Osmose

Compreender o fenômeno osmótico é pré-requisito para diversos assuntos do programa de Biologia do segundo grau. Em fisiologia vegetal a osmose está associada, por exemplo, aos processos de transporte de seiva pelos vasos condutores, à manutenção da forma da planta (esqueleto hidrostático) e à realização de movimentos. Em fisiologia animal está relacionada, por exemplo, com os processos de troca de substâncias entre as células e o ambiente intercelular (como a que ocorre na região dos capilares sangüíneos) e com a filtração renal.

Osmose é um fenômeno físico-químico que ocorre quando duas soluções aquosas de concentrações diferentes entram em contato através de uma membrana semipermeável. Os seres vivos depararam-se com a osmose desde sua origem, uma vez que tudo indica que eles surgiram em meio aquoso como sistemas isolados do ambiente por uma membrana semipermeável. Durante o processo evolutivo os seres vivos desenvolveram não só maneiras de evitar problemas causados pela osmose (inchação ou dessecamento), como também processos que aproveitam a dinâmica osmótica nos fenômenos biológicos.

É importante enfatizar que na osmose, a difusão de água através da membrana semipermeável ocorre tanto da solução hipotônica para a hipertônica quanto no sentido inverso. A pressão de difusão da água, porém, é maior no sentido da solução hipotônica para a hipertônica.

Difusão Facilitada:

A superfície da membrana plasmática possui proteínas especiais, receptoras ou permeases, que reconhecem e transportam (carregadoras) substâncias alimentares de fora para o interior das células ou vice-versa. É um processo de facilitação que segue o gradiente de concentração, sem gasto de energia, como acontece também na osmose.

Transporte Ativo:

Já vimos que na difusão e na osmose, por processos puramente físicos, as moléculas tendem a se deslocar do local de sua maior concentração para a região de menor concentração. Contudo o inverso também pode ocorrer em células vivas. Isto é evidentemente contrário à tendência natural da difusão, e para poder ocorrer, necessita de um gasto de energia: é o transporte ativo. Quando analisamos o conteúdo de uma hemácia, encontramos nela concentrações de íons de sódio (Na+) muito menor do que a concentração de sódio no plasma (solução aquosa do sangue). Ora, se raciocinarmos em termos de difusão deveria entrar na célula até que as concentrações fora e dentro se igualassem.

No entanto, isto não ocorre, enquanto a hemácia estiver viva, sua concentração interna de Na+ é baixa.

A explicação para este fenômeno é a seguinte:

Na realidade está ocorrendo difusão e íons de Na+ estão continuamente penetrando na célula. Porém ao mesmo tempo a membrana está expulsando íons Na+ da célula, sem parar. Esta expulsão se faz por transporte ativo. Desta forma, a concentração interna de Na+ continua baixa, porém, às custas de um trabalho constante por parte da célula.

Já a situação do íon potássio (K+) na hemácia é inversa: encontramos sempre na célula concentração de potássio (K+) muito superior à do plasma.

O K+, por difusão, tende a "fugir" da célula, porém a membrana o reabsorve constantemente. Ou seja, a membrana "força" a passagem do K+ de um local de menor concentração (plasma), para o de maior concentração gastando energia no processo.

Apesar dos íons Na+ e K+ terem aproximadamente o mesmo tamanho, e, portanto igual difusibilidade percebemos que a membrana plasmática se comporta de maneira totalmente diferente em relação a cada um deles. Aqui se pode falar, sem dúvida, em permeabilidade seletiva.

Muitas são as situações em que se verifica o transporte ativo. Certas algas marinhas concentram o iodo em porcentagem centenas de vezes maior do que existe na água do mar; as células da tireóide retiram o iodo do sangue por transporte ativo.

Osmose em Célula Vegetal:

As células vegetais apresentam dois tipos de membranas:

Membrana celulósica (parede celular), composta por celulose (polissacarídeo), permeável e de grande resistência mecânica. Aparece externamente à membrana plasmática oferecendo proteção à célula (como se fosse uma armadura).

Membrana plasmática (membrana celular): composição lipoprotéica, elástica e semipermeável. É responsável pela seletividade das substâncias que poderão entrar ou sair da célula.

O grande vacúolo da célula vegetal adulta ocupa a maior parte do volume citoplasmático e sua concentração é o fator primordial para regular as trocas osmóticas entre a célula (membrana plasmática-semipermeável) e o ambiente que a cerca.

Nas células, que apresentem bom volume de água, terão a membrana plasmática pressionada contra a parede de celulose rígida, a qual vai oferecendo resistência crescente à entrada de água no citoplasma.

Há uma equação que descreve essas trocas osmóticas:

Sc = Si - M

Sc = Sucção celular

Si = Sucção interna (Será tanto maior quanto maior for a concentração osmótica do vacúolo e do citoplasma da célula).

M = resistência da membrana celulósica

Outra forma de expressar as mesmas grandezas:

D.P.D. = P.O. - P.T.

D.P.D. = Déficit de pressão de difusão

P.O. = Pressão osmótica

P.T. = Pressão de turgor

Assim podem ocorrer as situações:

a) As células vegetais mergulhadas em ambiente hipotônico (por exemplo, água destilada) estarão com seu volume máximo, ou seja, as células estarão túrgidas e a resistência da membrana celulósica (M) também será máxima.

b) Nas células flácidas o volume de água intracelular não chega a pressionar a membrana celulósica (M):


M = 0 Sc = Si

c) As células plasmolisadas estiveram mergulhadas em solução hipertônica e perderam tanta água, que a membrana plasmática "descolou" da celulósica (M) tendo citoplasma e vacúolo muito reduzidos:


M = 0 Sc = Si

Se esta célula for colocada em água destilada voltará a ganhar água, realizando deplasmólise.

d) Se a célula vegetal estiver exposta no ar e a ventilação promover lenta perda de água, o vacúolo reduz seu volume e a membrana celulósica acompanha essa retração (fica com M negativo!):


Sc = Si - (-M)

Um questionamento freqüente dos estudantes é sobre a energia envolvida no processo de osmose. A pressão desenvolvida nos sistemas osmóticos resulta diretamente da pressão de difusão da água, que em última análise é gerada pela energia cinética inerente às partículas em solução. Ou seja, a própria energia térmica de agitação das partículas é a responsável pelo trabalho realizado em sistemas osmóticos.

Os estudantes poderão aproveitar melhor os temas relativos à osmose se houver uma integração de conteúdos com o programa de Química. Mesmo que não seja possível combinar temporalmente o desenvolvimento do assunto, a integração sempre permite ampliar conceitos e reforçar o aprendizado.


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