Difusión y ósmosis

La difusión y la ósmosis son conceptos importantes que explican cómo el agua y otros materiales que necesitan las células se transportan a través de las membranas celulares.

Hablemos primero de la difusión. Se define como el movimiento neto de partículas desde un área de alta concentración a un área de menor concentración. El cambio gradual en la concentración entre las dos áreas se denomina gradiente de concentración. Aunque la difusión es direccional neta, las partículas se mueven constantemente en ambas direcciones debido al movimiento aleatorio, por lo que incluso en equilibrio, cuando la densidad de partículas es la misma en todo el gradiente de concentración, las partículas continúan moviéndose en ambas direcciones a una tasa de cambio constante.

Del mismo modo, el agua se mueve a través de las membranas celulares por difusión en un proceso llamado ósmosis, pero no todo puede pasar libremente a través de las membranas celulares, por lo que se las denomina semipermeables. Esto es importante, porque significa que las células pueden regular y mantener diferentes concentraciones de solutos dentro y fuera de sus membranas. Dependiendo de las concentraciones relativas de soluto de las soluciones separadas por membranas semipermeables, nos referimos a ellas como hipotónicas, isotónicas o hipertónicas. Hipotónica es cuando la concentración de soluto es mayor dentro de la célula en comparación con el exterior. Isotónico es cuando la concentración de soluto en el interior es igual a la concentración en el exterior. Hipertónico es cuando la concentración de soluto exterior supera la concentración de soluto interior. Esto puede afectar el movimiento del agua dentro y fuera de la célula a medida que el agua se mueve hacia el área de mayor concentración de soluto. A su vez, esto puede afectar a las formas de las células causando hinchazón celular en soluciones hipotónicas, no hay cambios de forma en soluciones isotónicas y la célula se marchita en presencia de soluciones hipertónicas.

La capacidad del agua para entrar en las células es diferente entre las células vegetales y las animales debido a la presencia de la pared celular vegetal adicional. Las paredes celulares son rígidas y solo permeables a moléculas pequeñas. Cuando el agua entra en las células vegetales, la membrana es empujada contra la pared celular, creando presión hidrostática o de turgencia. Esta presión limita la cantidad y la velocidad a la que el agua puede entrar en la celda.

La difusión también es un factor limitante importante para el tamaño de las células y ayuda a explicar por qué los organismos unicelulares son generalmente muy pequeños. Los organismos multicelulares están formados por muchas células pequeñas, lo que proporciona una mayor relación entre la superficie total y el volumen y aumenta las tasas de difusión. Muchos aspectos de nuestra fisiología, como la respiración y la digestión, dependen de la difusión. Por ejemplo, los pulmones humanos tienen muchos alvéolos pequeños que son como pequeñas bolsas. Esta superficie adicional hace que el pulmón sea más eficiente en la difusión de gases dentro y fuera del torrente sanguíneo.

En este laboratorio, utilizará dos modelos de células, un cubo de agar y un tubo de diálisis para probar los principios de difusión y ósmosis.