Tonicidad

En biología química , la tonicidad es una medida del gradiente de presión osmótica efectivo; es decir, el potencial hídrico de dos soluciones separadas por una membrana celular parcialmente permeable . La tonicidad depende de la concentración relativa de solutos selectivos impermeables a la membrana celular, lo que determina la dirección y la magnitud del flujo osmótico . Se utiliza comúnmente para describir la respuesta de hinchamiento o contracción de las células inmersas en una solución externa.

A diferencia de la presión osmótica, la tonicidad solo se ve influenciada por los solutos que no pueden atravesar la membrana, ya que solo estos ejercen una presión osmótica efectiva. Los solutos que pueden atravesar libremente la membrana no afectan la tonicidad porque siempre se equilibrarán con concentraciones iguales a ambos lados de la membrana sin movimiento neto del disolvente. También es un factor que afecta la imbibición .

Hay tres clasificaciones de tonicidad que una solución puede tener en relación con otra: hipertónica , hipotónica e isotónica . ^{[ 1 ]} Un ejemplo de solución hipotónica es el agua destilada.

Una solución hipertónica tiene una mayor concentración de solutos no permeables que otra solución. ^{[ 2 ]} En biología, la tonicidad de una solución generalmente se refiere a su concentración de solutos en relación con la de otra solución al otro lado de la membrana celular ; una solución fuera de la célula se denomina hipertónica si tiene una mayor concentración de solutos que el citosol dentro de la célula. Cuando una célula se sumerge en una solución hipertónica, la presión osmótica tiende a forzar la salida de agua de la célula para equilibrar las concentraciones de los solutos a ambos lados de la membrana celular. El citosol, por el contrario, se clasifica como hipotónico, opuesto a la solución externa. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Cuando las células vegetales se encuentran en una solución hipertónica, la membrana celular flexible se separa de la pared celular rígida , pero permanece unida a ella en puntos llamados plasmodesmos . Las células suelen adquirir la apariencia de un alfiletero , y los plasmodesmos prácticamente dejan de funcionar debido a su constricción, un proceso conocido como plasmólisis . En las células vegetales, los términos isotónico, hipotónico e hipertónico no pueden utilizarse con precisión, ya que la presión ejercida por la pared celular afecta significativamente el punto de equilibrio osmótico. ^{[ 5 ]}

Algunos organismos han desarrollado métodos complejos para contrarrestar la hipertonicidad. Por ejemplo, el agua salada es hipertónica para los peces que la habitan. Debido a que los peces necesitan una gran superficie en sus branquias en contacto con el agua de mar para el intercambio de gases , pierden agua osmóticamente hacia el mar a través de las células branquiales. Responden a esta pérdida bebiendo grandes cantidades de agua salada y excretando activamente el exceso de sal. ^{[ 6 ]} Este proceso se denomina osmorregulación . ^{[ 7 ]}

Una solución hipotónica tiene una concentración de solutos menor que otra solución. En biología, una solución fuera de la célula se denomina hipotónica si tiene una concentración de solutos menor que la del citosol . Debido a la presión osmótica , el agua se difunde hacia el interior de la célula, y esta suele aparecer turgente o hinchada. En células sin pared celular , como las células animales, si el gradiente es lo suficientemente grande, la absorción de agua en exceso puede generar la presión suficiente para inducir la citólisis o la ruptura celular. Cuando las células vegetales se encuentran en una solución hipotónica, la vacuola central absorbe agua adicional y empuja la membrana celular contra la pared celular. Debido a la rigidez de la pared celular, esta ejerce una fuerza de reacción que impide que la célula explote. Esto se denomina presión de turgencia . ^{[ 8 ]}

A solution is isotonic when its effective osmole concentration is the same as that of another solution. In biology, the solutions on either side of a cell membrane are isotonic if the concentration of solutes outside the cell is equal to the concentration of solutes inside the cell. In this case the cell neither swells nor shrinks because there is no concentration gradient to induce the diffusion of large amounts of water across the cell membrane. Water molecules freely diffuse through the plasma membrane in both directions, and as the rate of water diffusion is the same in each direction, the cell will neither gain nor lose water.

An iso-osmolar solution can be hypotonic if the solute is able to penetrate the cell membrane. For example, an iso-osmolar urea solution is hypotonic to red blood cells, causing their lysis. This is due to urea entering the cell down its concentration gradient, followed by water. The osmolarity of normal saline, 9 grams NaCl dissolved in water to a total volume of one liter, is a close approximation to the osmolarity of NaCl in blood (about 290 mOsm/L). Thus, normal saline is almost isotonic to blood plasma. Neither sodium nor chloride ions can freely pass through the plasma membrane, unlike urea.

• Osmotic concentration
• Osmosis
• Salinity