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 ]}

Una solución es isotónica cuando su concentración osmolar efectiva es igual a la de otra solución. En biología, las soluciones a ambos lados de la membrana celular son isotónicas si la concentración de solutos fuera de la célula es igual a la concentración de solutos dentro de ella. En este caso, la célula no se hincha ni se encoge porque no existe un gradiente de concentración que induzca la difusión de grandes cantidades de agua a través de la membrana celular. Las moléculas de agua se difunden libremente a través de la membrana plasmática en ambas direcciones, y como la velocidad de difusión del agua es la misma en cada dirección, la célula no gana ni pierde agua.

Una solución isoosmolar puede ser hipotónica si el soluto puede penetrar la membrana celular. Por ejemplo, una solución isoosmolar de urea es hipotónica para los glóbulos rojos, causando su lisis . Esto se debe a que la urea entra en la célula siguiendo su gradiente de concentración, seguida del agua. La osmolaridad de la solución salina normal , 9 gramos de NaCl disueltos en agua hasta un volumen total de un litro, es una aproximación cercana a la osmolaridad del NaCl en la sangre (alrededor de 290 mOsm / L ). Por lo tanto, la solución salina normal es casi isotónica con el plasma sanguíneo. Ni los iones sodio ni los iones cloruro pueden atravesar libremente la membrana plasmática, a diferencia de la urea .

• Concentración osmótica
• Ósmosis
• Salinidad