Difusión y ósmosis: Laboratorio de biología

Difusión y Osmosis

¿Alguna vez ha viajado en un ascensor lleno de gente? Cuando se abren las puertas, todos salen apresuradamente del automóvil, ansiosos por alejarse lo más rápido posible. Cuando las moléculas están confinadas en un área pequeña y se les da una forma de alejarse unas de otras, lo hacen. No porque estén calientes y molestos, sino por la difusión.

La difusión es el movimiento de moléculas desde un área de alta concentración a baja concentración debido a la energía cinética molecular; es decir, el movimiento interminable y aleatorio de moléculas. La ósmosis es un tipo de difusión especializado: la difusión de agua. Tanto en la difusión como en la ósmosis, los materiales descienden por un gradiente de concentración , la diferencia en el número de moléculas entre dos áreas. Puede pensar en un gradiente de concentración como una colina, donde la cima de la colina es un área de alta concentración, la parte inferior de la colina como un área de baja concentración y el ángulo de la colina es el gradiente de concentración. Cuanto más empinada es la colina, más rápido ruedan los objetos por ella; cuanto más pronunciado es el gradiente de concentración, más rápido se mueven las moléculas de alta a baja concentración.

La difusión y la ósmosis se ven directamente afectadas por la relación entre el volumen de una célula y su superficie. Un aumento en esta relación significa un aumento en la tasa de difusión. ¿Por qué? Usemos cubos para representar celdas. Un cubo más pequeño tendrá una mayor proporción de área de superficie a volumen que un cubo más grande. Esto significa que una mayor parte del interior de la célula está expuesta a moléculas fuera de la célula. Lo contrario es cierto en las células más grandes: menos del interior de la célula está cerca del entorno de la célula. Estas diferencias significan que se produce una difusión mayor y más rápida en células más pequeñas que en células más grandes.

Permeabilidad diferencial

La difusión y la ósmosis son importantes para ayudar a las células a crear homeostasis, un entorno interno estable, dentro de la membrana celular. Existen varios tipos de difusión. La difusión simple se define como el movimiento de moléculas a través de una membrana mediante un gradiente de concentración, mientras que la difusión facilitada ocurre si las moléculas atraviesan la membrana a través de un canal de proteína o un portador. El transporte activo ocurre cuando las moléculas se empujan contra el gradiente de concentración. Esto requiere energía. Estos diferentes tipos de difusión hacen que las membranas celulares sean selectivamente permeables, lo que significa que la membrana celular ayuda a controlar qué materiales entran y salen de la célula.

Podemos demostrar la permeabilidad selectiva mediante la creación de células modelo utilizando tubos de diálisis, un material utilizado en los hospitales para imitar la función renal en pacientes que tienen enfermedad renal. El tubo de diálisis es selectivamente permeable a las moléculas orgánicas comunes según el tamaño. Las moléculas (como la glucosa y el agua) y los iones (como el sodio) pasan fácilmente, mientras que las moléculas grandes (como la sacarosa) no lo hacen. Veamos qué sucede cuando creamos células artificiales hechas de tubos de diálisis.

Crearemos cuatro condiciones. La condición uno será nuestra condición de control, ya que es agua tanto dentro como fuera de la celda. La condición dos será nuestra primera condición experimental, con una solución de sacarosa un molar dentro de la celda y agua destilada fuera de la celda. La condición tres será otra condición experimental, con una solución de sacarosa cinco molar dentro de la celda y agua destilada fuera de la celda. La condición cuatro utilizará las mismas soluciones que en la condición tres. Esta vez, sin embargo, colocaremos el agua destilada dentro de la celda y la solución de sacarosa fuera de la celda. Esta condición proporcionará evidencia de lo que sucede cuando las soluciones se invierten y nos asegura que cualquier movimiento de soluciones debido a la ósmosis puede ocurrir en cualquier dirección.

Si observamos las células al comienzo del experimento y las pesamos al cabo de una hora, ¿qué esperaría ver? El agua se moverá de un área de alta concentración a una baja concentración, pero la sacarosa no se moverá porque la membrana de la célula artificial es selectivamente permeable. Además, cuanto mayor sea el gradiente de concentración entre el vaso y la celda, mayor será la tasa de ósmosis. A esto se le llama potencial hídrico.

