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1.3.2.4. Difusión, ósmosis y diálisis

Difusión, ósmosis y diálisis

Según cómo es el movimiento de las partículas de soluto en el seno del disolvente, distinguimos tres tipos de fenómenos:

Difusión

En la difusión, las partículas de soluto tienden a disolverse homogéneamente en el disolvente, el agua.

Si colocamos dos disoluciones de diferente concentración, que están separadas por una membrana permeable, pasará por difusión el soluto y el disolvente, a favor del gradiente de concentración, desde donde hay más hacia donde hay menos concentración, hasta que se igualen las concentraciones de las dos disoluciones.

La difusión es una forma frecuente de transporte de sustancias a través de la membrana celular.

Difusión
Dominio público, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=67826

Diálisis

La diálisis es el proceso de separación de las partículas coloidales, en función de su tamaño, a través de una membrana dializadora. Esta membrana permite el paso de moléculas de pequeño tamaño (sales minerales, iones) y de agua e impide el de las macromoléculas o partículas coloidales.

Cuando la membrana que separa dos disoluciones deja pasar, además de agua, los solutos de menor tamaño, se produce el fenómeno denominado diálisis. Las moléculas de bajo peso molecular pasan desde la disolución en la que se encuentran en mayor concentración hacia la disolución en la que se encuentran en menos concentración.

Diálisis

Potcherboy de Wikipedia en inglés [CC BY 3.0], undefined

La hemodiálisis es el tratamiento que se emplea para limpiar la sangre en casos de insuficiencia renal crónica mediante el uso de un filtro o hemodializador y un líquido de diálisis generado por un riñón artificial. A través de las membranas utilizadas pasan las moléculas pequeñas de la sangre al líquido de diálisis. Así, se elimina el agua, urea, sales minerales, ... que no pueden ser filtrados por el riñón de un modo natural.

Membrana semipermeable By Freemesm (Own work) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

Ósmosis

La ósmosis es un fenómeno en el que se produce el movimiento de agua (disolvente) desde una disolución de concentración menor (hipotónica) a otra de concentración mayor (hipertónica) cuando ambas están separadas por una membrana semipermeable (que deja pasar el agua, pero no los solutos disueltos en ella), hasta que las dos disoluciones alcanzan la misma concentración (isotónicas).

Ósmosis

By OpenStax [CC BY 4.0], via Wikimedia Commons

El agua se desplaza por la diferencia de presión osmótica que hay entre una disolución concentrada (mayor) que atrae al disolvente desde una disolución más diluida (menor presión osmótica). La presión osmótica es directamente proporcional a la concentración de la disolución.

Las membranas celulares pueden considerarse semipermeables. Si comparamos dos disoluciones, éstas pueden ser entre sí isotónicas si poseen la misma concentración o anisotónicas si las concentraciones son diferentes, una es hipotónica y otra hipertónica.

El agua pasará de los medios hipotónicos a los hipertónicos, ejerciendo una presión sobre la membrana llamada presión osmótica.

Cuando se introduce una célula en un medio hipotónico entrará agua a su interior y la célula reventará. Por el contrario, si se introduce en un medio hipertónico la célula perderá agua, se arrugará y deshidratará. Es evidente que estas situaciones no son compatibles con la vida, por lo que la homeostasis de la presión osmótica, la osmorregulación, es otro factor vital para el mantenimiento de la vida.

A lo largo de la evolución, los seres vivos se han adaptado desarrollando estrategias para evitar catástrofes osmóticas. Las células vegetales, las moneras, hongos y muchos protoctistas han desarrollado una pared celular rígida, con resistencia suficiente para resistir la presión osmótica y evitar que la célula explote al encontrarse en medios hipotónicos. Por la tanto, la célula sólo se hincha alcanzando un estado que se denomina turgencia. La rigidez mecánica de las plantas se debe a la turgencia.

Cuando una célula vegetal se introduce en un medio hipertónico, como por ejemplo, el agua del mar, pierden agua y la membrana celular que estaba pegada a la pared celular se contrae pero algunos fragmentos quedan adheridos a la pared celular, fracturándose la célula. Si la concentración salina es menor en el interior de la célula que el medio extracelular, ésta pierde agua y muere, fenómeno conocido como plasmólisis. Ésta es la causa de que las células de la raíz de una planta pierdan agua y, por tanto, el vegetal muera si lo plantamos en un medio muy salino.

Por el contrario, las células animales en un medio hipotónico explotan irremisiblemente al no tener pared celular, fenómeno que recibe el nombre de citolisis (hemolisis, en el caso de células sanguíneas). Si el medio es hipertónico, las células pierden agua, se deshidratan y mueren (crenación).

Por este motivo, no se puede introducir en la sangre directamente agua destilada, pues se ocasionaría la turgencia de los glóbulos rojos y la posterior rotura de la membrana y, por tanto, su destrucción.

