Osmose: processo, tipos, diferenças com difusão e exemplos

A osmose é um fenómeno passivo deslocamento de água através de uma membrana. Pode ser uma membrana celular, um epitélio ou uma membrana artificial.A água é mobilizada de uma região de baixa pressão osmótica (ou onde a água é mais abundante) para a região com pressões osmóticas mais altas (ou onde a água é menos abundante).

Esse processo é de relevância biológica e orquestra uma série de processos fisiológicos, tanto em animais quanto em plantas.

Osmose: processo, tipos, diferenças com difusão e exemplos 1

Fonte: OpenStax [CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)]

O primeiro investigador a relatar o fenômeno osmótico foi Abbé Jean Antoine Nollet. No ano de 1748, Nollet estava trabalhando com membranas de células animais e percebeu que quando a água pura era colocada em um lado da membrana e no outro lado uma solução com eletrólitos diluídos, a água se movia em direção à região com solutos.

Assim, a passagem da água em favor de seu gradiente de concentração foi descrita e denominada osmose. O termo vem do grego osmos, que significa empurrão .

Em 1877, Wilhelm Pfeller conduziu os primeiros estudos sobre pressão osmótica. Seu projeto experimental envolveu o uso de uma “membrana” de ferrocianeto de cobre na superfície de um copo de argila porosa, dando origem a uma membrana que permitia a passagem de moléculas de água.

As membranas artificiais de Pfeller eram fortes o suficiente para suportar pressões osmóticas significativas e não colapsar. Este pesquisador pode concluir que a pressão osmótica é proporcional à concentração de soluto.

Processo

O movimento da água através de uma membrana de uma zona de baixa concentração para uma zona de alta concentração é chamado osmose. Esse processo ocorre de uma área com a menor pressão osmótica até a mais alta pressão osmótica.

A princípio, essa afirmação pode ser confusa – e até contraditória. Estamos acostumados com o movimento passivo de “alto para baixo”. Por exemplo, o calor pode variar de altas a baixas temperaturas, a glicose difunde de regiões de alta concentração para áreas menos concentradas e assim por diante.

Como mencionamos, a água que experimenta o fenômeno da osmose passa de baixas pressões para altas pressões. Isso ocorre porque a água é mais abundante por unidade de volume, onde o soluto é menos abundante.

Isto é, durante os movimentos de osmose de água onde ele (a água) é mais abundante, onde é menos abundante. Portanto, o fenômeno deve ser entendido da perspectiva da água.

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É importante lembrar que a osmose governa o movimento da água através das membranas e não afeta diretamente o movimento dos solutos. Quando os solutos se espalham, eles o fazem seguindo os gradientes de sua própria concentração química. Somente a água segue o gradiente de concentração da pressão osmótica.

Pressão osmótica

Pressões?

Um dos aspectos mais confusos na compreensão do processo de osmose é o uso da pressão da palavra . Para evitar confusão, é importante esclarecer que uma solução por si só não exerce uma pressão hidrostática devido à sua pressão osmótica.

Por exemplo, uma solução de glicose de concentração 1M tem uma pressão osmótica de 22 atm. No entanto, a solução não “explode” os frascos de vidro e pode ser armazenada da mesma maneira que a água pura, porque uma solução isolada não se traduz em pressão hidrostática.

O termo pressão é usado apenas por um acidente histórico, uma vez que os primeiros cientistas que estudaram esses fenômenos foram físicos e químicos.

Assim, se duas soluções que diferem em suas pressões osmóticas forem separadas por uma membrana, será criada uma pressão hidrostática.

Pressões osmóticas e hidrostáticas

O processo de osmose leva à formação de uma pressão hidrostática. A diferença de pressão leva ao aumento do nível da solução mais concentrada, à medida que a água se difunde nela. O aumento no nível da água continua até que a taxa líquida de movimento da água seja igual a zero.

Um fluxo líquido é alcançado quando a pressão hidrostática no compartimento II é suficiente para forçar as moléculas de água a reverterem para o comportamento I, na mesma taxa em que a osmose faz com que as moléculas se movam do compartimento I para II.

A pressão da água que faz as partículas recuarem (do compartimento I a II) é chamada pressão osmótica da solução no compartimento II.

Como você controla o fluxo de água nas células?

Graças ao fenômeno osmótico, a água pode passar passivamente pelas membranas celulares. Historicamente, sabe-se que os animais não possuem um sistema ativo de transporte de água para controlar o fluxo dessa substância.

No entanto, os sistemas ativos de transporte de solutos podem modificar a direção do deslocamento da água em direção a uma direção favorável. Dessa forma, o transporte ativo de solutos é uma maneira pela qual os animais usam sua energia metabólica para controlar a direção do transporte de água.

