OSMOSIS

La ósmosis es un fenómeno físico relacionado con el movimiento de un solvente a través de una membrana semipermeable de una solución de menor concentración de soluto a otra de mayor concentración de soluto. Tal comportamiento supone una difusión simple a través de la membrana, sin gasto de energía. La ósmosis del agua es un fenómeno biológico importante para el metabolismo celular de los seres vivos.

Se denomina membrana semipermeable a la que contiene poros, al igual que cualquier filtro, de tamaño molecular. El tamaño de los poros es tan minúsculo que deja pasar las moléculas pequeñas pero no las grandes, normalmente del tamaño de micrometros. Por ejemplo, deja pasar las moléculas de agua (solvente), que son pequeñas, pero no las de azúcar (soluto), que son mas grandes.

Los fenómenos osmóticos en nuestro organismo son consecuencia de la existencia de membranas celulares las cuales son semipermeables, es decir, que no dejan pasar el soluto pero si el solvente. Al encontrarse dos soluciones de diferente concentración de soluto separadas por una membrana semipermeable, pasa mayor cantidad de solvente desde la mas diluida (hipotónica) a la mas concentrada (hipertónica), de modo que va aumentando la cantidad de solvente en el lado de la mas concentrada y disminuyendo por consiguiente en el lado de la mas diluida.

Existen tres tipos de soluciones dependiendo de la cantidad de soluto que contienen con respecto a otra solución o al de la célula,estas soluciones son:

Solución hipotónica: aquella que contiene menor cantidad de soluto que la célula.
Solución hipertónica: aquella que contiene la misma mayor cantidad de soluto que la célula.
Solución isotónica: aquella que contiene la misma cantidad de soluto que la célula.

Los seres vivos han desarrollado mecanismos para defenderse de las alteraciones que pueden producir los fenómenos osmóticos en sus células. En los seres unicelulares y en las plantas existe una pared celular que impide la ruptura de la célula en un medio hipotónico y, una vacuola que variando la cantidad de líquido en ella la defiende cuando se halla en un medio hipertónico. En los animales, los cuales tienen membranas celulares las cuales no son tan resistentes como las paredes celulares, se llevan a cabo otros procedimientos los cuales aseguran que sus células estén bañadas siempre por líquidos con la misma concentración que el citoplasma (isotónicos), regulando la concentración de sales en el medio interno mediante los órganos de la excreción.

Cuando el medio posee mayor cantidad de sales que la célula, se afirma que este es hipertónico con respecto a la célula. En estas condiciones, el agua tiende a salir de la célula, tratando de equilibrar la concentración de sales a ambos lados de la membrana. Entonces, la célula se encoge o arruga, disminuyendo su volumen, fenómeno que se conoce como plasmólisis. Cuando el medio posee menor cantidad de sales que la célula, este eshipotónico con respecto a la célula, en este caso, el agua se difunde desde la solución al interior de la célula, el volumen de la célula iría aumentando y podría llegar a explotar (lisis en células animales), en las células vegetales la pared celular es mas fuerte, por lo tanto no llega a romperse, pero la célula se torna turgente (se hincha).
Al suceder la ósmosis, se crea una diferencia de presión en ambos lados de la membrana semipermeable: la presión osmótica. La presión osmótica puede definirse como la presión que se debe aplicar a una solución para detener el flujo neto de disolvente a través de una membrana semipermeable. La presión osmótica es una de las cuatro propiedades coligativas de las soluciones (dependen del número de partículas en disolución, sin importar su naturaleza). Se trata de una de las características principales a tener en cuenta en las relaciones de los líquidos que constituyen el medio interno de los seres vivos, ya que la membrana plasmatica regula la entrada y salida de soluto al medio extracelular que la rodea, ejerciendo de barrera de control.

EQUILIBRIO DE GIBBS-DONNAN
El equilibrio de Gibbs-Donnan explica la distribución de especies iónicas entre compartimentos separados por una membrana que no es permeable para todos los iones. Esto sucede en las células y su entorno ya que muchos de los aniones que permanecen en su interior (proteínas, polifosfatos, etc.) no pueden atravesar la membrana plamatica. Esto lleva a unadistribución de especies desigual a ambos lados de la membrana, de forma que se genera una deficiencia de potencial entre ambos compartimientos.

