Ósmosis

Se define como la difusión de un solvente (frecuentemente agua), a través de una membrana semipermeable; de una solución de una concentración de bajo soluto (alto potencial de agua) a una solución de una concentración de alto soluto (bajo potencial de agua). Es un proceso físico en el cual el solvente se mueve, sin necesidad de energía, a través de una membrana semipermeable (permeable al solvente, pero no al soluto), separando dos soluciones de diferente concentración. La osmosis libera energía, y puede desarrollar trabajo, como cuando las raíces de un árbol en crecimiento agrietan la roca.

El movimiento neto del solvente es de menor concentración (hipotónica) a una solución de mayor concentración (hipertónica), lo cual tiende a reducir la diferencia de concentraciones. Este efecto puede ser medido por el incremento en la presión de solución hipertónica con respecto a la hipotónica. La presión osmótica es definida ser la presión requerida para mantener un equilibrio, sin el movimiento neto de un solvente. La presión osmótica es una propiedad coligativa, definiendo que la propiedad depende de la concentración molar del soluto pero no sobre su identidad.  

La osmosis es importante en los sistemas biológicos por las muchas membranas biológicas que son semi-permeables. En general, estas membranas son impermeables a solutos orgánicos con grandes moléculas, tales como polisacáridos, mientras que son permeables al agua y solutos pequeños no cargados (sin carga). La permeabilidad puede depender sobre las propiedades de solubilidad, carga, química o, tamaño del soluto. Las moléculas de agua viajan a través del plasma de la membrana celular, tonoplastos (vacuolas), o protoplastos en dos sentidos, ya sea que difundan a través de la bicapa de fosfolípidos directamente o, vía poros de agua (pequeñas proteínas transmembranales similares a aquellas que facilitan la difusión y en crear canales iónicos). La osmosis provee los principales medios por las cuales el agua es transportada hacia el interior o hacia el exterior de las células. La presión turgente de una célula es grandemente mantenida por osmosis a través de la membrana celular, entre el interior de la célula y su medio ambiente relativamente hipotónico.

Explicación básica: Las osmosis puede ocurrir cuando hay una membrana parcialmente permeable. Cuando una célula es sumergida en un recipiente con agua, las moléculas de agua pasan a través de la membrana celular de un área de baja concentración de soluto (fuera de la célula), a una de alta concentración de soluto (dentro de la célula); esto se llama osmosis. La membrana celular es permeable selectivamente, de tal manera que solo material necesario permanece dentro de la célula y, se excretan los desechos.

 

La regulación osmótica, es la actividad de regular la presión de los líquidos corporales para mantener la homeostasis (el equilibrio) del contenido de agua del organismo animal, que es mantenida corrigiendo la dilución o la concentración. La presión osmótica es una medida de la tendencia del agua a moverse de una solución a otra por ósmosis. La presión osmótica elevada de una solución quiere (necesita) más agua para entrar en solución. La presión que debe ser ejercida sobre el lado hipertónico de una membrana permeable selectiva, previene la difusión del agua por ósmosis desde el lado que contiene agua pura.

Animales de todos los medios (acuáticos o terrestres), deben mantener la concentración correcta de solutos y la cantidad de agua en sus líquidos corporales; esto involucra: excreción, que es  la eliminación de desechos metabólicos y, otras sustancias tales como hormonas las cuales pueden ser tóxicas si se permite su acumulación en el torrente sanguíneo vía órganos tales como la piel o los riñones. Manteniendo el agua y los solutos disueltos en balance, es lo que se refiere como osmorregulación.  

Ejemplos de presión osmótica:

Dos principales formas de osmorregulación son los osmoconformadores y los osmorreguladores. Los primeros igualan o regulan la osmolaridad corporal con relación a su medio ambiente; puede ser activa o pasiva. Un ejemplo son los peces de mar. Por beber agua de mar y la excreción activa de sal a través de las agallas, el pez ganará sal para producir una orina isotónica. Los osmorreguladores regulan estrechamente su osmolaridad corporal la cual permanece siempre constante, y son los más comunes en el reino animal.

Los osmorreguladores controlan la concentración de sal activamente a pesar de la concentración de sal en el medio ambiente. Otro ejemplo son los pesos de agua dulce; las agallas capturan la sal de medio. El agua difundirá hacia el pez y el pez excretará una orina muy hipotónica para desechar los excesos de agua.

No hay órganos específicos de osmorregulación en las plantas superiores. El control del consumo de agua y su pérdida es por medio de factores internos y externos que afectan la velocidad de transpiración.

Las plantas comparten con los animales los problemas de obtención de agua y la disposición de excedentes. Ciertas plantas desarrollan métodos de conservación de agua. Las xerofitas son plantas de ambientes secos, tales como los desiertos, las cuales son capaces  de resistir períodos prolongados de escasez de agua. Las plantas suculentas, tales como los cactus tienen agua almacenada en grandes tejidos de parénquimas. Otras plantas, tienen hojas modificadas que reducen la pérdida de agua, tales como las hojas en forma de aguja, estomas profundos y gruesos, cutículas cerosas como en el pino. Los pastos de dunas de arena tienen hojas cilíndricas con estomas en la superficie interna.

Las amibas hacen uso de sus vacuolas contráctiles para coleccionar sus desechos, tales como el amoníaco, de sus fluidos intracelulares, ya sea por difusión o por transporte activo. Como la acción osmótica empuja agua del medio ambiente hacia el interior del citoplasma, las vacuolas se mueven  hacia la superficie  y elimina el contenido hacia el medio ambiente.

Los riñones juegan un papel muy importante en la osmo-regulación en los animales, regulando la cantidad de agua vertida en la orina. Con la ayuda de las hormonas antidiurética,  la aldosterona y la angiotensina II, el organismo animal puede incrementar la permeabilidad de los ductos colectores en el riñón para reabsorber agua y prevenir su excreción.

El amoníaco es un subproducto tóxico del metabolismo de las proteínas y, es convertido generalmente en sustancias menos tóxicas que después de producidas son excretadas; los mamíferos convierten el amoníaco en urea, mientras que las aves y los reptiles excretan ácido úrico a través de sus cloacas.

Suceden cuatro procesos.

Excreción; la orina (en mamíferos) es almacenada en la vejiga y sale vía la uretra. En otros vertebrados, la orina se mezcla con otros desechos del tracto gastrointestinal y sale a través de la cloaca (las ranas también tienen vejiga).