Osmose e Diálise—Difusão através de Membranas
Alguns dos mais interessantes exemplos de difusão ocorre através de barreiras que afetam as taxas de difusão. Por exemplo, quando molha um tornozelo inchado com sal de Epsom, a água difunde-se através da pele. Muitas substâncias movem-se regularmente através das membranas celulares; o oxigénio entra, o dióxido de carbono sai, os nutrientes entram e os resíduos saem, por exemplo. Porque as membranas são estruturas finas (tipicamente 6.5 × 10-9 a 10 × 10-9 m de diâmetro) as taxas de difusão através delas podem ser altas. A difusão através das membranas é um método importante de transporte. Membranas são geralmente permeáveis seletivamente, ou semipermeáveis. (Ver Figura 3. Um tipo de membrana semipermeável tem pequenos poros que permitem que apenas pequenas moléculas passem. Em outros tipos de membranas, as moléculas podem se dissolver na membrana ou reagir com moléculas na membrana enquanto se movem. A função de membrana, de fato, é objeto de muita pesquisa atual, envolvendo não só fisiologia, mas também química e física.
Figura 3. a) uma membrana semipermeável com pequenos poros que só permitem a passagem de moléculas pequenas. b) certas moléculas dissolvem-se nesta membrana e difundem-se através dela.
Osmose é o transporte de água através de uma membrana semipermeável de uma região de alta concentração para uma região de baixa concentração. A osmose é impulsionada pelo desequilíbrio na concentração da água. Por exemplo, a água está mais concentrada no seu corpo do que no Sal de Epsom. Quando molha um tornozelo inchado em sal de Epsom, a água sai do seu corpo para a região de concentração mais baixa no Sal. Similarmente, a diálise é o transporte de qualquer outra molécula através de uma membrana semipermeável devido à sua diferença de concentração. Tanto a osmose como a diálise são usadas pelos rins para limpar o sangue. A osmose pode criar uma pressão substancial.
considere o que acontece se a osmose continuar por algum tempo, como ilustrado na Figura 4. A água move-se pela osmose da esquerda para a região à direita, onde está menos concentrada, fazendo com que a solução à direita suba. Este movimento vai continuar até que a pressão pgh criada pela altura extra de fluido à direita é grande o suficiente para parar mais osmose. Esta pressão é chamada de contrapressão. A pressão de retorno pgh que pára a osmose também é chamada de pressão osmótica relativa se nenhuma das soluções é água pura, e é chamada de pressão osmótica se uma solução é água pura. A pressão osmótica pode ser grande, dependendo do tamanho da diferença de concentração. Por exemplo, se a água pura e a água do mar são separadas por uma membrana semipermeável que não passa sal, a pressão osmótica será de 25,9 atm. Este valor significa que a água se difunde através da membrana até que a superfície da água salgada suba 268 m acima da superfície da água pura! Um exemplo de pressão criada pela osmose é turgor em plantas (muitas murcham quando muito secas). Turgor descreve a condição de uma planta na qual o fluido em uma célula exerce uma pressão contra a parede celular. Esta pressão dá suporte à planta. A diálise pode igualmente causar pressões substanciais.
Figura 4. a) duas soluções açúcar-água de diferentes concentrações, separadas por uma membrana semipermeável que passa pela água mas não pelo açúcar. Osmose será à direita, já que a água está menos concentrada lá. (b) the fluid level increases until the back pressure pgh equal the relative osmotic pressure; then, the net transfer of water is zero.
a osmose reversa e a diálise reversa (também chamada filtração) são processos que ocorrem quando a contrapressão é suficiente para reverter a direção normal das substâncias através das membranas. A contrapressão pode ser criada naturalmente como no lado direito da Figura 4. (Um pistão também pode criar esta pressão. A osmose reversa pode ser usada para dessalinizar a água simplesmente forçando-a através de uma membrana que não passará pelo sal. Do mesmo modo, a diálise inversa pode ser utilizada para filtrar qualquer substância que uma dada membrana não passe.Um outro exemplo do movimento de substâncias através das membranas merece ser mencionado. Por vezes, verificamos que as substâncias vão na direcção oposta à que esperamos. As raízes de cipreste, por exemplo, extraem água pura da água salgada, embora a osmose a movesse na direção oposta. Isto não é osmose reversa, porque não há pressão de volta para causá-lo. O que está acontecendo é chamado transporte ativo, um processo no qual uma membrana viva gasta energia para mover substâncias através dela. Muitas membranas vivas movem a água e outras substâncias através do transporte activo. Os rins, por exemplo, não só usam osmose e diálise—eles também empregam transporte ativo significativo para mover substâncias para dentro e para fora do sangue. De fato, estima-se que pelo menos 25% da energia do corpo é gasta no transporte ativo de substâncias a nível celular. O estudo do transporte ativo nos leva aos domínios da microbiologia, Biofísica e bioquímica e é uma aplicação fascinante das leis da natureza às estruturas vivas.