Il osmosi è un flusso diretto di particelle molecolari attraverso una membrana semipermeabile. In biologia è di fondamentale importanza per regolare l'equilibrio idrico nelle cellule.
Cos'è l'osmosi?
Osmosi significa "penetrazione" in greco. È descritto come il passaggio spontaneo di solventi come l'acqua attraverso una membrana selettivamente permeabile. La membrana è permeabile solo al solvente, ma non alle sostanze disciolte. A causa della diffusione selettiva di un solo componente, il potenziale chimico è bilanciato su entrambi i lati della membrana.
L'osmosi è comune in natura. In particolare nelle membrane biologiche, è necessario uno scambio selettivo di sostanze affinché possano avvenire processi di trasporto biologico. Tuttavia, i processi di trasporto attivi che consumano energia assicurano anche che la pressione osmotica passiva non abbia un effetto distruttivo sulla cellula.
Sebbene non sia possibile alcuna inversione con i normali processi di diffusione, l'osmosi è un processo reversibile.
Funzione e compito
Nell'osmosi, le molecole di una soluzione o di un solvente puro si diffondono selettivamente attraverso una membrana fino a quando il potenziale chimico è bilanciato su entrambi i lati di questa membrana. Ad esempio, una soluzione concentrata sull'altro lato viene diluita dal solvente fino a quando la pressione idrostatica accumulata impedisce un'ulteriore diffusione.
Le molecole possono migrare attraverso la membrana, indipendentemente dal lato da cui provengono. Tuttavia, è sempre più probabile che si diffondano nella direzione della maggiore differenza potenziale.
Quando il potenziale chimico è bilanciato, lo stesso numero di particelle migrano da sinistra a destra e da destra a sinistra. Quindi esternamente non cambia più nulla. Tuttavia, come risultato della diluizione desiderata della soluzione concentrata, da un lato si è accumulata una maggiore quantità di liquido, che ha accumulato una pressione elevata (la pressione osmotica). Se la membrana non può più resistere alla pressione, la cellula può essere distrutta.
I processi di trasporto attivi attraverso la membrana assicurano che determinate sostanze vengano rimosse con l'uso di energia. Un vivido esempio di un processo osmotico è il rigonfiamento delle ciliegie mature quando vengono mescolate con l'acqua. L'acqua penetra attraverso la buccia esterna del frutto, mentre lo zucchero non può fuoriuscire. Il processo di diluizione all'interno del frutto continua fino a quando non scoppia.
All'interno del corpo, la combinazione di processi di trasporto osmotici e attivi, che consumano energia, assicura che i processi biochimici funzionino senza intoppi in spazi separati da biomembrane. Possono esistere cellule che si separano dall'ambiente esterno, ma sono in costante scambio di sostanze con esso.
Gli organelli sono presenti anche all'interno della cellula dove possono avvenire reazioni separate. Per evitare che la pressione osmotica aumenti a tal punto che le biomembrane si aprano, le molecole vengono scaricate attraverso processi di trasporto attivi.
Nelle cellule di mammifero, quando la pressione osmotica aumenta, la proteina NFAT5 viene prodotta in misura maggiore. Assicura una serie di contromeccanismi per proteggere la cellula dallo stress ipertonico (eccesso di pressione). Nel processo, vengono prodotte proteine di trasporto che, utilizzando l'energia, convogliano alcune sostanze fuori dalla cellula. Tra le altre cose, le sostanze urinarie come il glucosio e gli elettroliti in eccesso vengono escreti attraverso i reni per regolare la pressione osmotica nel corpo.
Malattie e disturbi
L'osmosi svolge anche un ruolo importante nella regolazione dell'equilibrio elettrolitico. Gli elettroliti sono sali disciolti e sono costituiti da ioni metallici caricati positivamente come ioni sodio, potassio, magnesio o calcio e anioni caricati negativamente come anioni cloruro, bicarbonato o fosfato.
Sono presenti in diverse concentrazioni nella cellula (intracellulare), all'esterno delle cellule (interstiziale) o all'interno del flusso sanguigno (intravascolare). Le differenze di concentrazione generano la tensione elettrica sulle membrane cellulari e quindi innescano una moltitudine di processi a livello cellulare. Se le differenze di concentrazione sono disturbate, anche l'intero equilibrio elettrolitico viene confuso.
I reni regolano questo equilibrio elettrolitico attraverso vari meccanismi come meccanismi della sete, processi ormonali o peptidi che agiscono sui reni. In caso di diarrea grave, vomito, perdita di sangue o insufficienza renale, l'equilibrio idrico ed elettrolitico può essere disturbato. Ciascun elettrolita può presentarsi in una concentrazione troppo alta o troppo bassa.
I disturbi nell'equilibrio idrico ed elettrolitico a volte sono pericolosi per la vita, a seconda della loro gravità. Esempi di tali condizioni includono disidratazione, iperidratazione, iper e ipovolemia (il volume del sangue è aumentato o diminuito), ipo e ipernatriemia, ipo e iperpotassiemia oppure ipo e ipercalcemia.
Ciascuna di queste condizioni richiede un trattamento intensivo. Di regola, l'equilibrio dell'acqua e dell'elettrolito si equalizza rapidamente. Tuttavia, se il meccanismo di regolazione tra i processi di trasporto attivo e i processi osmotici è disturbato da un'insufficienza renale o da un'altra malattia, possono verificarsi disturbi elettrolitici cronici. Di conseguenza, si verificano edema, malattie cardiovascolari, edema cerebrale, stati di confusione o convulsioni.
Le relazioni tra l'equilibrio idrico ed elettrolitico ei processi biologici nel corpo sono così complesse che sintomi simili si osservano spesso per tutte le forme di disturbi elettrolitici. La determinazione dell'equilibrio elettrolitico dovrebbe essere uno degli esami standard se questi sintomi sono cronici.