La concentración iónica en el líquido intersticial, difiere de la concentración plasmatica debido a los efectos del equilibrio de Gibbs-Donnan. Como se sabe, la pared capilar es permeable a todos los solutos presentes con excepción de las proteínas aniónicas. Por tanto, la concentración de aniones difusibles (Cl-) sera mayor en el líquido intersticial libre de proteínas. La electroneutralidad se mantiene en ambos lados de la membrana, pero la osmolaridad sera mayor en el espacio intravascular que contiene proteínas.
Cuando existen moléculas cargadas de gran tamaño que no difunden a través de una membrana semipermeable (como las proteínas), su presencia cambia la distribución de las partículas iónicas. En efecto, la proteína intracelular, cargada negativamente, atrae iones K+ y repele iones Cl-, produciéndose un gradiente eléctrico (simbolizado por las cargas + y - a ambos lados de la membrana) y sendos gradientes de concentración de K y Cl, iguales y de signo opuesto. La concentración de partículas a ambos lados de la membrana es desigual (en el interior estan ademas de los iones las proteínas) de forma que se produce un gradiente osmótico hacia el compartimento que contiene estas últimas.
Debido a la naturaleza semi-permeable del endotelio capilar, las proteínas plasmaticas son retenidas en el compartimentovascular y su influencia sobre la actividad osmótica es capital para los movimientos de fluídos entre los compartimentos capilar e intersticial. El equilibrio de Gibbs-Donnan establecido a través del epitelio por la existencia de proteínas no difusibles añade un pequeño pero significativo incremento a esta actividad osmótica. Las proteínas del plasma originan una presión osmótica de unos 20 mm de Hg y la originada por las partículas cargadas producidas en el equilibrio de Gibbs-Donnan es de unos 6-7 mm de Hg. La suma de ambas es la presión oncótica o sea la atracción hacia el agua que ejercen las proteínas del plasma.


BOMBA DE SODIO Y POTASIO.

En las células de nuestro organismo hay mayor cantidad de sodio afuera que en el interior. La bomba de sodio y potasio es una proteína presente en todas las membranas plasmaticas de las células, cuyo objetivo es eliminar sodio de la célula e introducir potasio en el citoplasma. Ese intercambio permite mantener, a través de la membrana, las diferentes concentraciones entre ambos cationes. La proteína trasmembranal bombea tre iones sodio expulsandolos fuera de la célula e introduce dos iones potasio al interior. De esta forma se genera un potencial eléctrico negativo intracelular. Este mecanismo se produce en contra del gradiente de concentración gracias a la enzima ATPasa, que actúa sobre el ATP con el fin de obtener energía necesaria para que los nutrientes puedan atravesar la membrana celular y llegar alcitoplasma.
La bomba de sodio y potasio actúa de la siguiente manera:
1. Tres iones de sodio intracelulares se insertan en la proteína transportadora.
2. La hidrólisis del ATP aporta un grupo fosfato (Pi) liberandose ADP. El grupo fosfato se une a la proteína (se fosforila), hecho que provoca cambios en la estructura de la proteína.
3. Esto produce la expulsión de los 3 Na+ fuera de la célula.
4. Después 2 iones de K+ extracelulares, se acoplan a la proteína de transporte.
5. El grupo fosfato se libera de la proteína induciendo a los 2 K+ a ingresar a la célula. A partir de este momento comienza una nueva etapa con la expulsión de otros tres iones de sodio.

Una de las funciones mas importantes de la bomba de sodio y potasio es controlar el volumen de todas las células. Sin la función de esta bomba la mayor parte de las células del cuerpo se hincharían hasta explotar debido al equilibrio de Gibbs-Donnan. El hecho de que la bomba de sodio y potasio desplace tres iones sodio hacia el exterior por cada dos iones de potasio que se desplazan hacia el interior significa que se desplaza una carga positiva neta desde el interior de la célula hasta el exterior en cada ciclo de bombeo. Esto genera que la membrana plasmatica en el exterior de la célula quede cargada positivamente, mientras que en el interior queda cargada negativamente, con lo cual se genera un potencial eléctrico, el cual es indispensable en las fibras nerviosas y musculares para transmitir señales