OSMOZA: POSTOPEK, VRSTE, RAZLIKE Z DIFUZIJO IN PRIMERI - BIOLOGIJA - 2026

Osmoza je pasivna pojav premik vodo skozi membrano. To je lahko celična membrana, epitelij ali umetna membrana. Voda se seli iz območja nizkega osmotskega tlaka (ali kjer je voda bolj obilna) v območje z višjimi osmotskimi tlaki (ali kjer je voda manj obilna).

Ta proces je biološko pomemben in orkestrira vrsto fizioloških procesov, tako pri živalih kot v rastlinah.

Vir: OpenStax

Prvi raziskovalec, ki je poročal o osmotskem pojavu, je bil Abbé Jean Antoine Nollet. Leta 1748 je Nollet sodeloval z živalskimi celičnimi membranami in opazil, da se je voda, ko je bila na eni strani membrane nameščena čista voda in na drugi strani raztopina z razredčenimi elektroliti, premaknila v regijo s topili.

Tako je bil opisan prehod vode v prid njenemu koncentracijskemu gradientu in imenovan je osmoza. Izraz izvira iz grških korenin osmos, kar pomeni potiskati.

Leta 1877 je Wilhelm Pfeller naredil prve študije o osmotskem tlaku. Njegova eksperimentalna zasnova je vključevala uporabo bakrene "ferocianidne" membrane na površini skodelice iz porozne gline, kar je povzročilo membrano, ki je omogočala prehod vodnih molekul.

Pfellerjeve umetne membrane so bile dovolj močne, da so lahko vzdržale pomembne osmotske pritiske in se ne zrušile. Ta raziskovalec je lahko ugotovil, da je osmotski tlak sorazmeren koncentraciji topljene snovi.

Proces

Gibanje vode skozi membrano iz območja z nizko koncentracijo v območje z visoko koncentracijo imenujemo osmoza. Ta postopek poteka od območja z najnižjim osmotskim tlakom do najvišjega osmotskega tlaka.

Na začetku je ta izjava lahko zmedena - in celo nasprotujoča si. Navajeni smo na pasivno gibanje "od visokega do nizkega". Na primer, toplota je lahko od visokih do nizkih temperatur, glukoza difuzuje od območij visoke koncentracije do manj koncentriranih območij ipd.

Kot smo omenili, se voda, ki doživi pojav osmoze, premakne od nizkega do visokega tlaka. Do tega pride, ker je voda na enoto prostornine obilnejša, če je topljena manj obilna.

Se pravi, da se med osmozo voda premika tja, kjer je (voda) obilnejša tja, kjer je manj obilna. Zato je treba pojav razumeti z vidika vode.

Pomembno je vedeti, da osmoza upravlja gibanje vode skozi membrane in ne vpliva neposredno na gibanje topljencev. Kadar se topila razpršijo, to storijo z upoštevanjem gradientov svoje kemijske koncentracije. Samo voda sledi koncentracijskemu gradientu osmotskega tlaka.

Osmotski tlak

Pritiski?

Uporaba besednih pritiskov je eden najbolj nejasnih vidikov razumevanja procesa osmoze. Da se izognemo zmedi, je treba pojasniti, da raztopina sama po sebi ne povzroča hidrostatskega tlaka zaradi svojega osmotskega tlaka.

Na primer, 1 M raztopina glukoze ima osmotski tlak 22 atm. Vendar pa raztopina ne "eksplodira" steklenih steklenic in se lahko shrani na enak način kot čista voda, ker izolirana raztopina ne prehaja v hidrostatični tlak.

Izraz tlaki se uporablja samo zaradi zgodovinske nesreče, saj so bili prvi znanstveniki, ki so preučevali te pojave, fizikalni in kemični.

Če dve raztopini, ki se razlikujeta po osmotskem tlaku, ločita membrana, se ustvari hidrostatični tlak.