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Quantificação

Existem fórmulas matemáticas que permitem medir a taxa na qual a água atravessará as membranas por osmose. A equação para calculá-la é a seguinte:

Taxa de transporte de água osmótica = K (Π 1 –Π 2 / X). Onde Π 1 e Π 2 são as pressões osmóticas das soluções em ambos os lados da membrana e X é a distância que as separa.

O rácio (Π 12 / X) é conhecido como gradiente de pressão osmótica ou gradiente osmótico.

O último termo da equação é K é o coeficiente de proporcionalidade que depende da temperatura e da permeabilidade da membrana.

Diferenças com difusão

O que é difusão?

A difusão ocorre por movimento térmico aleatório de moléculas dissolvidas ou suspensas, o que causa sua dispersão de regiões de altas concentrações para as mais baixas. A taxa de difusão pode ser calculada por meio da equação de Fick.

É um processo exergônico devido ao aumento da entropia representado pela distribuição aleatória de moléculas.

No caso de a substância ser um eletrólito, a diferença de carga total entre os dois compartimentos deve ser levada em consideração – além das concentrações.

Osmose é um caso particular de difusão

Difusão e osmose não são termos contrários, muito menos conceitos mutuamente exclusivos.

As moléculas de água têm a capacidade de se mover rapidamente através das membranas celulares. Como explicamos, eles se espalham de uma região de baixa concentração de soluto para uma de alta concentração em um processo chamado osmose.

Parece-nos estranho falar sobre “concentração de água”, mas essa substância se comporta como qualquer outra substância. Ou seja, difunde-se em favor do seu gradiente de concentração.

No entanto, alguns autores usam o termo “difusão de água” como sinônimo de osmose. A aplicação literal a sistemas biológicos pode estar errada, uma vez que foi demonstrado que a taxa de osmose através das membranas biológicas é maior do que o que seria esperado por um simples processo de difusão.

Em alguns sistemas biológicos, a água passa por simples difusão através da membrana celular. No entanto, algumas células possuem canais especiais para a passagem de água. Os mais importantes são chamados aquaporinas, aumentando a velocidade do fluxo de água através da membrana.

Exemplos

Dentro dos sistemas biológicos, o movimento da água através das membranas celulares é crucial para entender dezenas de processos fisiológicos. Alguns exemplos são:

Troca osmótica em peixes de água doce

Um exemplo interessante do papel da osmose nos animais é a troca de água que ocorre em peixes que vivem em água doce.

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Os animais que habitam corpos de água doce estão em uma ingestão constante de água do rio ou lago onde vivem dentro de seus corpos, uma vez que a concentração de plasma sanguíneo e outros fluidos corporais têm uma concentração muito maior do que a da água .

A espécie de peixe Carassius auratus vive em ambientes de água doce. Um indivíduo com uma massa de 100 gramas pode ganhar cerca de 30 gramas de água por dia, graças ao movimento da água dentro de seu corpo. O peixe tem sistemas – energeticamente caros – para se livrar continuamente do excesso de água.

Reabsorção líquida

No sistema gastrointestinal de animais, o fenômeno da osmose deve ocorrer para que funcione adequadamente. O trato digestivo secreta uma quantidade significativa de líquido (na ordem de litros) que deve ser reabsorvido por osmose pelas células que cobrem o intestino.

Se este sistema não realizar seu trabalho, podem ocorrer eventos graves de diarréia. O prolongamento deste mau funcionamento pode resultar em desidratação do paciente.

Turgor nas plantas

O volume de água no interior das células depende da concentração do ambiente interno e externo, e o fluxo é orquestrado pelos fenômenos de difusão e osmose.

Se uma célula animal (como um eritrócito) for colocada em um meio que favorece a entrada de água, ela poderá estourar. Em contraste, as células vegetais têm uma parede que as protege do estresse osmótico.

De fato, as plantas não lenhosas aproveitam essa pressão gerada pela entrada passiva de água. Essa pressão ajuda a manter diferentes órgãos vegetais túrgidos, como folhas. No momento em que a água começa a sair das células, a célula perde a turgidez e murcha.

Referências

  1. Cooper, GM, Hausman, RE; e Hausman, RE (2000).A célula: uma abordagem molecular . Imprensa ASM
  2. Eckert, R., Randall, R., & Augustine, G. (1988).Fisiologia animal: mecanismos e adaptações . WH Freeman & Co.
  3. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. e Anderson, M. (2004).Fisiologia Animal . Sinauer Associates.
  4. Karp, G. (2009).Biologia celular e molecular: conceitos e experimentos . John Wiley & Sons.
  5. Os dados foram analisados ​​por meio de questionários, entrevistas e entrevistas.Biologia Celular E-Book . Elsevier Ciências da Saúde.
  6. Schmidt-Nielsen, K. (1997).Fisiologia animal: adaptação e ambiente . Cambridge University Press.

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