osmosi

osmosi

L’equilibrio della pressione dentro la cellula

Le cellule degli organismi viventi sono racchiuse da membrane semipermeabili, che permettono cioè il passaggio delle molecole dell’acqua ma non quello degli zuccheri e delle proteine. La pressione interna delle cellule è in equilibrio con quella esterna e ciò dipende dai flussi dell’acqua che sono regolati dall’osmosi, un fenomeno molecolare essenziale in tutto il mondo vivente

Acqua che entra e acqua che esce

fig. 1

Quando ci disinfettiamo un piccolo taglio con un batuffolo di cotone imbevuto con una soluzione di acqua ossigenata è sufficiente una goccia di sangue per arrossare tutta la parte bagnata del batuffolo. Questo fenomeno dipende dalla fuoriuscita dell’emoglobina dai globuli rossi. Infatti, se i globuli rossi sono immersi in acqua si gonfiano fino a scoppiare come palloncini, spandendo la rossa emoglobina nel liquido. D’altra parte, se i globuli rossi sono posti in acqua molto salata, si raggrinziscono e perdono ogni capacità vitale (v. fig. 1). I fatti indicano che nel primo caso è l’acqua che entra nei globuli a farli esplodere, mentre nel secondo è l’acqua che ne esce a provocare il loro raggrinzimento e la loro distruzione. Il processo responsabile di questi fenomeni è chiamato osmosi, e trova una spiegazione nelle proprietà di speciali membrane (come quelle che costituiscono la cellula) e delle molecole.

Le sostanze disciolte si comportano come i gas

L’osmosi è il risultato del movimento delle molecole, similmente a quanto avviene per la pressione dei gas. Le molecole dell’aria hanno un movimento caotico, e urtando le superfici generano la pressione atmosferica. Quando scendiamo con l’automobile da un passo di montagna ci accorgiamo che siamo diventati un po’ sordi. Il fatto è che in alta montagna l’aria è più rarefatta e la sua pressione è minore; così anche l’aria che è dietro i nostri timpani diminuisce di pressione.

Ebbene, si è scoperto che le molecole di una sostanza disciolta in un liquido si comportano come quelle di un gas; lo zucchero disciolto in acqua si diffonde in tutto il liquido disponibile, come farebbe un gas in una stanza, e urtando sulle pareti del recipiente esercita una pressione particolare, chiamata pressione osmotica.

Le membrane semipermeabili

fig. 2

La membrana che separa le cellule, e quindi anche i globuli rossi, dai liquidi che le circondano è una membrana semipermeabile, che ha la proprietà di regolare il traffico delle molecole in entrata o uscita dalle cellule. In particolare, queste membrane lasciano entrare o uscire dal loro spazio interno le piccole molecole dell’acqua, mentre le molecole voluminose come quelle degli zuccheri o degli enzimi non possono transitare da sole attraverso la membrana. Le molecole ingombranti sono preziose per la vita delle cellule, e sono presenti in gran numero al loro interno. Per esempio, nel caso del sangue si creerebbe un forte squilibrio di pressione osmotica fra interno ed esterno dei globuli, se nel sangue stesso non fossero disciolte altre sostanze come il cloruro di sodio (il comune sale da cucina), che compensano la pressione interna ai globuli dovuta alle sostanze nutritizie. Ma se i globuli rossi si ritrovano immersi in acqua pura la pressione dai due lati della membrana non è più equilibrata. Le grandi molecole interne non possono uscire, e allora sono le molecole dell’acqua che entrano tumultuosamente all’interno, nel tentativo di rendere meno concentrato il contenuto di molecole ingombranti e quindi di diminuire la pressione. È un tentativo disastroso, perché i globuli si gonfiano fino al punto che la membrana cede e si spacca, riversando il prezioso contenuto all’esterno, comprese le molecole di emoglobina che colorano l’acqua di rosso (v. fig. 2).

Dai grandi alberi alla dissalazione delle acque

L’osmosi è un fenomeno presente ovunque nel mondo della vita. I processi di trasporto dell’acqua nelle piante sono basati essenzialmente proprio sull’osmosi: in certi casi il processo osmotico consente all’acqua di salire per decine e decine di metri, dalle radici ai rami più alti dei grandi alberi. Poiché dipende dall’equilibrio tra una pressione interna e una esterna, il flusso dovuto all’osmosi può essere invertito (osmosi inversa). Così l’acqua di mare può essere dissalata forzando il suo passaggio attraverso opportune membrane: in questo modo l’acqua pura passa dall’altra parte ed è distribuita nell’acquedotto, mentre i sali ed eventuali impurezze vengono trattenuti nell’impianto di dissalazione.