MOVIMIENTO DE AGUA A TRAVÉS DE BARRERAS BIOLÓGICAS Osmosis, osmolaridad y osmolaridad efectiva

Transcripción

1 MOVIMIENTO DE AGUA A TRAVÉS DE BARRERAS BIOLÓGICAS Osmosis, osmolaridad y osmolaridad efectiva Miryam Romero, MSc., PhD. Profesora de Fisiología Departamento de Ciencias Fisiológicas UNIVERSIDAD DEL VALLE 1

2 Transporte de agua y regulación del volumen celular El transporte de agua es impulsado por diferencias de presiones hidrostáticas y osmóticas a través de membranas: El transporte de agua es siempre pasivo. Hasta ahora no se han descrito bombas de agua. El transporte de agua a través de una membrana es siempre lineal y es una función no saturable de su fuerza impulsora neta Δμ H 2Ototal = Δμ H 2O + Δμ H 2O presión Δμ H 2Ototal = RTln [H 2 O]i + Vw(Pi-Po) [H 2 O]o Diferencia total de energía = Parte química + Parte de presión 2

3 El agua está en equilibrio a través de la membrana cuando la fuerza neta impulsora es nula y entonces reemplazando Δµ H2O total igual a cero, se obtiene: El término de la izquierda se refiere a la Diferencia de presión osmótica (Δπ) y en el equilibrio, la diferencia de presión osmótica es igual a la diferencia de presión hidrostática (ΔP). En células animales la membrana plasmática no es tan rígida y esas células no pueden tolerar ninguna diferencia de presión hidrostática sin ocasionar una deformación 3

4 Osmosis Flujo o desplazamiento de volumen a través de una barrera debido a movimientos de materia en respuesta a diferencias de concentración. Aunque, en principio, cualquier sustancia (soluto o solvente) puede contribuir al volumen de materia desplazada durante el flujo osmótico, el término osmosis tiene un significado más restringido en los sistemas biológicos. Debido a que los fluidos biológicos son soluciones acuosas bastante diluidas en las que el agua es ~ 95% del volumen, el flujo osmótico a través de membranas biológicas implica desplazamiento de volumen por el flujo de agua de una región de alta concentración de agua (una solución diluida) a una región de baja concentración de agua (una solución más concentrada). 4

5 Representación esquemática de movimiento osmótico de agua y la generación de presión osmótica Membrana semipermeable (permeable a agua e impermeable a soluto). Compartimiento A: soluto y agua Compartimiento B: agua destilada 5

6 Presión Osmótica: Expresada con la Ley de van t Hoff n = Número de partículas disociables por molécula C = concentración total del soluto R = constante de los gases T = temperatura en grados Kelvin La habilidad de una solución de cualquier soluto para ejercer una presión osmótica a través de una membrana semipermeable (por ej. permeable a agua pero impermeable al soluto) es una propiedad coligativa de la solución que es dependiente de la concentración de las partículas individuales de soluto 6

7 Debemos introducir una nueva unidad de concentración que es una medida del número de partículas libres en la solución y refleja la efectividad osmótica de un soluto disuelto. Para un soluto no disociable como la urea, una solución 1M contiene 6 x partículas individuales. Una solución 1 M de NaCl, tiene el doble de partículas de la solución de urea. Osmolaridad = Concentración x Número de partículas disociables mosm/l = mmol/l x número de partículas/mol 7

8 Distinción entre: Molaridad : El número de pesos gramo de un soluto en 1 litro de solución acuosa Osmolaridad : Número de partículas individuales que resulta de disolver 1 peso gramo de un soluto en ese volumen. Ejemplo: Una solución 0.15 M de NaCl consiste de 0.15 m/l de partículas de Na + y 0.15m/L de partículas de Cl - y tienen aproximadamente la misma osmolaridad de una solución 0.3M de sacarosa (es decir: 300mOsm/L). 8

9 Cuando se tienen dos compartimientos (por ej. medio intracelular y medio extracelular) separados por una membrana completamente impermeable al soluto, y las soluciones a ambos lados de la membrana son relativamente diluidas (como en el caso de los fluidos biológicos), debe aplicarse una presión para impedir el flujo de volumen. Esa presión se define como presión osmótica y está dada por la siguiente expresión: Ley de van t Hoff: Dp = RTDC Donde Dp es la presión osmótica; R es la constante de los gases; T es la temperatura absoluta; y DC es la diferencia de concentración del soluto impermeante. A 37 0 C (T=310K), esta expresión se reduce a Dp = 25.4DC (atm) De modo que si la diferencia de concentración a través de la membrana es de 1 mol/l, la presión que debe aplicarse para prevenir el flujo osmótico de agua es 25.4 atmósferas. 9

10 Presión oncótica de las proteínas plasmáticas es la presión osmótica generada por moléculas grandes (especialmente proteínas) No es claro porqué las proteínas plasmáticas no se ajustan a la Ley de van t Hoff. Puede ser que el tamaño influya y se ajusta mejor cuando se trata de proteínas pequeñas y globulares. 10

11 Flujo osmótico y presión osmótica a través de membranas no ideales Staverman proporcionó una expresión cuantitativa para la presión osmótica a través de membranas no ideales: Dp efectiva = s i RT DC i s coeficiente de reflexión de la membrana al soluto i y dice algo sobre la facilidad relativa con la cual el soluto atraviesa la membrana. Tiene un valor entre 0 y 1 y la presión osmótica efectiva debe caer entre 0 y el valor predicho por la ley de van t Hoff para membranas semipermeables ideales; el valor exacto depende de la diferencia de concentración y de la permeabilidad relativa de la membrana al agua y al soluto i. 11

12 Papel de la bomba Na-K en mantener el volumen celular 12

13 Regulación a corto plazo del volumen celular Respuesta de la célula cuando se encoge por salida de agua 13

14 Regulación a corto plazo del volumen celular Regulación de la célula cuando se hincha por entrada de agua 14

15 1. Efecto de la urea sobre el volumen celular 15

16 2. Efecto de la urea sobre el volumen celular 16

17 3. Efecto de la urea sobre el volumen celular 17