PortalFruticola.com

El contenido de este artículo fue elaborador por es.khanacademy.org y fue revisadoy reeditado por Portalfruticola.com

Osmosis y tonicidad

Introducción

¿Alguna vez has olvidado regar una planta por algunos días y al volver, la has encontradotoda marchita? Si es así, ya sabes que el balance hídrico es muy importante para las plantas.Cuando una planta se marchita, es porque el agua se mueve hacia afuera de sus células,provocando que pierdan la presión interna —llamada presión de turgencia— quenormalmente soporta a la planta.¿Por qué sale agua de las células? La cantidad de agua fuera de las células disminuyeconforme la planta pierde agua, pero la misma cantidad de iones y otras partículaspermanece en el espacio extracelular. Este aumento en la concentración de soluto, opartículas disueltas, jala el agua hacia afuera de las células, hacia los espaciosextracelulares, en un proceso conocido como osmosis.Vacuolas en células vegetales

PortalFruticola.com

Formalmente, la osmosis es el movimiento neto de agua a través de una membranasemipermeable desde una zona de baja concentración de solutos hacia otra de mayorconcentración. Esto puede sonar extraño al principio, ya que casi siempre hablamos de ladifusión de solutos disueltos en agua, no del movimiento mismo del agua. Sin embargo, laosmosis es importante en muchos procesos biológicos y suele ocurrir al mismo tiempo enque se transportan o difunden los solutos. Aquí, veremos con más detalle cómo funciona laosmosis, así como su importancia en el balance hídrico de las células.

Cómo funciona

¿Por qué el agua se mueve de las zonas donde los solutos están menos concentrados a otrasdonde están más concentrados?En realidad, se trata de una pregunta complicada. Para responderla, volvamos atrás yrecordemos por qué ocurre la difusión. En la difusión, las moléculas se mueven desde unaregión de mayor concentración hacia otra de menor concentración, no porque seanconscientes de su entorno, sino simplemente como consecuencia de la probabilidad.Cuando una sustancia está en forma líquida o gaseosa, sus moléculas estarán en constantemovimiento aleatorio; rebotan o se deslizan unas alrededor de otras. Si hay muchasmoléculas de una sustancia en el compartimiento A y ninguna molécula de esa sustancia enel compartimiento B, es muy poco probable (imposible, en realidad) que una molécula semueva aleatoriamente de B a A. Por el contrario, es muy probable que una molécula semueva de A a B: puedes visualizar todas esas moléculas que rebotan en el compartimiento Ay a otras que brincan hacia el compartimiento B. Así, el movimiento neto de moléculas seráde A a B, lo cual ocurrirá hasta que se igualen las concentraciones.En el caso de la osmosis, otra vez puedes pensar en moléculas —esta vez, en moléculas deagua— en dos compartimientos separados por una membrana. Si ninguno de loscompartimientos contiene un soluto, las moléculas de agua tendrán las mismasprobabilidades de moverse en cualquier dirección entre los compartimientos. Sin embargo,si añadimos un soluto a uno de los compartimientos, esto afectará la probabilidad de que lasmoléculas de agua salgan de ese compartimiento y que se dirijan hacia el otro; en concreto,disminuirá esa probabilidad.¿Por qué es así? Por ahí hay algunas explicaciones. La que parece tener la mejor basecientífica señala que las moléculas de soluto rebotan sobre la membrana y físicamentegolpean las moléculas de agua y las alejan de ella, y así tienden menos a atravesarla.Independientemente de los mecanismos exactos involucrados, el punto clave es quemientras más soluto contenga el agua, menos apta será para atravesar una membrana en uncompartimiento adyacente. Esto redunda en el flujo neto de agua de las regiones de menorconcentración de soluto a aquellas de mayor concentración.

PortalFruticola.com

Este proceso se ilustra en el ejemplo anterior del vaso de precipitado, donde hay un flujoneto de agua desde el compartimiento de la izquierda hacia el compartimiento de la derechahasta que las concentraciones de soluto están casi equilibradas. No serán perfectamenteiguales en este caso, porque la presión hidrostática ejercida por la columna de aguaascendente a la derecha se opone a la fuerza osmótica, lo que crea equilibrio que se detienecerca del punto en que las concentraciones son iguales.

Tonicidad

La capacidad de una solución extracelular de mover el agua hacia adentro o hacia afuera deuna célula por osmosis se conoce como su tonicidad. La tonicidad de una solución estárelacionada con su osmolaridad, que es la concentración total de todos los solutos en lasolución. Una solución con osmolaridad baja tiene pocas partículas de soluto por litro desolución, mientras que una solución con alta osmolaridad tiene muchas partículas de solutopor litro de solución. Cuando soluciones de osmolaridades diferentes son separadas por unamembrana permeable al agua, pero no al soluto, el agua se moverá desde el lado con menorosmolaridad hacia el lado con mayor osmolaridad.Se utilizan tres términos —hipotónica, isotónica e hipertónica— para comparar laosmolaridad de una célula con la osmolaridad del líquido extracelular alrededor de ella.Importante: cuando usamos estos términos, solo tomamos en cuenta los solutos que nopueden cruzar la membrana.

