Como ya habrás leido en la explicación sobre la difusión, esta es el proceso por el cual partículas o moléculas en disolución se distribuyen, a través del disolvente, hasta alcanzar una concentracion uniforme. Pero, ¿qué pasa si dividimos una disolución no uniforme con una membrana semipermeable; es decir, una barrera que solo permite el paso del disolvente y no del soluto? A continuación damos respuesta a esta pregunta, explicando el proceso de ósmosis.
Definición de ósmosis
La ósmosis es simplemente una forma de difusión pasiva, que ocurre entre dos disoluciones separadas por una membrana semipermeable. Puesto que la membrana semipermeable no permite el paso del soluto, pero sí del disolvente, el disolvente se desplaza a través de la membrana a favor de gradiente. Pasa de la solución de menor concentración a la de mayor concentracion, hasta igualar las concentraciones en ambas soluciones. Al tratarse de un proceso pasivo, no se necesita energía.
La ósmosis es un fenómeno de difusión pasiva, en el que se genera un flujo de disolvente a favor de gradiente entre dos soluciones de concentraciones distintas, separadas por una membrana semipermeable, hasta igualar la concentración en ambas.
La presión osmótica es la que se debe ejercer para contrarestar el movimiento (flujo) del disolvente, a través de una membrana semipermeable, entre dos soluciones con distinta concentración.
Tipos de ósmosis
Existen dos tipos de ósmosis, según sus requerimientos energéticos: La osmosis directa y la ósmosis inversa.
Ósmosis directa
La ósmosis directa es un proceso pasivo. El disolvente se desplaza, sin consumo de energía, desde la solución de menor concentración a la de mayor concentración, a través de una membrana semipermeable, hasta igualar la concentración en ambas soluciones.
Ósmosis inversa
La ósmosis inversa es un proceso activo, en el que se revierte el proceso de ósmosis directa. Por tanto, el disolvente se desplaza desde la solución de mayor concentración a la de menor concentración, a través de una membrana semipermeable, creando una solución de muy baja concentración y otra de muy alta concentración. En la ósmosis inversa se necesita aplicar una fuerza equivalente o superior a la presión osmótica, lo cual requiere energía.
La ósmosis inversa tiene diversas aplicaciones industriales. Algunas de las más conocidas son el tratamiento de aguas residuales o la desalinización del agua salada.
¿Qué es el potencial hídrico?
El potencial hídrico es una medida de la energía potencial de las moléculas de agua. Otra forma de describirlo es la tendencia de las moléculas de agua a salir de una solución.
La unidad más utilizada para describir el potencial hídrico es el kPa (Ψ). El valor del potencial hídrico está determinado por los solutos disueltos en la solución. El agua pura no contiene solutos; por lo tanto, el agua pura tiene un potencial hídrico de 0 kPa, que es el valor más alto que puede tener una solución. El potencial hídrico se vuelve más negativo a medida que se disuelven más solutos en la solución.
La ósmosis en las células vegetales
Las células vegetales contienen paredes celulares rígidas hechas de celulosa. Esta estructura ayuda a mantener una característica llamada turgencia. La turgencia es muy importante para estabilizar el tejido vegetal y evitar que se marchite. La turgencia sólo se consigue cuando las células vegetales se encuentran en una solución hipotónica, lo que permite que agua se difunda dentro de la célula por ósmosis. Cuando las moléculas de agua entran en la célula, ejercen presión contra la membrana celular, que se ve obligada a presionar la pared celular y, así, generar turgencia celular.
Sin embargo, cuando las células vegetales se encuentran en una solución hipertónica el agua sale de la célula por ósmosis, lo que hace que el citoplasma se aleje de la pared celular. En ciertas ocasiones se puede producir la plamólisis, si la membrana celular se desprende de la pared celular.
Cuando las células vegetales se encuentran en una solución isotónica, no hay movimiento neto de moléculas de agua. Como resultado de la ósmosis, las células vegetales funcionan mejor en entornos hipotónicos debido, a que sus células ganan turgencia.
