Funzioni membrana cellulare (1)

La membrana cellulare tende a mantenere costante l'ambiente interno esercitando una permeabilità selettiva.

Poche sono infatti le sostanza che possono entrare ed uscire dalla cellula liberamente. Tali sostanze sono: H₂O, CO₂, O_2, NH_3, piccoli lipidi. Tali molecole riescono ad entrare ed uscire per diffusione.

Cosa è la diffusione? E' il movimento di una sostanza da una zona in cui è molto concentrata ad una zona in cui è poco concentrata. Si dice che le sostanze si muovono secondo gradiente (gradiente di concentrazione).

Tutti conosciamo come si comporta un gas accumulato inavvertitamente in una stanza. Quando apriamo la finestra diffonde verso l'esterno.  Un soluto all'interno di un liquido si comporta esattamente nella stessa maniera.

Osserviamo, per capire meglio il concetto,  il comportamentio dell'inchiostro nell'acqua.

In realtà il gradiente può essere sia di concentrazione che di cariche elettriche per cui se una sostanza ha cariche elettriche dobbiamo  tener conto anche di queste ultime  nella diffusione. Si dice  che la sostanza diffonde secondo gradiente elettrochimico.

Il testo aggiunge anche il gradiente di Pressione. E' pure vero che se un gas ha maggiore pressione è anche più concentrato per cui potremmo ritenere tale gradiente come un caso particolare di gradiente elettrochimico.

La diffusione rientra in quello che comunemente viene definito come trasporto passivo, cioè quel tipo di trasporto che non richiede energia ma che  avviene spontaneamente.

Il trasporto passivo può essere di tre tipi (si ricorda che le classificazioni sono didattiche per cui diversi autori possono attuare classificazione diverse):

1) Diffusione (di cui abbiamo già parlato)

2) Diffusione facilitata

3) osmosi

Oltre al trasporto passivo nella cellula esiste quello attivo che per definizione richiede energia in quanto avviene contro gradiente.

Osmosi

Il testo definisce l'osmosi come una forma particolare di diffusione che interessa le molecole di acqua.

 Cerchiamo a spiegare l'osmosi proprio in questi termini partendo però dal presupposto indispensabile affinché si verifichi l'osmosi e cioè l'esistenza di una membrana semipermeabile.

Per membrana semipermeabile si intende una membrana che permette il passaggio di solo solvente e non di soluto (in alternativa può  permettere il passaggio solo di certi ioni o certe molecole ma non è questo il caso oggetto del nostro interesse).

Osserviamo la seguente figura:

Nella parte del recipiente in cui c'è solo acqua tutte le molecole che urtano contro la membrana semipermeabile  la attraversano. Nella parte del recipiente in cui c'è anche il soluto (quindi si tratta di una soluzione) le molecole d'acqua urteranno in parte sulle particelle di soluto. Queste molecole non potranno attraversare la membrana e torneranno indietro dopo l'urto. In pratica è come se le molecole d'acqua presenti nella soluzione avessero a disposizione una minor superficie per diffondere, superficie  tanto minore quanto maggiore è la concentrazione del soluto. Ciò comporta un passaggio netto di acqua dal solvente verso la soluzione.

Ci sono altri modi per spiegare il fenomeno dell'osmosi.

Forse il seguente è anche più immediato:

Le particelle di soluto urtano contro la membrana semipermeabile. Anche se non riescono a passare esercitano una certa pressione (pressione osmotica) sulla membrana stessa. Tale pressione  richiama acqua.

La pressione osmotica è indipendente dal tipo di soluto ma dipende esclusivamente dal numero delle particelle in soluzione.

Infatti appartiene alle cosiddette proprietà colligative delle soluzioni cioè quelle proprietà che dipendono esclusivamente dal numero delle particelle e non dalla loro natura.

Qualora il recipiente sia a forma di ferro di cavallo probabilmente il passaggio di liquido dal sovente al soluzione appare più chiaro. Dalla figura risulta evidente che il comportamento è analogo quando abbiamo a che fare con due soluzioni di diversa concentrazione. In questo caso l'acqua si muove dalla soluzione meno concentrata a quella più concentrata. 

Qualora si volesse evitare il movimento di acqua dovremmo applicare una pressione uguale a quella della pressione osmotica.

Osmosi e organismi viventi (approfondimento)

L'esistenza dell'osmosi pone in essere una serie di problemi che devono essere risolti dagli organismi viventi.

1) gli organismi pluricellulari devono mantenere le loro cellule isotoniche (cioè con la stessa concentrazione) rispetto ai liquidi organici interni.

Osserviamo cosa succede se gli eritrociti si trovano in ambiente ipertonico o isotonico

2) gli organismi unicellulari e gli invertebrati marini devono essere isotonici rispetto all'acqua di mare.

3) gli organismi unicellulari di acqua dolce sono ipertonici rispetto all'acqua in cui vivono. Questo comporta un continuo ingresso di acqua dentro l'organismo che deve essere contrastato da vacuoli pulsanti o contrattili (protozoi ed alghe unicellulari).

4) Le cellule vegetali sono di norma ipertoniche rispetto all'ambiente soprattutto grazie alla presenza del vacuolo. Di conseguenza l'acqua penetra continuamente  senza però determinare lo scoppio della cellula per la presenza della parete. Anzi, l'acqua viene utilizzata:

a) per l'accrescimento per distensione

b) per mantenere la parete rigida e la pianta turgida.

5) I pesci d'acqua dolce sono ipertonici rispetto all'ambiente. Ciò significa che l'acqua penetra continuamente.  Le soluzioni adottate sono le seguenti:

a) il pesce non beve acqua

b) espelle continuante acqua attraverso i reni

c) gli ioni di cui ha bisogno vengono assorbiti dalle branchie

6) I pesci di acqua di mare si sono evoluti in acqua dolce. Le soluzioni adottate sono diverse a seconda che i pesci siano cartilaginei o ossei.

I pesci cartilaginei hanno lo stesso tipo di reni dei primi pesci che erano di acqua dolce. Saranno quindi progettati per eliminare acqua. Per poter utilizzare tali reni in ambiente marino devono rendere il loro sangue più concentrato rispetto al mare. Ciò viene realizzato accumulando urea.

I pesci ossei, sempre evoluti in acqua dolce, sono ipotonici rispetto all'ambiente marino. Quindi tenderanno a perdere acqua. Compensano tale perdita bevendo continuamente. Così facendo assumono un eccesso di sali che però viene eliminato attraverso le branchie.