Lezione 4 Fisiologia generale

In tabella:

All’interno della cellula abbiamo 0,5 M che mi da 1 Osm.

All’esterno passiamo da 0,5 M (aggiungendo l’acqua distillata al volume dell’ambiente

extracellulare) a 0,25 M di sali e quindi passiamo a 0,5 Osm.

In questo caso se andiamo a guardare la concentrazione osmolare interna e la concentrazione

osmolare esterna possiamo dire che la soluzione è IPOOSMOTICA/IPOOSMOLARE.

Questa soluzione richiama acqua all’interno della cellula e quindi determina un aumento del

→

volume cellulare è una soluzione ipoosmotica e allo stesso tempo ipotonica.

Ha una concentrazione di soluti minore rispetto a quella intracellulare => quindi è ipoosmolare.

È una soluzione che non è in grado di mantenere inalterato il volume cellulare ma ne determina un

aumento => quindi è una soluzione ipotonica.

In questo caso i due concetti si equivalgono. I sali presenti nell’ambiente extracellulare non

permeano la membrana e quindi passa soltanto acqua all’interno della cellula, questo provoca un

aumento di volume. Il volume aumenta fino a che la concentrazione di sali all’interno è uguale alla

concentrazione di sali all’esterno.

Per esempio, se qui il volume iniziale era 1, la concentrazione interna diventerà 0,5 Osm quando il

volume è raddoppiato, quindi quando è diventato 2. (i volumi 1 e 2, si possono immaginare come

Litri, ma in realtà la cellula non può avere un volume di 1 o 2 L, infatti sono i volumi relativi).

→

RIASSUMENDO: se metto una cellula in una soluzione ipotonica ho un aumento di volume.

L’acqua che passa non cambia la concentrazione extracellulare perché il volume extracellulare è

estremamente più grande rispetto al volume della cellula; quindi l’acqua che dall’ambiente

esterno passa nel citosol, non altera le concentrazioni extracellulare e il volume extracellulare.

Le concentrazioni extracellulari si considerano invariate rispetto a quelle intracellulari (la quali

cambiano).

(Questo perché la situazione che stiamo analizzando è quella di una cellula in una vaschetta --> la

vaschetta ha un volume infinitamente più grande rispetto al volume della cellula. La quantità di

acqua necessaria per determinare un aumento di volume della cellula (che diventi il doppio), è

infinitamente più bassa rispetto alla quantità che ci vorrebbe per cambiare in maniera significativa

la concentrazione extracellulare)

Caso 3:

Si ottiene una situazione analoga a questa quando alla soluzione che io ho diluito con acqua

distillata (che è diventata 0,25 M), aggiungo una quantità di un soluto 0,5 M, che porta

l’osmolarità esterna uguale a quella interna. Questo soluto che adopero è glicerolo.

In tabella:

All’esterno ho 0,25 M di sali che mi danno un’osmolarità di 0,5 Osm. In più aggiungo 0,5 M di

glicerolo (che non si dissocia) che ha un’osmolarità di 0,5 Osm. Quindi nell’ambiente extracellulare

avrò un totale di 1 Osm.

All’interno avrò 0,5 M di sali, quindi 1 Osm come concentrazione osmotica.

In questa situazione diluisco l’acqua di mare, però poi faccio in modo che la sua osmolarità sia

uguale a quelle intracellulare. In questo caso la soluzione sarà isoosmotica.

PERÒ questa soluzione non è in grado di mantenere invariato il volume, quindi questa soluzione fa

si che il volume della cellula passi da 1 a 2 (raddoppia) => è una soluzione anche ipotonica (oltre ad

essere isoosmotica). Questo è legato al fatto che la membrana cellulare è permeabile al glicerolo.

Il soluto permeabile che utilizzo per creare una soluzione isoosmotica non è in grado di garantire il

mantenimento del volume della cellula invariato.

Perché il volume cambia? Che cos’è che accade in una cellula?

Una soluzione isoosmotica può essere ipotonica se i soluti presenti in essa permeano la

membrana.

Situazione iniziale:

- All’interno della cellula: 0,5 M – osmolarità 1 Osm – volume 1

- All’esterno: sali 0,5 M – 1 Osm --> isoosomotica

Alla fine: siccome il glicerolo permea la membrana, all’interno della cellula troviamo glicerolo 0,5

M e, siccome il volume è raddoppiato (a causa della permeabilità), la concentrazione dei sali è

passata da 0,5 M a 0,25 M.

=> Siamo in una situazione sia di equilibrio osmotico sia di equilibrio di contrazione.

Perché se una sostanza permea la membrana, questa non partecipa e non determina la tonicità

della soluzione?

Perché considerando la situazione iniziale, è vero che ho 1 Osm all’esterno e 1 Osm all’interno

(quindi non mi aspetto che ci sia un passaggio di acqua tra cellula e ambiente extracellulare), ma

ho una situazione in cui non c’è un equilibrio chimico, perché all’esterno della cellula è presente

glicerolo, mentre all’interno della cellula il glicerolo è assente.

Se il glicerolo fosse impermeabile, quindi non potesse passare all’interno della cellula, questa

sarebbe una situazione di equilibrio. Questo perché se la membrana fosse impermeabile al soluto,

questo non può entrare all’interno della cellula (quindi anche se ho una differente concentrazione

io non potrò mai avere il passaggio di questa sostanza). Questo soluto però esercita il suo effetto

osmotico perché è una particella in soluzione. Quindi se fosse impermeabile io avrei un equilibrio

osmotico e avrei anche una specie di equilibrio dal punto di vista chimico *.

