Diffusione e osmosi

La diffusione e l'osmosi sono concetti importanti che spiegano come l'acqua e gli altri materiali di cui le cellule hanno bisogno vengono trasportati attraverso le membrane cellulari.

Parliamo prima della diffusione. È definito come il movimento netto di particelle da un'area ad alta concentrazione a un'area a bassa concentrazione. La variazione graduata della concentrazione tra le due aree è indicata come gradiente di concentrazione. Sebbene la diffusione sia direzionale netta, le particelle si muovono costantemente in entrambe le direzioni a causa del movimento casuale, quindi anche all'equilibrio, quando la densità delle particelle è la stessa in tutto il gradiente di concentrazione, le particelle continuano a muoversi in entrambe le direzioni a un tasso di scambio costante.

Allo stesso modo, l'acqua si muove attraverso le membrane cellulari per diffusione in un processo chiamato osmosi, ma non tutto può passare liberamente attraverso le membrane cellulari, motivo per cui vengono definite semipermeabili. Questo è importante, perché significa che le cellule possono regolare e mantenere diverse concentrazioni di soluti all'interno rispetto all'esterno delle loro membrane. A seconda delle concentrazioni relative di soluti di soluzioni separate da membrane semipermeabili, ci riferiamo ad esse come ipotoniche, isotoniche o ipertoniche. Ipotonico è quando la concentrazione di soluto è maggiore all'interno della cellula rispetto all'esterno. Isotonico è quando la concentrazione interna di soluto è uguale alla concentrazione esterna. Ipertonico è quando la concentrazione esterna di soluto supera la concentrazione interna di soluto. Ciò può influenzare il movimento dell'acqua dentro e fuori la cellula mentre l'acqua si sposta verso l'area di maggiore concentrazione di soluto. A sua volta, questo può influenzare le forme delle cellule causando gonfiore cellulare in soluzioni ipotoniche, nessun cambiamento di forma nelle soluzioni isotoniche e la cellula si raggrinzisce in presenza di soluzioni ipertoniche.

La capacità dell'acqua di entrare nelle cellule è diversa tra le cellule vegetali e quelle animali a causa della presenza di una parete cellulare vegetale aggiuntiva. Le pareti cellulari sono rigide e permeabili solo a piccole molecole. Quando l'acqua si sposta nelle cellule vegetali, la membrana viene spinta contro la parete cellulare creando pressione idrostatica o di turgore. Questa pressione limita la quantità e la velocità con cui l'acqua può entrare nella cella.

La diffusione è anche un importante fattore limitante per le dimensioni delle cellule e aiuta a spiegare perché gli organismi unicellulari sono generalmente molto piccoli. Gli organismi pluricellulari sono costituiti da molte piccole cellule che danno un maggiore rapporto tra superficie totale e volume e aumentano la velocità di diffusione. Molti aspetti della nostra fisiologia, come la respirazione e la digestione, si basano sulla diffusione. Ad esempio, i polmoni umani hanno molti piccoli alveoli che sono come piccole tasche. Questa superficie extra rende il polmone più efficiente nella diffusione dei gas dentro e fuori dal flusso sanguigno.

In questo laboratorio, utilizzerai due modelli cellulari, il cubo di agar e il tubo per dialisi per testare i principi di diffusione e osmosi.