Exercicis: L'osmosi

Defineix osmosi i indica quina propietat ha de tenir una membrana perquè es produeixi aquest fenomen.

Què vol dir que una dissolució és hipotònica, isotònica o hipertònica respecte a una cèl·lula? Explica-ho indicant cap a on tendeix a moure's l'aigua en cada cas.

Tres glòbuls vermells idèntics s'introdueixen en tres dissolucions diferents (A, B i C) i al cap d'uns minuts presenten l'aspecte de l'esquema. Indica si la dissolució de cada recipient era hipotònica, isotònica o hipertònica respecte al glòbul vermell, i justifica la teva resposta.

S'introdueixen glòbuls vermells en aigua destil·lada. Explica, aplicant el concepte d'osmosi, què els passarà a aquestes cèl·lules i per què.

Una cèl·lula vegetal en un medi hipertònic pateix plasmòlisi, mentre que en un medi hipotònic es torna turgent però no arriba a esclatar, com sí que faria una cèl·lula animal. Explica quina estructura de la cèl·lula vegetal ho impedeix i com actua.

Els bacteris també pateixen els efectes de l'osmosi. Utilitza aquest fet per explicar per què la salaó i l'ensucrat són mètodes tradicionals eficaços per conservar aliments.

Es col·loquen hematies humans en tres tubs d'assaig: el tub 1 conté $\text{NaCl}$ al $0,9\,\%$ ($0,9\ \text{g/100\ mL}$); el tub 2 conté $\text{NaCl}$ al $0,2\,\%$; i el tub 3 conté una dissolució aquosa d'urea $0,3\ \text{M}$ (l'osmolaritat inicial de la qual és d'uns $300\ \text{mOsm/L}$, equivalent a la del citoplasma de l'hematie). Al microscopi s'observa que en el tub 1 els glòbuls vermells conserven el seu volum, però tant en el tub 2 com en el tub 3 pateixen inflor i lisi completa (hemòlisi). Justifica el comportament osmòtic dels eritròcits en els tubs 1 i 2, i explica l'aparent contradicció del tub 3 sabent que la membrana és permeable a la urea.

S'analitza la resposta cel·lular davant la salinitat en dues espècies vegetals: l'halòfita Salicornia europaea i la glucòfita Arabidopsis thaliana. En augmentar la concentració de $\text{NaCl}$ al sòl a $300\ \text{mM}$, Arabidopsis pateix plasmòlisi irreversible i mor, mentre que Salicornia manté la turgència segrestant activament els ions $\text{Na}^+$ als seus vacúols i acumulant prolina i altres soluts compatibles al seu citosol. Interpreta el problema osmòtic que genera la salinitat del sòl per a les arrels, justifica termodinàmicament com les dues adaptacions de Salicornia li permeten continuar absorbint aigua sense alterar la funció dels seus enzims citoplasmàtics i prediu què passaria amb la turgència si s'inhibís el transport actiu cap al vacúol.

En l'osmòmetre en U de l'esquema, una membrana semipermeable perfecta (permeable a l'aigua i impermeable a soluts) separa dues dissolucions aquoses de glucosa de 0,1 M i 0,5 M. A l'inici, el nivell de líquid és idèntic a tots dos braços.

1. a) Un estudiant afirma que el flux net d'aigua continuarà fins que la concentració de glucosa a tots dos braços s'iguali exactament en 0,3 M. Rebat de manera raonada la seva afirmació explicant quina força física atura l'osmosi i per què en l'equilibri indicat per «?» subsisteix una diferència de concentració entre tots dos costats.
2. b) Si en un nou muntatge se substitueix la dissolució de glucosa 0,5 M del braç dret per una altra de NaCl 0,5 M mantenint la de glucosa 0,1 M a l'esquerre, prediu justificadament si el desnivell final assolit serà més gran, més petit o igual que en l'experiment inicial.

Repte del tema. Com a assessor biomèdic, has d'avaluar com l'estrès osmòtic afecta la integritat cel·lular per dissenyar una beguda isotònica.

1. Experimentació casolana: Talla tres tires de patata d'exactament $5,0\text{ cm}$. Submergeix-ne una en aigua mineral (medi A), una altra en aigua amb $1,0\text{ g}$ de sal comuna per $100\text{ mL}$ (medi B) i una altra amb $10,0\text{ g}/100\text{ mL}$ (medi C) durant $2$ hores.

2. Presa de dades: Mesura amb regle mil·limetrat la longitud final de cada tira, calcula la seva variació percentual ($\Delta L = \frac{L_f - L_i}{L_i} \cdot 100$) i registra la seva consistència tàctil en una taula.

3. Informe raonat: Elabora una gràfica amb els teus mesuraments i redacta un informe breu on justifiquis:

4. El comportament osmòtic observat (turgència enfront de plasmòlisi) i el paper de les aquaporines.

5. La raó per la qual la ultraestructura de la bicapa lipídica impedeix la lliure difusió dels ions $\text{Na}^+$ i $\text{Cl}^-$, explicant quin transport mediat (passiu o actiu) requeririen per travessar-la.

Es valorarà:

• Precisió en la presa de dades empíriques i càlcul de $\Delta L$.

• Justificació biològica correcta de l'osmosi segons la toxicitat o tonicitat del medi.

• Integració adequada de la ultraestructura de membrana i els mecanismes de transport.