O osmose é um fenômeno passivo de deslocamento da água através de uma membrana. Pode ser uma membrana celular, um epitélio ou uma membrana artificial. A água se move de uma região de baixa pressão osmótica (ou onde a água é mais abundante) para a região com maiores pressões osmóticas (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..
O primeiro pesquisador a relatar o fenômeno osmótico foi Abbé Jean Antoine Nollet. Em 1748, Nollet estava trabalhando com membranas de células animais e percebeu que quando água pura era colocada em um lado da membrana e uma solução com eletrólitos diluídos do outro lado, a água se movia para a região com solutos..
Assim, foi descrita a passagem da água em favor de seu gradiente de concentração e denominada osmose. O termo vem das raízes gregas osmos, oque quer dizer Empurrar.
Em 1877, Wilhelm Pfeller realizou os primeiros estudos sobre pressão osmótica. Seu desenho 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 resistir a pressões osmóticas significativas e não colapsar. Este pesquisador pôde concluir que a pressão osmótica é proporcional à concentração do soluto..
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O movimento da água através de uma membrana de uma área de baixa concentração para uma área de alta concentração é chamado de osmose. Esse processo ocorre de uma área com a pressão osmótica mais baixa para a pressão osmótica mais alta..
A princípio, essa afirmação pode ser confusa - e até contraditória. Estamos acostumados a movimentos passivos de "alto para baixo". Por exemplo, o calor pode ir de altas para baixas temperaturas, a glicose se difunde de regiões de alta concentração para áreas menos concentradas e assim por diante..
Como mencionamos, a água que experimenta o fenômeno de osmose se move de baixas pressões para altas pressões. Isso ocorre porque a água é mais abundante por unidade de volume, onde o soluto é menos abundante..
Ou seja, durante a osmose a água se move para onde sua (água) é mais abundante onde é menos abundante. Portanto, o fenômeno deve ser compreendido sob a ótica da água..
É importante lembrar que a osmose governa o movimento do Água através das membranas e não afeta o movimento dos solutos diretamente. Quando os solutos se difundem, eles o fazem seguindo os gradientes de sua própria concentração química. Apenas a água segue o gradiente de concentração da pressão osmótica.
Um dos aspectos mais confusos quando se trata de entender o processo de osmose é o uso da palavra pressões. Para evitar confusão, é importante esclarecer que uma solução por si só não exerce pressão hidrostática devido à sua pressão osmótica..
Por exemplo, uma solução de glicose 1 M tem uma pressão osmótica de 22 atm. No entanto, a solução não "explode" garrafas de vidro e pode ser armazenada da mesma forma que a água pura porque uma solução isolada não se traduz em pressão hidrostática..
O termo pressões é usado apenas para um acidente histórico, uma vez que os primeiros cientistas que estudaram esses fenômenos eram físicos e químicos..
Assim, se duas soluções que diferem em suas pressões osmóticas são separadas por uma membrana, uma pressão hidrostática será criada.
O processo de osmose leva à formação de uma pressão hidrostática. A diferença de pressão leva a um aumento no nível da solução mais concentrada, à medida que a água se difunde nela. O aumento do 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 de volta ao comportamento I, na mesma taxa que a osmose faz com que as moléculas se movam do compartimento I para o II.
A pressão da água que causa o recuo das partículas (do compartimento I para o II) é chamada de pressão osmótica da solução no compartimento II..
Graças ao fenômeno osmótico, a água pode se mover passivamente através das membranas celulares. Historicamente, sabe-se que os animais carecem de um sistema ativo de transporte de água para controlar o fluxo dessa substância..
No entanto, os sistemas de transporte de soluto ativo podem mudar a direção do movimento da água em uma direção favorável. Dessa forma, o transporte ativo de soluto é uma forma pela qual os animais usam sua energia metabólica para controlar a direção do transporte de água..
Existem fórmulas matemáticas que permitem medir a taxa em que a água atravessa as membranas por osmose. A equação para calculá-lo é a seguinte:
Taxa de transporte osmótico de água = K (Π1-Πdois / X). Onde Π1 e Πdois são as pressões osmóticas das soluções em ambos os lados da membrana e X é a distância que as separa.
O relacionamento (Π1-Πdois / 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.
A difusão ocorre pelo movimento térmico aleatório de moléculas dissolvidas ou suspensas, o que causa sua dispersão das 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 das moléculas..
No caso de a substância ser eletrolítica, deve ser considerada a diferença total de carga entre os dois compartimentos - além das concentrações..
Difusão e osmose não são termos opostos, muito menos conceitos mutuamente exclusivos.
As moléculas de água têm a capacidade de se mover rapidamente através das membranas celulares. Como explicamos, eles se difundem de uma região de baixa concentração de soluto para uma de alta concentração em um processo chamado osmose..
Parece-nos estranho falar em "concentração de água", mas esta substância se comporta como qualquer outra substância. Ou seja, se difunde em favor de seu gradiente de concentração.
No entanto, alguns autores usam o termo "difusão de água" como sinônimo de osmose. Aplicá-lo literalmente a sistemas biológicos pode estar errado, uma vez que foi demonstrado que a taxa de osmose através das membranas biológicas é maior do que seria esperado por um simples processo de difusão..
Em alguns sistemas biológicos, a água passa por difusão simples através da membrana celular. No entanto, algumas células possuem canais especiais para a passagem de água. Os mais importantes são chamados de aquaporinas, aumentando a velocidade do fluxo de água através da membrana..
Dentro dos sistemas biológicos, o movimento da água através das membranas celulares é crucial para a compreensão de dezenas de processos fisiológicos. Alguns exemplos são:
Um exemplo interessante do papel da osmose em animais é a troca de água que ocorre em peixes de água doce..
Animais que habitam corpos de água doce estão em constante ingestão de água do rio ou lagoa onde vivem em seus corpos, uma vez que a concentração de plasma sanguíneo e de outros fluidos corporais tem uma concentração muito maior do que a da água..
As espécies de peixes Carassius auratus vive em ambientes de água doce. Um indivíduo que tem massa de 100 gramas pode ganhar cerca de 30 gramas de água por dia graças ao movimento da água dentro de seu corpo. Os peixes têm sistemas caros de energia para continuamente derramar o excesso de água.
No sistema gastrointestinal dos 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 revestem os intestinos.
Se este sistema não realizar o seu trabalho, podem ocorrer episódios de diarreia grave. O prolongamento desse mau funcionamento pode levar à desidratação do paciente..
O volume de água dentro 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 permite a entrada de água, ela pode explodir. Em contraste, as células vegetais têm uma parede que as protege do estresse osmótico.
Na verdade, as plantas não lenhosas aproveitam essa pressão gerada pela entrada passiva da água. Essa pressão ajuda a manter os diferentes órgãos da planta, como as folhas, túrgidos. Assim que a água começa a sair das células, a célula perde turgor e murcha.
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