Tonicidad y potencial hídrico

El citoplasma de una célula está compuesto principalmente de agua, por lo que nos referimos al contenido de una célula como acuoso. Las partículas sólidas, como las moléculas orgánicas y las sales dentro de la célula, son solutos. Cuando el agua se mueve durante la ósmosis en una célula, usamos un conjunto especial de términos para aclarar en qué dirección se mueve. Estos términos generalmente se refieren a la probabilidad de que el agua se mueva de un área a otra, llamado potencial hídrico , representado por la letra griega Psi . Como se indicó al comienzo de la lección, una alta concentración de moléculas de agua en un área significa un alto potencial hídrico.

Una alta concentración de moléculas de agua en un lado de una membrana significa que hay menos espacio en ese lado de la membrana para el soluto. El lado de la membrana con una cantidad baja de soluto se llama hipotónico. Recuerde que “hipo” significa “debajo” o “debajo”, como una aguja hipodérmica que pasa por debajo de la piel. Si hay menos moléculas de agua y más moléculas de soluto en un lado de una membrana, entonces la condición se llama hipertónica. Recuerde que “hiperactivo” significa “alto” o “superior”, como la forma en que una persona puede volverse hiperactiva si consume demasiada cafeína o azúcar.

Si la concentración de agua y solutos son iguales en ambos lados de la membrana, decimos que es una condición isotónica. ‘Iso’ significa ‘igual’, como en un triángulo isósceles, con tres lados iguales. El agua siempre se mueve de un área de mayor potencial a un menor potencial, por lo que pasa de una condición hipotónica donde hay menos soluto a una condición hipertónica donde hay más soluto.

Colocar una célula animal en líquidos que tienen concentraciones de soluto lo suficientemente diferentes como para abrumar la capacidad de una célula para mantener la homeostasis puede hacer que la célula se encoja en una solución hipertónica o estalle en una solución hipotónica. Las células vegetales y algunas fúngicas tienen paredes celulares que ayudan a evitar que sus células pierdan forma en una solución hipertónica y revienten en una solución hipotónica. La presión de turgencia se define como la presión del agua dentro de la celda contra una pared celular.

Resumen de la lección

¡Revisemos! La difusión es el movimiento de moléculas desde un área de alta concentración a una baja concentración. La ósmosis es un tipo de difusión especializado: la difusión de agua. Tanto en la difusión como en la ósmosis, los materiales descienden por un gradiente de concentración , la diferencia en el número de moléculas entre dos áreas: cuanto más pronunciado es el gradiente de concentración, más rápida es la velocidad de difusión. La probabilidad de que el agua se mueva de un área a otra por un gradiente de concentración se llama potencial hídrico . Una alta concentración de moléculas de agua en un área significa un alto potencial hídrico.

Los diferentes tipos de difusión hacen que las membranas celulares sean selectivamente permeables, lo que significa que la membrana celular ayuda a controlar qué materiales entran y salen de la célula. La permeabilidad selectiva ayuda a la célula a mantener la homeostasis, un entorno interno estable.

La difusión y la ósmosis se ven afectadas por la relación entre el volumen de una célula y su superficie. Un aumento en esta relación significa un aumento en la tasa de difusión. Esto se debe a que una mayor parte del interior de la celda está expuesta al medio ambiente.

El entorno de una célula se puede etiquetar en términos de la cantidad de soluto y agua presentes. Una cantidad baja de soluto se llama hipotónica, mientras que menos moléculas de agua y más moléculas de soluto crean una condición hipertónica. Si la concentración de agua y solutos son iguales en ambos lados de la membrana, la célula está en condición isotónica.

Colocar una célula animal en líquidos que tienen concentraciones de soluto lo suficientemente diferentes como para abrumar la capacidad de la célula para mantener la homeostasis puede hacer que la célula se encoja en una solución hipertónica o estalle en una solución hipotónica. Las células vegetales y algunas fúngicas tienen paredes celulares que ayudan a evitar que sus células pierdan forma en una solución hipertónica y revienten en una solución hipotónica. La presión de turgencia se define como la presión del agua dentro de la celda contra una pared celular.

Los resultados del aprendizaje

Evalúe su preparación para hacer lo siguiente cuando termine la lección:

• Escribe las definiciones de difusión, ósmosis, gradiente de concentración y potencial hídrico.
• Relacionar la función de la permeabilidad selectiva en la membrana celular.
• Darse cuenta del impacto de la relación entre el volumen celular y el área de superficie en la difusión y la ósmosis
• Caracterizar hipotónico, hipertónico e isotónico y comprender lo que puede suceder cuando las células se colocan en líquido con diferentes concentraciones de solutos.