” the walls of the vessel.

Diffusion: Matter travels along a concentration gradient through the blood capillary wall.

By means of hindered diffusion, about 240 liters per minute of blood serum containing dissolved molecules flows out of the whole blood capillary system into the interstitium. A comparable amount of serum diffuses from the interstitium back into the blood capillaries.

Osmosis and Osmotic Pressure

Osmosis (special case of diffusion): A semipermeable membrane allows the diffusion of water while preventing the diffusion of larger molecules. Through the equalization of concentration, an osmotic pressure arises.

Osmosis can be shown in a container divided in half by a semipermeable membrane. Equal volumes of water and aqueous sugar solution are placed in the two sides of the container. The membrane is completely permeable to water molecules, but not to the large sugar molecules. After a certain time the water level increases in the half of the container with the sugar solution. This occurs because the water molecules pass from the part of the container filled with water, where the water concentration is higher, into the part of the container that contains the aqueous sugar solution, where the concentration of water is lower. The sugar molecules, on the other hand, are unable to escape from their section of the container ( Fig. 2.1 ).

Such one-way diffusion, where material exchange can take place in only one direction, is called osmosis.

In the osmotic process the sugar molecules had the same effect on the water molecules as a magnet on iron filings.

Through the increase of fluid, the pressure exerted on the bottom by the aqueous sugar solution is naturally also increased. This pressure, which is determined by the concentration of molecules in the aqueous solution, is called osmotic pressure. The more (sugar) molecules that are contained in the solution, the more water that is drawn into the vessel—and the higher the resultant osmotic pressure.

Colloidal Osmosis and Colloidal Osmotic Pressure

Colloidal osmosis : A semipermeable membrane allows the diffusion of water and prevents the diffusion of giant protein molecules. Colloidal osmotic pressure or suction results.

About 7 g of protein is contained in 100 ml of blood plasma. The protein molecules are “giants,” so-called macromolecules o colloids. Colloidal osmosis can be demonstrated in a container that is divided by a semipermeable membrane (completely permeable to water molecules but completely impermeable to giant protein molecules). If half of the container is filled with water and the other half with blood plasma, colloidal osmosis will take place. Osmotic pressure, more precisely called colloidal osmotic pressure, naturally occurs in the process ( Fig. 2.2 ). Once again, the water molecules pass through the membrane, increasing pressure on the protein side.

Ultrafiltration

Ultrafiltration occurs when colloidal osmotic pressure is overcome by mechanical pressure.

By use of mechanical pressure, it is possible to overcome colloidal osmotic pressure. In blood plasma, serum can be separated from the protein molecules and driven through a semipermeable membrane when the pressure applied is greater than the protein-serum binding force.

An “ultrafilter,” a semipermeable membrane, is placed in a pressurized beaker, where the membrane is impermeable to the protein molecule but completely permeable to the blood serum. Blood plasma is placed in the filter. If a piston is used to put mechanical pressure on the blood plasma that is greater than the colloidal osmotic pull of the protein molecules, protein-free serum will pass through the ultrafilter and drip into the flask. This procedure is called ultrafiltration ( Fig. 2.3 ). Instead of using a pressure piston, one can create a vacuum in the pressure flask.

For ultrafiltration, mechanical forces strong enough to overpower the colloidal osmotic pressure (suction) must be applied.

Ultrafiltration from the Blood Capillaries into the Interstitium and Reabsorption from the Interstitium into the Blood Capillaries: the Starling Theory

The capillary blood pressure (CBP) is the force that drives the ultrafiltrate out of the blood capillaries into the tissue.

Only the wall of the blood capillaries is permeable to giant protein molecules: some molecules diffuse into the interstitial fluid, and some are found in the ultrafiltrate. In principle, however, the blood capillary wall functions like a semipermeable ultrafilter membrane.