Ejemplo de osmoregulación: células o pelos radiculares de las plantas
La captación de agua en los pelos radiculares de las raíces de las plantas se basa en la ósmosis. El citoplasma y la vacuola de estas células contienen muchos solutos disueltos, lo que significa que tienen un potencial hídrico inferior al del suelo. Debido a este gradiente de potencial hídrico, las moléculas de agua se mueven hacia el interior de la raiz de la planta desde el suelo. Este gradiente de potencial hídrico se mantiene a medida que el agua se desplaza hacia las células vecinas a favor de un gradiente de potencial hídrico.
La ósmosis en las células animales
A diferencia de las células vegetales, las células animales no tienen una pared celular. Por tanto, las células sufren citólisis cuando se encuentran en una solución hipotónica.
La citólisis es el proceso por el que las moléculas de agua entran en la célula por ósmosis y provocan la ruptura de la membrana celular, debido a la elevada presión hidrostática.
Por otro lado, las células animales que se encuentran en una solución hipertónica se deshidratan en un proceso denominado crenación. En este estado la célula se encoge y aparece arrugada, debido a que la falta de agua en su interior.
Cuando las células animales se encuentran en una solución isotónica, no hay movimiento neto de moléculas de agua. Esta es la condición más ideal para las células animales.
Ejemplo de osmoregulación: Reabsorción de agua en las nefronas
Los humanos somos capaces de regular la cantidad de agua excretada por los riñones. Gracias al fenómeno de ósmosis, podemos reabsorber parte del agua excretada incialmente. La reabsorción de agua tiene lugar en las nefronas, que son estructuras diminutas en los riñones. En el túbulo contorneado proximal —que es una estructura dentro de las nefronas— se bombean activamente minerales, iones y solutos, lo que significa que el interior del túbulo tiene un potencial hídrico mayor que el del líquido tisular. Esto hace que el agua se mueva hacia el líquido tisular, a favor de un gradiente de potencial hídrico. En la rama descendente —otra estructura tubular de las nefronas— el potencial hídrico sigue siendo superior al del líquido tisular. De nuevo, esto hace que el agua se mueva hacia el líquido tisular.
¿Qué factores afectan a la velocidad de la ósmosis?
Al igual que la velocidad de difusión, la velocidad de ósmosis puede verse afectada por varios factores, entre los que se incluyen:
Cuanto mayor sea el gradiente de potencial hídrico, más rápida será la velocidad de ósmosis. Por ejemplo, la velocidad de ósmosis es mayor entre dos soluciones con potenciales de -50kPa y -10kPa, en comparación con soluciones con potenciales de -15kPa y -10kPa.
Cuanto mayor sea la superficie, más rápida será la velocidad de ósmosis. Esto lo proporciona una gran membrana semipermeable, ya que es la estructura por la que se mueven las moléculas de agua.
Cuanto mayor sea la temperatura, más rápida será la velocidad de ósmosis. Esto se debe a que las temperaturas más altas proporcionan a las moléculas de agua una mayor energía cinética, la cual les permite moverse más rápido.
Las acuaporinas son proteínas transmembrana de canal que son selectivas para las moléculas de agua.
Cuanto mayor sea el número de acuaporinas que se encuentren en la membrana celular, más rápida será la velocidad de difusión de ósmosis. Las acuaporinas y su función se explican con más detalle en la siguiente sección.
Acuaporinas
Las acuaporinas son proteínas transmembrana de canal que se encuentran a lo largo de la membrana celular. Son altamente selectivas para las moléculas de agua y, por tanto, permiten el paso de moléculas de agua a través de la membrana celular sin necesidad de energía. Aunque las moléculas de agua pueden moverse libremente a través de la membrana celular por sí mismas,debido a su pequeño tamaño y polaridad, las acuaporinas están diseñadas para facilitar la ósmosis rápida.
Esto es muy importante, ya que la ósmosis que tiene lugar sin acuaporinas es demasiado lenta. Por tanto, su función principal es aumentar la velocidad de la ósmosis.
Las células que recubren los tubos colectores de los riñones contienen muchas acuaporinas en sus membranas celulares. Su función es acelerar la tasa de reabsorción de agua en la sangre.
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