La capacità delle membrane cellulari di essere selettivamente permeabili determina un tipo specializzato di diffusione denominato osmosi. La concentrazione osmotica riguarda il volume d’acqua contenuto nella soluzione come risultato del suo movimento attraverso una membrana che è selettiva su ciò che passa. Anche se l’acqua può muoversi senza ostacoli in entrambe le direzioni, il movimento avviene principalmente da dove le molecole d’acqua sono più concentrate a dove sono meno concentrate. Si dice che questa differenza nella concentrazione di alcune molecole in una regione rispetto a un’altra stabilisca un gradiente di concentrazione. I soluti, che sono molecole in soluzione, generalmente non si muovono senza controllo oltre le membrane cellulari selettive.
Poiché la diffusione può avvenire rapidamente a breve distanza, la velocità di diffusione e la concentrazione osmotica sono generalmente determinate dal movimento delle particelle. Quanto velocemente o lentamente si muovono queste particelle è influenzato dalla loro forma e dimensione, dalle loro cariche elettriche e dalla temperatura. Con un aumento della temperatura, aumenta anche la velocità di diffusione a causa dell’aumento della velocità di movimento delle particelle. Particelle di sostanze diverse mescolate insieme si diffonderanno separatamente. Quando le particelle non vengono aggiunte o tolte, si raggiunge uno stato di stabilità, il che significa che le particelle sono distribuite equamente in entrambe le regioni.
Il grado di permeabilità della membrana dipende dalle dimensioni della sostanza, dalla sua carica elettrica e dalla composizione della membrana. Una membrana è considerata permeabile a una sostanza se le consente il passaggio e impermeabile quando non consente il passaggio. Le membrane selettivamente permeabili consentono a determinate sostanze di attraversarle facilmente, ma non ad altre, in modo tale che le membrane cellulari sono più permeabili alle molecole piccole e alle molecole liposolubili. Le molecole d’acqua sono un’eccezione a questo, in quanto possono attraversare rapidamente un doppio strato liquido.
Determinate dall’ambiente esterno e dalle esigenze della cellula, le membrane plasmatiche possono impedire il passaggio di una determinata sostanza in determinati momenti e consentirne il passaggio in altri momenti. Alterazioni del volume cellulare e della distribuzione degli ioni possono influenzare la concentrazione osmotica. Attraverso la regolazione della concentrazione osmotica, una cellula controlla il suo volume e il suo ambiente interno, che può essere significativamente diverso all’esterno di essa.
La pressione osmotica di una soluzione si riferisce alla tendenza dell’acqua a entrare in quella soluzione per osmosi. Le soluzioni che hanno elevate concentrazioni di soluti avranno basse concentrazioni osmotiche e pressioni osmotiche più elevate. Andando nella direzione opposta, una soluzione con una bassa concentrazione di soluto avrà un’alta concentrazione di acqua e una bassa pressione osmotica.