The blood capillaries are divided into arterial and venous branches: The arterial branch runs from the beginning of the blood capillary to its middle, and the venous branch runs from its middle to its end. Because the CBP drops continuously from the beginning of the capillaries to their end, the average CBP in the arterial branch is higher than in the venous branch.

los arterial branch corresponds to a pressure flask in which the CBP assumes the role of a pressure piston. This overpowers the colloidal osmotic pull of the blood plasma's protein molecule, and an casi protein-free fluid is ultrafiltered through the blood capillaries into the interstitium. A complicating factor is that the interstitial pressure (IP) is not equal to zero. If the IP is somewhat greater than zero, and thus positive, this is similar to a situation in which air pressure in a closed pressure flask is slightly greater than the outside atmospheric pressure. If the IP is less than zero, and thus negative, this would correspond to a pressure flask with a pressure below atmospheric. In the former situation, the piston pressure must be somewhat higher than if the pressure in the flask were atmospheric. In the latter, it is sufficient for the piston pressure to be somewhat less than atmospheric pressure to attain the same ultrafiltration. For this reason, ultrafiltration in the arterial branch of the blood capillaries is not the result simply of CBP, but rather of the effective ultrafiltration pressure (EUP).

CBP – IP = effective ultrafiltration pressure

As the IP is subtracted from the CBP, the following calculation can be made:

When IP is subatmospheric,

The colloidal osmotic pressure in the interstitium is lower than in the blood.

Because some protein molecules do reach the interstitium through diffusion along with the serum, the interstitial fluid always contains some plasma protein molecules, although the protein concentration of the interstitial fluid is much lower than that of the plasma. This means that a colloidal osmotic pressure (COPpag) exists not only in the blood plasma, but also in the interstitial fluid (COPI), although COPI is substantially lower.

Reabsorption: the reentry of fluid into the blood capillaries fluid is reabsorbed in the venous capillary branch.

COPpag strives to keep water in the blood capillaries and to pull (reabsorb) the interstitial fluid back into the bloodstream. COPI, on the contrary, holds onto the interstitial fluid and would, if possible, pull more serum out of the capillaries. However, because COPpag is higher than COPI, the effective reabsorption pressure (ERP) is the victor in this competition, thus maintaining higher COPpag.

COPpag – COPI = effective reabsorption pressure

Because the CBP is higher in the arterial branch than in the venous branch, the EUP in the arterial branch is also higher than the effective reabsorption pressure: The result is the ultrafiltration described previously. In the venous branch the situation is the opposite the effective reabsorption pressure is higher than the EUP. Thus the interstitial fluid is pulled back into the capillaries and reabsorbed ( Fig. 2.4 ).

Gross Ultrafiltrate and Net Ultrafiltrate

The gross ultrafiltrate is the combined amount of the fluid ultrafiltrated from the blood.

Some 20 ml/min of serum is ultrafiltered through the blood capillary network as a whole. This quantity of fluid is called gross ultrafiltrate. Ultrafiltration and reabsorption do not entirely cancel each other out only about 90% of the gross ultrafiltrate is reabsorbed. Therefore the Starling equilibrium is not perfect.

The net ultrafiltrate is the portion of the ultrafiltered fluid that is not reabsorbed. It is transported out of the tissue via the lymph vessels.

The 10% of the fluid that is ultrafiltered and not reabsorbed is called net ultrafiltrate. The net ultrafiltrate is transported away by the lymph vessels and forms the lymph obligatory water load ( Fig. 2.5 ).

The net ultrafiltrate corresponds to the difference between the gross ultrafiltrate and the reabsorbed fluid.

Compared with the diffusion of water at 240,000 ml/min, the volume of ultrafiltrated water, only 20 ml/min, is quite small. However, the diffusion water is not important for lymph formation and manual lymph drainage. Much more important for manual lymph drainage are the conditions associated with increased production of net ultrafiltrate per unit of time.

The net ultrafiltrate increases when: ▪

For physiotherapists and massage therapists the most significant pathological changes are those associated with an increase in net ultrafiltrate produced per unit of time. This occurs in the following circumstances:

The effective ultrafiltration pressure (CBP – IP) increases.

The effective reabsorption pressure (COPpag – COPI) decreases.

The effective ultrafiltration pressure (CBP – IP) increases and simultaneously the effective reabsorption pressure (COPpag – COPI) decreases.

