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Arlindo Ugulino Netto ● MEDRESUMOS 2016 ● BIOFÍSICA 1 www.medresumos.com.br OSMOSE Osmose é a passagem de água através de uma membrana semipermeável do compartimento mais diluído para o mais concentrado. O movimento é passivo (sem gasto de energia) e a favor do gradiente de concentração de água. Para entender estes processos, devemos tomar nota dos conceitos de Pressão Hidrostática e Pressão Osmótica. Pressão Hidrostática (Phid): é a pressão exercida pelo solvente (H2O) sobre as paredes do compartimento que o contém. A pressão hidrostática é máxima quando o solvente é puro, e diminui à medida que se adiciona soluto ao solvente. Pressão Osmótica (Posm): é a pressão exercida pelas proteínas e solutos osmoticamente ativos, atuando no sentido de atrair água para o compartimento onde estão presentes. Na osmose, a pressão osmótica exercida pelas partículas em uma solução, sejam moléculas ou íons, é determinado pelo número dessas partículas por unidade de volume de líquido, e não pela massa das partículas. Exemplo I: Osmose é a passagem de água, através de uma membrana semipermeável, do compartimento mais diluído para o compartimento mais concentrado. Esse movimento ocorre de forma passiva e a favor do “gradiente de concentração da água”. No exemplo ao lado a Phid é maior de “B” para “A”, pois o solvente é puro, assim a osmose ocorrerá no mesmo sentido. Exemplo II: No exemplo ao lado ocorre osmose, de modo que todos os componentes são difusíveis (tanto o H2O como a glicose). O sistema é separado por uma membrana permeável. Em “A” a concentração de glicose é 2 molar e em “B”, 1 molar. Como o compartimento “B” é mais diluído vai surgir uma pressão hidrostática de “B” para “A”, e de glicose de “A” para “B”. Como a molécula de H2O é menor, ela se difunde mais rapidamente, provocando assim o desnível Δh observado entre ambos os compartimentos. Com o fluxo de água em direção a “A” vai tornando esse meio mais diluído, por consequência surgirá uma Phid de “A” para “B”. Ao final do processo o sistema atingir o equilíbrio e ambas as soluções apresentam a mesma concentração e mesmo volume. Exemplo III: No inicio do processo, é possível observar que devido ao fato de que o compartimento “B” está mais diluído surgirá um movimento de água de “B” para “A” (Phid). Há também a pressão osmótica que as macromoléculas exercem atraindo água para o compartimento “A”. Este por sua vez começa a receber água, produzindo o desnível observado entre os dois compartimentos, e consequentemente a Phid aumenta de “A” para “B”. O sistema atinge o equilíbrio quando a pressão osmótica se igualar a pressão hidrostática. Neste experimento, o desnível continua no equilíbrio devido às macromoléculas existentes não serem difusíveis. Arlindo Ugulino Netto. BIOFÍSICA 2016 Arlindo Ugulino Netto ● MEDRESUMOS 2016 ● BIOFÍSICA 2 www.medresumos.com.br Exemplo IV: A pressão do solvente é maior em “B” do que em “A” e, por isso, passa solvente de “B” para “A”. Essa passagem resulta na diluição do NaCl em “A” e uma maior concentração em “B”. Como consequência da movimentação da água, surge uma pressão de soluto em “B” maior que em “A”, e devido a isso passa soluto (NaCl) de “B” para “A”. Isto vai ocorrer até que a pressão osmótica se iguale a pressão hidrostática, estabelecendo assim o equilíbrio. OBS: Embora a concentração de NaCl seja igual dos dois lados, em quantidade é maior em “A”. Já a concentração de água em “A” é menor do que em “B”, mas a quantidade é maior. Isso ocorre devido às macromoléculas de um lado da membrana estarem atraindo o solvente e soluto. Esse efeito pode desaparecer se houver um furo na membrana, pois a macromolécula se difundirá para o compartimento adjacente. DETERMINAÇÃO DA PRESSÃO OSMÓTICA d = densidade do fluído g = gravidade h = altura da coluna n = número de moles R = constante universal dos gases T = temperatura (Kelvin) V = volume No