Si el líquido extracelular tiene una menor osmolaridad que el líquido al interior de lacélula, se dice que es hipotónico (hypo = menos que) con respecto a la célula, y el

PortalFruticola.com

flujo neto de agua será hacia el interior de esta.En el caso contrario, si el líquido extracelular tiene una mayor osmolaridad que elcitoplasma de la célula, se dice que es hipertónico (hyper = mayor que) con respectoa ella y el agua saldrá de la célula a la región de mayor concentración de soluto.En una solución isotónica (iso = igual), el líquido extracelular tiene la mismaosmolaridad que la célula y no habrá ningún movimiento neto de agua hacia adentro ohacia afuera de esta.

Hipotónico, hipertónico e isotónico son términos relativos: describen cómo se comparan dossoluciones en cuanto a su osmolaridad. Por ejemplo, si la osmolaridad (concentración desolutos) del líquido dentro de la célula es mayor que la del líquido circundante, el interior dela célula es hipertónico con respecto al líquido que la rodea, mientras que el líquidoextracelular es hipotónico con respecto al interior de la célula.

La tonicidad en los sistemas vivos

Si una célula se coloca en una solución hipertónica, el agua saldrá de la célula y la célula seencogerá. En un ambiente isotónico, las concentraciones relativas de soluto y agua soniguales en ambos lados de la membrana. No hay ningún movimiento neto del agua, por loque no hay cambios en el tamaño de la célula. Cuando una célula se coloca en un ambientehipotónico, entrará agua a la célula y esta se hinchará.

En el caso de un glóbulo rojo, las condiciones isotónicas son ideales, y el cuerpo tienesistemas homeostáticos (que mantienen la estabilidad) para garantizar que estascondiciones se mantengan constantes. Si se coloca en una solución hipotónica, el glóbulorojo se inflará y puede explotar, mientras que en una solución hipertónica, se secará —locual puede volver denso al citoplasma y concentrar su contenido— y posiblemente muera.

PortalFruticola.com

Sin embargo, en el caso de una célula vegetal, lo ideal es una solución extracelularhipotónica. La membrana plasmática solo puede expandirse hasta llegar al límite de larígida pared celular, así que la célula no se reventará ni habrá lisis. De hecho, el citoplasmade las plantas es un poco hipertónico con respecto al entorno celular, y el agua entrará enuna célula hasta que su presión interna —presión de turgencia— sea suficiente paraoponerse al flujo de agua entrante.Mantener este equilibrio de agua y solutos es muy importante para la salud de la planta. Sino recibe agua, el líquido extracelular se vuelve isotónico o hipertónico, provocando que elagua salga de las células; esto causa una disminución en la presión de turgencia, quepuedes observar como marchitamiento. En condiciones hipertónicas, la membrana celularpuede incluso desprenderse de la pared celular y constreñir el citoplasma, un estadoconocido como plasmólisis (panel izquierdo inferior).

La tonicidad afecta a todos los seres vivos, en particular a aquellos que carecen de paredescelulares rígidas y viven en ambientes hipotónicos o hipertónicos. Por ejemplo, losparamecios —aparecen en la siguiente fotografía— y las amebas, protistas que carecen deparedes celulares, pueden tener estructuras especializadas llamadas vacuolas contráctiles,las cuales recolectan el exceso de agua de la célula y la bombean hacia afuera, impidiendola lisis celular debida a la absorción de agua de su medio hipotónico.

Video explicativo de difusión

Video explicativo de gradiente de concentración

Video explicativo de osmosis

PortalFruticola.com

Video explicativo de soluciones hipotónicas, isotónicas e hipertónicas

Diagramas de fisiología vegetal y los mecanismos de transporte en las célulasvegetales

Diagrama 1. Relación entre potencial químico y el transporte de moléculas a través de unabarrera permeable.

PortalFruticola.com

Diagrama 2. Desarrollo de un potencial de difusión y una separación de cargas entre doscompartimientos separados por una membrana permeable al potasio.

PortalFruticola.com

Diagrama 3. Microelectrodos empleados para medir potenciales de membrana a través demembranas celulares.

PortalFruticola.com

Diagrama 4. Las concentraciones iónicas en el citosol y en la vacuola están controladas porprocesos de transporte pasivo (flechas discontinuas) y activo (flechas continuas). En lamayoría de las células vegetales, la vacuola ocupa más del 90% del volumen celular ycontiene la mayor parte de los solutos celulares.

PortalFruticola.com

Diagrama 5: Las tres principales clases de proteínas de membrana especializadas en eltransporte son: canales, transportadores y bombas.

PortalFruticola.com

Diagrama 6. Modelo hipotético del transporte activo secundario.

PortalFruticola.com

Diagrama 7. Visión general de varios procesos de transporte en la membrana plasmática yen el tonoplasto de células vegetales.

PortalFruticola.com

Diagrama 8. Etapas hipotéticas en el transporte de un catión en contra de un gradiente deconcentración por una bomba electrogénica.

PortalFruticola.com

Diagrama 9. Comunicación de plasmodesmos entre células adyacentes.

PortalFruticola.com

Fuente: es.khanacademy.org

Fotos: Fisiología Vegetal Taiz-Zeiger

PortalFruticola.com

www.portalfruticola.com