Definizione di soluzione ipertonica
Una soluzione ipertonica contiene una maggiore concentrazione di soluti rispetto ad un’altra soluzione. La soluzione opposta con una concentrazione più bassa è conosciuta come soluzione ipotonica. Gli scienziati devono descrivere il contenuto delle cellule rispetto all’ambiente. Se una cellula è posta in una soluzione ipertonica, la cellula è considerata ipotonica.
Panoramica della soluzione ipertonica
Se il citosol della cellula è una soluzione ipertonica, significa che l’ambiente è ipotonico, o più debolmente concentrato. Questo è di grande importanza perché i soluti e l’acqua tendono a fluire o diffondere lungo i loro gradienti. Due soluzioni mescolate insieme alla fine diventeranno un’unica soluzione. Se le soluzioni sono separate da una membrana permeabile che lascia passare solo l’acqua, le soluzioni diventeranno isotoniche man mano che l’acqua si muove tra le due soluzioni. Le soluzioni isotoniche hanno concentrazioni uguali, anche se possono avere volumi diversi.
Questo movimento di ioni e acqua è estremamente importante per le cellule. Le cellule usano i gradienti di ioni per una serie di scopi. Per esempio, le cellule delle piante usano una soluzione ipertonica all’interno del loro vacuolo centrale per aiutare ad attirare l’acqua nel vacuolo. Questo espande la camera e permette alle piante di creare una pressione di turgore nelle loro cellule. Le cellule animali, specialmente le cellule nervose, si affidano a una soluzione ipertonica e agli ioni in essa contenuti per creare un potenziale d’azione o un segnale nervoso. L’attività elettrica di queste cellule si basa sulle cariche positive e negative degli ioni nella soluzione ipertonica.
Esempi di soluzioni ipertoniche
Rene umano
Per regolare la quantità di acqua nel corpo, il cervello umano ha proteine speciali chiamate osmorecettori, che possono misurare l’osmolarità dell’ambiente che circonda la cellula. Se l’ambiente diventa una soluzione altamente ipertonica, è perché non c’è abbastanza acqua nel sangue per diluire i soluti. L’ipotalamo rilascia ormoni aumentando la permeabilità delle membrane nel rene. Il rene riassorbe l’acqua che sarebbe stata escreta e la aggiunge di nuovo al flusso sanguigno. Il sangue diventa più isotonico rispetto alle cellule, e i processi normali possono continuare.
L’osmoregolazione delle tartarughe marine
Rispetto all’acqua dolce, l’acqua salata è una soluzione ipertonica. Ciò significa che le cellule, per funzionare, devono contenere un citosol che è una soluzione più ipertonica dell’acqua salata. Le tartarughe marine, per esempio, vivono in una soluzione molto più ipertonica rispetto alle tartarughe d’acqua dolce. Se si mette una tartaruga d’acqua dolce in acqua di mare, l’acqua di mare ipertonica disidrata la tartaruga. Invece di essere idratata dall’acqua, l’acqua densa di soluti dell’oceano estrarrà acqua dal corpo per bilanciare la differenza di osmolarità.
Per superare questo ostacolo, le tartarughe marine e altri animali marini hanno sviluppato percorsi unici per rimuovere i sali in eccesso. I sali si spostano dal tratto digestivo al flusso sanguigno. Quando raggiungono la ghiandola del sale, vengono rimossi. Questo crea un ambiente interno che è più ricco di soluti, ma che non perde quantità eccessive di acqua nell’ambiente.
Piante in soluzione ipertonica
Generalmente, le piante preferiscono vivere in ambienti ipotonici. In un ambiente ipotonico, l’acqua inonda facilmente le cellule delle piante e queste possono rimanere turgide, o rigide, a causa delle pressioni esercitate sulle loro pareti cellulari dall’afflusso di acqua. Le piante usano questo potenziale idrico per dare struttura ai loro corpi e spostare l’acqua dalle radici alla cima della pianta. Tuttavia, molte piante si sono adattate a vivere in ambienti ipertonici. Le paludi in riva al mare, le paludi di mangrovie e altre acque salmastre contengono un contenuto di sale molto più alto dell’acqua dolce. Il suolo si satura di questi sali, creando una concentrazione di soluti molto più alta nel suolo.
La maggior parte delle piante si avvizzirebbe se venisse trapiantata in questo habitat, ma un gruppo speciale di piante note come alofite si è evoluto per superare questo ostacolo. Aumentando l’osmolarità delle loro radici, le piante sono in grado di passare da un ambiente ipotonico all’interno della cellula rispetto all’ambiente, a una soluzione ipertonica nel citosol. Questo abbassa il potenziale idrico delle cellule delle radici e permette all’acqua di entrare nelle cellule. Le cellule immagazzinano i sali in eccesso nelle radici o trasportano i sali alle foglie, dove possono essere espulsi dalle ghiandole.
Una cellula in soluzione ipertonica
La membrana plasmatica che circonda le cellule è una speciale membrana permeabile che separa il contenuto della cellula dall’ambiente. La membrana plasmatica è incorporata con speciali proteine di trasporto di membrana che aiutano a trasportare i soluti attraverso. Ha anche speciali canali proteici chiamati acquaporine che permettono all’acqua di scorrere liberamente attraverso la membrana. La cellula deve usare energia per muovere attivamente i soluti dentro e fuori la cellula. Troppi soluti e il citosol diventerà una soluzione ipertonica rispetto all’ambiente. Le cellule senza pareti cellulari possono scoppiare in questa condizione.
Troppi pochi soluti nell’ambiente diventeranno la soluzione ipertonica. In questo caso, accadrà il contrario, poiché l’acqua si muove fuori dalla cellula. L’acqua si muove contro il gradiente di concentrazione dei soluti, spostandosi da zone di bassa concentrazione di soluti a zone di alta concentrazione di soluti. In un altro senso, l’acqua si muove con il gradiente di concentrazione dell’acqua, da zone di alta concentrazione di acqua a zone di bassa concentrazione di acqua.
Gli organismi che regolano l’osmolarità delle loro cellule sono conosciuti come osmoregolatori. Tipicamente, le cellule cercano di mantenere il loro citoplasma come una soluzione ipertonica rispetto all’ambiente. Anche se questo pone alcuni problemi strutturali, permette all’acqua di fluire liberamente attraverso la cellula e di partecipare a molte delle reazioni necessarie. Se le cellule fossero ipotoniche, alla fine perderebbero la maggior parte della loro acqua nell’ambiente. Altri organismi, osmoconformi, hanno la stessa osmolarità dell’ambiente, anche se i soluti esatti possono essere diversi. Questo assicura che non perdano né guadagnino molta acqua.