equilíbrio, a pressão osmótica é numericamente igual à pressão exercida contra ela (a pressão hidrostática). (Cm – Concentração Molar). Ex: Calcular a pressão osmótica do fluído intracelular cuja concentração é de 0,3 osmol/litro (OKUNO, 1986). Posm = 0,3 osmol/L x 0,082 atm.L/osmol.K x 310 K Posm = 7,63 atm x(760mmHg) Posm = 5800mmHg DESSALINIZAÇÃO DA ÁGUA DO MAR POR PRESSÃO Normalmente, a água pura, separada por uma membrana semipermeável, passaria por osmose para um compartimento mais concentrado como água do mar. No esquema ao lado, aplica-se uma força ao embolo que anula essa pressão osmótica e aumenta a pressão hidrostática, fazendo passar, pela membrana semipermeável, apenas água (pura) de cima para baixo, dessalinizando a água do mar. Posm = Cm.R.T Arlindo Ugulino Netto ● MEDRESUMOS 2016 ● BIOFÍSICA 3 www.medresumos.com.br TONICIDADE DAS SOLUÇÕES Células biológicas colocadas em diferentes soluções podem apresentar diferentes formas, dependendo da concentração externa e da permeabilidade da membrana celular. Um exemplo clássico é feito com as hemácias, que possuem uma concentração interna de 0,3 osm. Note como ela se comporta em diferentes situações de concentração: Neste caso as concentrações dentro e fora da célula são iguais, mais isso não quer dizer que não há movimentação entre a membrana celular. É importante salientar que a quantidade de H2o que entra na célula é aproximadamente igual a sai (Iso = “igual” e Tonus = “força”). Quando uma hemácia é mergulhada em uma solução hipotônica, ou seja, a concentração de soluto no interior da célula é maior que no meio extracelular, consequentemente o meio extracelular é mais diluído que o intracelular. Com isso surgira uma Phid de fora para dentro promovendo a entrada de água para o interior da hemácia. Assim a célula fica túrgida, inchada. Phid fora > Phid dentro. HIPO = “baixo” / TONUS = “força” Em uma solução hipertônica em que a concentração de soluto no interior da célula é baixo em relação ao meio externo enquanto a concentração da água é maior. Com isso ocorrerá o inverso do que acontece com o a solução hipotônica, a pressão hidrostática surgirá de dentro da célula, havendo assim uma perda de água por parte da célula deixando-a murcha. Intracelular: ↑ [NaCl] ↓ [H2O] Extracelular: ↓ [NaCl] ↑ [H2O] Solução Hipotônica célula ganha água Intracelular: ↓ [NaCl] ↑ [H2O] Extracelular: ↑ [NaCl] ↓ [H2O] Hipertônica célula perde água DISSOCIAÇÃO 1. Solutos não se dissociam: As concentrações molar e osmolar são, evidentemente, as mesmas: Cmolar = Cosmolar 2. Os solutos se dissociam completamente: A concentração osmolar é igual à concentração molar multiplicada pelo número de partículas (n): Cosm = CM x n Exemplo I: Qual a concentração osmolar de NaCl 0,1 M? NaCl libera duas partículas: Cosm = 0,1 x 2 = 0,2 osmolar Exemplo II: No caso do CaCl2, que libera 3 partículas, multiplicar por 3: a concentração de partículas de CaCl2 0,15M será: Cosm = 0,15 x 3 = 0,45 Arlindo Ugulino Netto ● MEDRESUMOS 2016 ● BIOFÍSICA 4 www.medresumos.com.br Quando uma solução possui vários solutos (Solutos Múltiplos), a concentração total é simplesmente a soma das concentrações dos solutos. Exemplo III: Solução de NaCl 0,1 M + KCl 0,15 M + Glicose 0,20 M, te a seguinte concentração: Molar: NaCl 0,10 KCl 0,15 Glic 0,20 Total = 0,45M Osmolar: NaCl 0,10 x 2 = 0,20 KCl 0,15 x 2 = 0,30 Glic 0,20 x 1 = 0,20 0,70 Osm 3. Os solutos se dissociam parcialmente: neste caso, deve-se aplicar a fórmula: COms = CM + CM x α(n – 1) onde COsm, CM e n possuem o mesmo significado, e α é o coeficiente de dissociação. Valores de α acham-se tabulados em manuais de físico-química. OBS: α varia com o CM.Exemplo IV: Para uma solução 1x10 -2 M de ácido acético, o valor deα = 4,10 x 10 -2 . O ácido acétido fornece duas partículas, o próton e o íon acetato (n = 2): COsm = 0,01 + (0,01 x 0,041 x 1) – 0,010004105 osm. OBS:
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