Anteriormente vimos en qué consiste la célula humana y qué necesita para vivir. Nuestras células necesitan energía para realizar sus funciones vitales, incluida la capacidad de controlar su contenido y volumen químicos. La célula se enfrenta a un dilema: debe dejar pasar ciertas sustancias químicas a través de su membrana plasmática y al mismo tiempo deshacerse de lo que es nocivo. Esta dinámica expone a la célula a las leyes de la naturaleza que, si no se resisten, podrían alterar drásticamente su contenido químico y su volumen total, provocando la muerte. Pasamos ahora a las dos fuerzas naturales principales, la difusión y la ósmosis, que amenazan constantemente a la vida celular.

La difusión se refiere a la ley natural de que las partículas químicas en solución siempre permanecen en movimiento y se distribuyen uniformemente en su medio. Por lo tanto, cuando un soluto (como la sal) se disuelve en un disolvente (como el agua) se forma una mezcla homogénea. Esto significa que las partículas de sal en solución están equidistantes entre sí y la composición química del agua salada es la misma en todas partes. El agua salada en la parte superior del recipiente es químicamente idéntica al agua salada en el medio y el agua salada en el medio del recipiente es idéntica al agua salada en el fondo.

Además, cuando dos soluciones con diferentes concentraciones de sal están separadas por una membrana que es permeable, es decir, que permite el paso tanto de la sal (soluto) como del agua (solvente), la difusión naturalmente libera la sal de la solución con mayor concentración de sal. concentración pasa al que tiene menor concentración.

Este movimiento, llamado «difusión a favor de su gradiente de concentración», es como descender por la ladera de una colina, desde una elevación más alta a una más baja. Excepto en este caso, el movimiento de la sal de la solución con una concentración más alta a una concentración más baja se produce por el poder de la difusión en lugar de por la fuerza de la gravedad. El resultado final de este movimiento de sal entre las dos soluciones es que terminan teniendo la misma concentración, estando el valor numérico real en algún lugar entre los dos originales.

La importancia biológica para la célula es que el líquido de su interior tiene una alta concentración de potasio y una baja concentración de sodio, mientras que el líquido del exterior tiene una baja concentración de potasio y una alta concentración de sodio. La membrana plasmática de la célula que separa estos dos fluidos es permeable al potasio, sodio y agua. Entonces, si no se controla, siguiendo las reglas, el poder de difusión haría que el potasio se moviera hacia abajo en su gradiente de concentración, desde el líquido dentro de la célula hacia el exterior, y el sodio se moviera hacia abajo en su gradiente de concentración, desde el líquido fuera de la célula hacia adentro.

Si no existiera un mecanismo para resistir este movimiento natural, por difusión, del potasio hacia el exterior de la célula y del sodio hacia el interior de la célula, entonces la vida tal como la conocemos no existiría. Como ya se señaló, una de las principales cosas que debe hacer la célula para sobrevivir es tomar el control y mantener su contenido químico. Sin embargo, la difusión no es la única fuerza natural a la que debe enfrentarse la célula para mantenerse viva. La otra, que afecta a la capacidad de la célula para controlar su volumen, es la ósmosis.

La ósmosis se produce cuando dos soluciones de diferente concentración se separan por una membrana semipermeable en la que puede pasar el disolvente pero no el soluto. En el caso del agua salada, esto significaría que la sal no puede atravesar la membrana, pero el agua sí. La ósmosis haría que el agua pasara naturalmente de la solución con menos concentración de sal a la que tiene más. Esto es exactamente lo contrario de lo que sucede en la difusión de sustancias químicas, como el sodio y el potasio, a través de una membrana permeable.

Dado que la sal no puede atravesar la membrana, pero el agua sí, el agua se mueve en la dirección opuesta, por lo que la concentración en ambos lados será la misma, en algún lugar entre las dos originales. Sin embargo, dado que la membrana semipermeable sólo deja pasar agua, también se produce un cambio de volumen en ambos lados. Debido al poder de la ósmosis, el volumen de la solución que tenía mayor concentración de sal aumenta, mientras que el volumen de la solución que tenía menor concentración de sal disminuye.

La importancia biológica de la ósmosis para la célula es que el líquido dentro de la célula tiene una concentración mucho mayor de proteínas que el líquido fuera de la célula. Aunque la membrana plasmática es permeable a las soluciones de sodio y potasio, sólo es semipermeable a las que contienen proteínas, es decir, deja pasar el agua pero no las proteínas. Esto ocurre porque el sodio y el potasio son iones muy pequeños que pueden atravesar la mayoría de las membranas biológicas, pero la mayoría de las proteínas son moléculas muy grandes que no pueden. Esto es importante para la supervivencia. La célula produce muchas proteínas diferentes que realizan funciones vitales, y si pudieran atravesar fácilmente la membrana plasmática y salir de la célula por difusión, entonces la célula no podría funcionar correctamente y moriría.

Sin embargo, el hecho de que las proteínas no puedan cruzar la membrana, pero el agua sí, hace que la célula sea susceptible al poder de la ósmosis. A medida que los iones de potasio y sodio se mueven naturalmente, por difusión, en direcciones opuestas a través de la membrana plasmática, el contenido mucho mayor de proteínas dentro de la célula (que no puede salir de ella) sigue las reglas y hace que el agua entre en la célula por ósmosis. Si entra demasiada agua en la célula, lo que hace que su volumen aumente y se aplique demasiada presión contra la membrana plasmática, la célula puede morir por explosión, como un globo. Como vemos una vez más, una de las principales cosas que la célula necesita hacer para sobrevivir es tomar el control y mantener su volumen.

La muerte celular en estas circunstancias comprueba que los números reales tienen consecuencias reales. Cuando la célula sigue reglas, como la difusión y la ósmosis, corre el riesgo de perder el control y morir. Entonces, ¿mediante qué mecanismo innovador nuestras células combaten las fuerzas naturales de difusión y ósmosis? Esa pregunta debe esperar hasta la próxima semana.

Artículo publicado originalmente en inglés por Howard Glicksman en Evolution News & Science Today

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