A modo de resumen, repasamos estos conceptos:

Ósmosis en una célula vegetal

  • En un medio hipertónico, la célula pierde agua y el volumen de la vacuola disminuye, produciendo que la membrana plasmática se despegue de la pared celular, ocurriendo la plasmólisis.
  • En un medio isotónico, existe un equilibrio dinámico.
  • En un medio hipotónico, la célula toma agua y sus vacuolas se llenan aumentando la presión de turgencia, dando lugar a la turgencia.

Ósmosis en una célula animal

  • En un medio hipertónico, la célula pierde agua, se arruga llegando a deshidratarse y se muere, esto se llama crenación.
  • En un medio isotónico, hay un equilibrio dinámico es decir, el paso constante de agua.
  • En un medio hipotónico, la célula absorbe agua hinchándose y hasta el punto en que puede estallar dando origen a la citólisis.

Animación: Ósmosis.

Animación: Hemolysis and crenation.

Cuestión de reflexión

¿Cuál es la razón de que se conserven y no se descompongan alimentos como la carne y el pescado, fuera del frigorífico, si están cubiertos de sal?

Cuestión de reflexión

Andalucía, Junio de 2015, opción B, cuestión 4

En suelos con elevadas concentraciones de sales tan solo pueden crecer plantas que absorben y contienen concentraciones de sales en el interior de sus células mayores que las del suelo. Justifique la necesidad de mantener una elevada concentración salina intracelular teniendo en cuenta los requerimientos de agua de las plantas [1].

Preguntas que han salido en exámenes de acceso a la Universidad (Selectividad, EBAU, EvAU)

Aragón. Septiembre  de 2015, opción A, cuestión 2.

En la gráfica adjunta se representa la variación del volumen de una célula en función del tiempo. La célula fue colocada inicialmente en un medio con alta concentración de sales y a los 10 minutos fue transferida a un medio con agua destilada. Proponga una explicación razonada a los cambios de volumen que sufre la célula a lo largo del tiempo. Nombra 4 funciones de las sales minerales.

Aragón. Septiembre de 2014, opción B, cuestión 2.

Un tejido animal o vegetal se introduce en soluciones de diferentes concentraciones osmóticas: (1 punto)

a) ¿Qué ocurriría si la solución utilizada fuera hipotónica? Razone la respuesta. (0,35 puntos)

b) ¿Y si la solución utilizada fuera hipertónica? Razone la respuesta. (0,35 puntos)

c) Explique con qué propiedad de la membrana plasmática están relacionadas las respuestas de los apartados anteriores. (0,3 puntos)

Aragón.Septiembre de 2013, opción B, Cuestión 4.

Razone por qué no es conveniente introducir un pez marino en agua dulce. ¿Cómo se denominan los fenómenos que sufrirían sus células? (1 punto)

Aragón. Junio de 2008, opción A. Cuestión 4.- (1 punto).

a) ¿Qué le ocurriría a un glóbulo rojo si lo ponemos en una solución hipotónica? razone la respuesta. (0,5 puntos)

Andalucía, Septiembre de 2018, suplente, opción B, cuestión 1.

a) Diferencie entre los procesos de difusión y ósmosis [0,8].

b) Explique el comportamiento de la célula en función de la concentración del medio donde se encuentre [1,2].

Canarias, Julio de 2018, opción B, cuestión 1.

La ósmosis es un fenómeno presente en multitud de procesos celulares, desde la absorción de sales y nutrientes hasta la captación de agua. Las células han aprendido a usar los procesos osmóticos para múltiples intereses.

a. ¿Qué hay que interponer entre dos soluciones de diferente concentración salina para que se establezca un fenómeno de ósmosis?

b. ¿Qué es una solución isotónica, con respecto al interior de una célula?

c. ¿Qué es la plasmólisis?

d. Citar otra molécula, aparte del agua, que pueda desplazarse libremente a través de las membranas celulares

Canarias, Julio de 2019, opción B, cuestión 1.

Un estudio sostiene que el agua pudo llegar a nuestro planeta dentro de meteoritos que cayeron a la superficie hace unos 3.800 millones de años (Fuente atresmedia.com)

a) ¿Qué es la ósmosis?

b) ¿Qué es una solución isotónica?

c) ¿Qué efectos osmóticos se producen cuando una célula animal se enfrenta con soluciones hipertónicas?

d) ¿Qué efectos osmóticos se producen cuando una célula vegetal se enfrenta con soluciones hipertónicas?

Madrid, Julio de 2019, opción B, cuestión 2

En relación con las membranas celulares:

a) Describa el funcionamiento de la bomba de sodio / potasio. Explique por qué necesita energía para su funcionamiento (1 punto).
b) ¿Qué ocurriría si introducimos una célula vegetal en una solución hipertónica? ¿Y en una hipotónica? ¿Qué fenómeno se observa en cada caso? (1 punto).

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