*Questo equilibrio non può essere definito come un “vero e proprio” equilibrio chimico perché le

due concentrazioni non sono uguali. Inoltre, non posso parlare di equilibrio chimico per un soluto

a cui la membrana non è permeabile. Infatti, posso stabilire un equilibrio a un flusso di una

sostanza, solo per sostanze che sono in grado di attraversare la membrana. Non posso definirlo

per una sostanza che non passa, la quale resterà ferma ed eserciterà il suo effetto osmotico.

(cosa succede nel caso 3):

Il glicerolo è permeabile, quindi non sono in una situazione di equilibrio chimico per il glicerolo.

In questo caso, l’acqua non passa perché inizialmente siamo in equilibrio osmotico, ma il glicerolo

attraversa la membrana, fino a quando la sua concentrazione all’interno diventa uguale a quella

esterna (raggiungo equilibrio chimico).

(i passaggi di acqua e soluto da una parte all’altra avvengo contemporaneamente ma per capire

meglio ha fatto passaggio per passaggio)

In tabella:

All’esterno: 0,25 M Sali che danno 0,5 Osm. 0,5 M glicerolo che danno 0,5 Osm. Totale 1 Osm.

All’interno: 0,5 M Sali che danno 1 Osm. In più sono presenti 0,5 M di glicerolo proveniente

dall’esterno che attraversa la membrana, che mi danno 0,5 Osm.

Questo mi dice che ho raggiunto l’equilibrio chimico quando all’interno della cellula è entrato 0,5

M di glicerolo. In questo caso ho la stessa concentrazione della sostanza sia all’interno sia

all’esterno, però sono in una situazione di squilibrio osmotico perché è successo che l’osmolarità

che prima era 1 Osm ora è diventata 1,5 Osm (cioè è diventata il 50% più grande rispetto a prima).

A questo punto la cellula esercita il richiamo di acqua dall’ambiente esterno.

Quindi: all’interno della cellula ho 1,5 Osm e all’esterno ho 1 Osm; ho un passaggio di acqua e un

aumento di volume. Il volume inizialmente era 1, ma perché 1,5 Osm diventi 1 Osm occorre che il

volume aumenti del 50%, e quindi da 1 diventa 1,5.

L’acqua entra perché all’interno della cellula ho sali che mi danno una concentrazione osmotica di

1 Osm ma ho anche glicerolo che contribuisce all’osmolarità della cellula perché è una particella in

soluzione. E quindi in totale all’interno della cellula ho una concentrazione osmotica che è 1,5 Osm

(1 Osm dovuta ai sali – 0,5 Osm dovuta al glicerolo). L’osmolarità dipende dal numero di particelle

(prima c’erano solo i Sali quindi erano solo loro a contribuire all’osmolarità, ora è presente anche il

glicerolo quindi partecipa anche lui e quindi diventa 1,5 Osm). All’esterno è rimasta 1 Osm.

È necessario che entri acqua per ristabilire l’equilibrio osmotico. La membrana è permeabile

→

all’acqua, quindi se c’è uno squilibrio l’acqua si muove si muove in modo da portare la

situazione all’equilibrio. Quindi entra acqua nella cellula. Non cambia niente di quello che c’è

all’esterno, ma il volume cellulare cambia. Il volume cambia della quantità necessaria per riportare

1,5 Osm

l’osmolarità interna uguale a quella esterna. Quindi se il volume iniziale è (1,5 in un

1

1,5 Osm

volume unitario), il volume deve diventare = 1, quindi il volume aumenta del 50% (passa da

1,5

1 a 1,5).

Ora con questo volume aumentato cosa è successo ai soluti?

1 Osm →

I sali sono diventati = 0,67 Osm la concentrazione osmolare è diventata 0,67 Osm. (in

1,5

figura dice che i sali sono diventati 0,33 perché considera la concentrazione 0,5 in un volume che è

diventato 1,5).

Il glicerolo è entrato 0,5 M, per far diventare 0,5 Osm in un volume unitario. Ma se il volume è

0,5 Osm

aumentato del 50% fino a 1,5, la sua concentrazione è diventata = 0,33 Osm.

1,5

Quindi: entra glicerolo per equilibrarsi con l’ambiente esterno. Questo altera l’osmolarità

intracellulare che diventa più grande di quella esterna, richiama acqua, l’acqua che entra aumenta

il volume e diluisce i soluti.

Per cui, di nuovo, quando si raggiunge questa situazione si ha 0,33 di glicerolo all’interno, mentre

all’esterno è 0,5. Quindi abbiamo di nuovo uno squilibrio chimico => il glicerolo all’esterno è a

concentrazione più elevata rispetto a quella presente all’interno della cellula.

A questo punto: entra glicerolo in modo da portare la concentrazione da 0,33 Osm a 0,5 Osm. La

differenza di osmolarità è 0,17 ma la quantità che entra è più grande, perché devo avere poi 0,5

Osm in un volume che non è più 1, ma è 1,5.

Se si vogliono fare i conti, bisogna tenere conto che ne entrano 0,17x1,5 = 0,225 perché ho un

volume che è aumentato rispetto all’iniziale, cioè non ho più un volume unitario.

Questa situazione determina un aumento dell’osmolarità intracellulare che passa da 0,33 a 0,5,

quindi l’osmolarità diventa 0,17 Osm in un vo