The effective ultrafiltration pressure (CBP – IP) increases when:

CBP increases and IP decreases at the same time

The effective reabsorption pressure decreases when:

COPpag decreases and COPI increases at the same time

Corresponding conditions for the increase of net ultrafiltration are the following:

CBP increases in the case of a venous obstruction (passive hyperemia Fig. 2.6 ) and with active hyperemia, additionally brought about by an acute inflammation and with intense heating of the body through hydrocollator packs or strong massage strokes.

IP decreases with cachexia (wasting) and with acute inflammation.

COPpag is lowered with high plasma protein loss through the urine, for example, with some kidney diseases, or through the stool with so-called protein-losing enteropathy. The COPpag also decreases with insufficient plasma protein formation, for example, with certain diseases of the liver.

COPI increases with diseases of the lymphatic system, as well as with a pathological increase in the permeability of the terminal vessels to plasma proteins, for example, with acute inflammation (see section 2.2 ).

It should be noted that the CBP, IP, COPpag and COPI están pressures net ultrafiltrate, on the other hand, is a volume per unit of time (e.g., ml/min). The translation of pressure to volume per unit of time is calculated by multiplication with the so-called capillary filtration coefficients. This means that, besides the previously cited factors, an increase in the capillary filtration coefficients also leads to an increase in the net ultrafiltrate. This is the case, for example, with acute inflammation.

Acute inflammation causes increases in the capillary filtration coefficient, CBP, and permeability of the blood capillaries and postcapillary venules to protein molecules. The COP in the interstitial fluid increases, and the IP decreases. As a consequence, net ultrafiltrate formed per unit of time increases.

Preguntas de práctica

What does colloidal osmotic pressure mean?

How does capillary blood pressure (CBP) influence ultrafiltration?

Which pressure forces are decisive for reabsorption?

Why is water normally ultrafiltered in the arterial branch and reabsorbed in the venous branch?

What does net ultrafiltrate mean?

What causes the increase in effective ultrafiltration pressure (EUP)?

What processes lead to the lowering of effective reabsorption pressure (ERP)?


Part 3: Osmosis and the Cell Membrane

Osmosis is the movement of water across a semipermeable membrane (such as the cell membrane). The tonicity of a solution involves comparing the concentration of a cell’s cytoplasm to the concentration of its environment. Ultimately, the tonicity of a solution can be determined by examining the effect a solution has on a cell within the solution.

By definition, a hypertonic solution is one that causes a cell to shrink. Though it certainly is more complex than this, for our purposes in this class, we can assume that a hypertonic solution is more concentrated with solutes than the cytoplasm. This will cause water from the cytoplasm to leave the cell, causing the cell to shrink. If a cell shrinks when placed in a solution, then the solution is hipertónico to the cell.

If a solution is hypotonic to a cell, then the cell will swell when placed in the hypotonic solution. In this case, you can imagine that the solution is less concentrated than the cell’s cytoplasm, causing water from the solution to flow dentro the cell. The cell swells!

Finally, an isotonic solution is one that causes no change in the cell. You can imagine that the solution and the cell have equal concentrations, so there is no net movement of water molecules into or out of the cell.

In this exercise, you will observe osmosis by exposing a plant cell to salt water.

Prediction

What do you think will happen to the cell in this environment? Draw a picture of your hypothesis.

Materiales

Procedimiento

  1. Remove a leaf from an Elodea plant using the forceps.
  2. Make a wet mount of the leaf. Use the pond water to make your wet mount.
  3. Observe the Elodea cells under the compound microscope at high power (400 X) and draw a typical cell below.
  4. Next, add several drops of 5% salt solution to the edge of the coverslip to allow the salt to diffuse under the coverslip. Observe what happens to the cells (this may require you to search around along the edges of the leaf). Look for cells that have been visibly altered.

Resultados

Draw a typical cell in both pond and salt water and label the cell membrane and the cell wall.

Preguntas de laboratorio

  1. What do you see occurring to the cell membrane when the cell was exposed to salt water? ¿Por qué pasó esto?
  2. Describe the terms hypertonic, hypotonic and isotonic.
  3. How would your observations change if NaCl could easily pass through the cell membrane and into the cell?


Ver el vídeo: Biological membranes eii Osmosis practical (Agosto 2022).