La diffusione semplice
Il termine "concentrazione" è abbastanza ricorrente anche nel linguaggio comune. Se ci riferiamo ad una soluzione - acqua più sale per esempio, dove l'acqua è il solvente e il sale il soluto - la concentrazione indica la quantità di sale sciolta in una determinata quantità di acqua. Una soluzione sarà più concentrata di un'altra se in essa c'è sciolto più soluto.
Immagine DIA
Una importante proprietà dei liquidi è la diffusione, il fenomeno per il quale una sostanza tende a migrare da zone dove la concentrazione è maggiore a zone dove la concentrazione è minore, cioè secondo un gradiente di concentrazione, fino a raggiungere una distribuzione omogenea.
Anche nei sistemi biologici si assiste a fenomeni di diffusione secondo un gradiente di concentrazione: le piccole molecole - acqua, ossigeno, anidride carbonica , ecc. - si muovono spontaneamente attraverso le membrane delle cellule dalla zona a concentrazione più alta alla zona a concentrazione più bassa, finché le molecole non sono ugualmente distribuite nelle due zone.
Queste piccole molecole riescono a attraversare la struttura a doppio strato fosfolipidico della membrana, che è impermeabile alla maggior parte delle sostanze.
L'osmosi
L'osmosi è la diffusione dell'acqua attraverso una membrana semipermeabile, come la membrana plasmatica che si lascia attraversare dall'acqua e non dai soluti.
L'acqua entra ed esce dalla cellula per osmosi in dipendenza della concentrazione delle sostanze sciolte all'interno o all'esterno della cellula.
Se la cellula è immersa in una soluzione salina che abbia una concentrazione uguale a quella del suo contenuto cellulare - soluzione isotonica - la cellula è in equilibrio osmotico e non si assiste a nessun flusso netto di acqua.
Se una cellula è posta in una soluzione che abbia una concentrazione salina maggiore di quella del suo contenuto cellulare - soluzione ipertonica - la cellula si disidrata e si raggrinzisce; infatti la concentrazione dell'acqua è maggiore nella cellula, pertanto essa tende ad uscire. Si assiste al fenomeno della plasmolisi: la perdita d'acqua provoca il distacco del citoplasma e della membrana plasmatica dalla parete.
1. Cellula vegetale in ambiente ipertonico
Si spiega perché elevate dosi di concime possono essere dannose per le piante, o perché un naufrago non deve bere acqua salata. Gli organismi marini che vivono in ambienti ipertonici evitano la perdita di acqua, trattenendo nel sangue l'urea, così da creare un ambiente isotonico con l'esterno.
Se la cellula è immersa infatti in una soluzione salina che abbia una concentrazione minore rispetto a quella del suo contenuto cellulare - soluzione ipotonica - essa assorbe acqua, si rigonfia e diventa turgida, la concentrazione dell'acqua è minore nella cellula, pertanto l'acqua tende ad entrare.
2. Cellula vegetale in ambiente ipotonico
Come si vede nelle figure 2 e 3 il fenomeno è reversibile: le cellule plasmolisate, se immerse in acqua, riacquistano in pochi minuti l'aspetto normale.
3. Cellula vegetale in ambiente ipotonico
Gli effetti sono diversi se si tratta di una cellula animale o vegetale. La cellula animale richiamando acqua al suo interno può arrivare anche a scoppiare, la cellula vegetale, pur assorbendo acqua per osmosi che si accumula nel vacuolo centrale, non scoppia, in quanto incontra la resistenza della rigida parete cellulare che controbilancia il flusso d'acqua in entrata.
Alcuni organismi che vivono in ambienti ipotonici - come il Paramecio - che vive in acqua dolce, evitano di gonfiarsi grazie a speciali organuli - vacuoli contrattili - i quali riversano all'esterno l'acqua in eccesso che entra per osmosi.
Paramecio in una goccia d'acqua. Microscopio ottico 40X
In genere le cellule degli animali superiori vivono in un ambiente isotonico rispetto al sangue o al liquido interstiziale. Le attività di una cellula sono sensibili alla composizione dei fluidi intracellulari che dipende dalla composizione del liquido interstiziale, che a sua volta dipende dalla composizione del sangue. La composizione del sangue è controllata dagli organi escretori, i reni nei vertebrati, che mantengono ottimali la composizione dei fluidi corporei così da garantire alla cellula un ambiente idoneo di vita. Un animale può bere tanto o può restare senza bere per lungo tempo, può ingerire più o meno grandi quantità di sale, eppure la composizione dei fluidi corporei rimane pressoché costante grazie all'osmoregolazione (regolazione della pressione osmotica e della composizione ionica del sangue e dei liquidi interstiziali) attuata dagli organi escretori.
