Esercizi: L'osmosi

Definisci l'osmosi e indica quale proprietà deve avere una membrana perché si verifichi questo fenomeno.

Che cosa significa che una soluzione è ipotonica, isotonica o ipertonica rispetto a una cellula? Spiegalo indicando verso dove tende a muoversi l'acqua in ciascun caso.

Tre globuli rossi identici vengono immersi in tre soluzioni diverse (A, B e C) e dopo alcuni minuti presentano l'aspetto dello schema. Indica se la soluzione di ciascun recipiente era ipotonica, isotonica o ipertonica rispetto al globulo rosso, e giustifica la tua risposta.

Dei globuli rossi vengono immersi in acqua distillata. Spiega, applicando il concetto di osmosi, che cosa accadrà a queste cellule e perché.

Una cellula vegetale in un mezzo ipertonico subisce plasmolisi, mentre in un mezzo ipotonico diventa turgida ma non arriva a scoppiare, come invece farebbe una cellula animale. Spiega quale struttura della cellula vegetale lo impedisce e come agisce.

Anche i batteri subiscono gli effetti dell'osmosi. Usa questo fatto per spiegare perché la salatura e la zuccheratura sono metodi tradizionali efficaci per conservare gli alimenti.

Si collocano eritrociti umani in tre provette: la provetta 1 contiene $\text{NaCl}$ al $0,9\,\%$ ($0,9\ \text{g/100\ mL}$); la provetta 2 contiene $\text{NaCl}$ al $0,2\,\%$; e la provetta 3 contiene una soluzione acquosa di urea $0,3\ \text{M}$ (la cui osmolarità iniziale è di circa $300\ \text{mOsm/L}$, equivalente a quella del citoplasma dell'eritrocita). Al microscopio si osserva che nella provetta 1 i globuli rossi conservano il loro volume, mentre sia nella provetta 2 sia nella provetta 3 subiscono rigonfiamento e lisi completa (emolisi). Giustifica il comportamento osmotico degli eritrociti nelle provette 1 e 2, e spiega l'apparente contraddizione della provetta 3 sapendo che la membrana è permeabile all'urea.

Si analizza la risposta cellulare alla salinità in due specie vegetali: l'alofita Salicornia europaea e la glicofita Arabidopsis thaliana. Quando la concentrazione di $\text{NaCl}$ nel suolo aumenta fino a $300\ \text{mM}$, Arabidopsis subisce plasmolisi irreversibile e muore, mentre Salicornia mantiene la turgidità sequestrando attivamente gli ioni $\text{Na}^+$ nei suoi vacuoli e accumulando prolina e altri soluti compatibili nel citosol. Interpreta il problema osmotico che la salinità del suolo genera per le radici, giustifica in termini termodinamici come le due adattamenti di Salicornia le permettano di continuare ad assorbire acqua senza alterare la funzione dei suoi enzimi citoplasmatici e prevedi che cosa accadrebbe alla turgidità se si inibisse il trasporto attivo verso il vacuolo.

Nell'osmometro a U dello schema, una membrana semipermeabile perfetta (permeabile all'acqua e impermeabile ai soluti) separa due soluzioni acquose di glucosio 0,1 M e 0,5 M. All'inizio il livello del liquido è identico in entrambi i bracci.

1. a) Uno studente afferma che il flusso netto di acqua continuerà finché la concentrazione di glucosio nei due bracci non si eguaglierà esattamente a 0,3 M. Confuta in modo motivato la sua affermazione spiegando quale forza fisica arresta l'osmosi e perché all'equilibrio indicato da «?» sussiste una differenza di concentrazione tra i due lati.
2. b) Se in un nuovo allestimento si sostituisce la soluzione di glucosio 0,5 M del braccio destro con una di NaCl 0,5 M mantenendo il glucosio 0,1 M nel sinistro, prevedi giustificando se il dislivello finale raggiunto sarà maggiore, minore o uguale a quello dell'esperimento iniziale.

Sfida del tema. Come consulente biomedico, devi valutare come lo stress osmotico influisce sull'integrità cellulare per progettare una bevanda isotonica.

1. Sperimentazione casalinga: Taglia tre strisce di patata di esattamente $5,0\text{ cm}$. Immergine una in acqua minerale (mezzo A), un'altra in acqua con $1,0\text{ g}$ di sale da cucina per $100\text{ mL}$ (mezzo B) e un'altra con $10,0\text{ g}/100\text{ mL}$ (mezzo C) per $2$ ore.

2. Raccolta dei dati: Misura con un righello millimetrato la lunghezza finale di ciascuna striscia, calcola la sua variazione percentuale ($\Delta L = \frac{L_f - L_i}{L_i} \cdot 100$) e registra la sua consistenza al tatto in una tabella.

3. Relazione motivata: Elabora un grafico con le tue misurazioni e scrivi una breve relazione in cui giustifichi:

4. Il comportamento osmotico osservato (turgore rispetto a plasmolisi) e il ruolo delle acquaporine.

5. Il motivo per cui l'ultrastruttura del doppio strato lipidico impedisce la libera diffusione degli ioni $\text{Na}^+$ e $\text{Cl}^-$, spiegando quale trasporto mediato (passivo o attivo) sarebbe necessario per attraversarlo.

Verranno valutati:

• Precisione nella raccolta dei dati empirici e nel calcolo di $\Delta L$.

• Corretta giustificazione biologica dell'osmosi in base alla tonicità del mezzo.

• Adeguata integrazione dell'ultrastruttura di membrana e dei meccanismi di trasporto.