Osmotski in hidrostatični tlaki

Proces osmoze povzroči nastanek hidrostatskega tlaka. Razlika v tlaku vodi do dviga koncentracije koncentrirane raztopine, saj voda vanjo difundira. Dvig vodostaja se nadaljuje, dokler ni neto hitrost gibanja vode enaka nič.

Neto pretok je dosežen, ko je hidrostatični tlak v predelu II zadosten, da se molekule vode vrnejo v vedenje I, in sicer z enako hitrostjo, da osmoza povzroči, da se molekule premaknejo iz predela I v II.

Tlak vode, zaradi katere se delci umaknejo (iz oddelkov I do II), se imenuje osmotski tlak raztopine v oddelku II.

Kako se nadzira pretok vode v celicah?

Zahvaljujoč osmotskemu pojavu se lahko voda pasivno premika po celičnih membranah. Zgodovinsko je znano, da živali nimajo aktivnega vodnega transportnega sistema za nadzor pretoka te snovi.

Vendar lahko aktivni transportni sistemi v ugodni smeri spremenijo smer gibanja vode. Na ta način je aktivni transport topljencev en način, s katerim živali uporabljajo svojo metabolično energijo za nadzor smeri vodnega prevoza.

Kvantifikacija

Obstajajo matematične formule, ki omogočajo merjenje hitrosti, s katero bo voda z osmozo prešla membrane. Enačba za izračun je naslednja:

Osmotska hitrost prenosa vode = K (Π ₁ –2 ₂ / X). Kjer sta Π ₁ in Π ₂ osmotski tlaki raztopin na obeh straneh membrane in je X razdalja, ki jih ločuje.

Razmerje (Π ₁ -Π ₂ / X) je znana kot osmotski tlak gradient ali osmotski gradient.

Zadnji izraz v enačbi je K je koeficient sorazmernosti, ki je odvisen od temperature in prepustnosti membrane.

Razlike z difuzijo

Kaj je oddajanje?

Do difuzije pride zaradi naključnega toplotnega gibanja raztopljenih ali suspendiranih molekul, ki povzroči njihovo razpršitev iz območij visokih koncentracij na najnižje. Hitrost difuzije lahko izračunamo z enačbo Ficka.

Gre za eksergonični proces zaradi povečanja entropije, ki ga predstavlja naključna porazdelitev molekul.

V primeru, da je snov elektrolitična, je treba poleg koncentracij upoštevati tudi skupno razliko med obema oddelkoma.

Osmoza je poseben primer difuzije

Difuzija in osmoza nista nasprotna izraza, še manj medsebojno izključujoča se pojma.

Molekule vode se lahko hitro gibljejo skozi celične membrane. Kot smo pojasnili, se v procesu, imenovanem osmoza, razpršijo od območja nizke koncentracije do ene z visoko koncentracijo.

Zdi se nam nenavadno govoriti o "koncentraciji vode", vendar se ta snov obnaša kot katera koli druga snov. To pomeni, da se razlikuje v prid njenemu koncentracijskemu gradientu.

Vendar nekateri avtorji uporabljajo izraz "difuzija vode" kot sopomenko za osmozo. Dobesedna uporaba na bioloških sistemih je lahko napačna, saj je bilo dokazano, da je hitrost osmoze skozi biološke membrane višja od tiste, ki bi jo pričakovali s preprostim difuzijskim postopkom.

V nekaterih bioloških sistemih voda prehaja s preprosto difuzijo skozi celično membrano. Vendar imajo nekatere celice posebne kanale za prehod vode. Najpomembnejši se imenujejo akvaporini, ki povečujejo hitrost pretoka vode skozi membrano.

Primeri

V bioloških sistemih je gibanje vode skozi celične membrane ključnega pomena za razumevanje desetine fizioloških procesov. Nekaj ​​primerov je:

Osmotska izmenjava pri sladkovodnih ribah

Zanimiv primer vloge osmoze pri živalih je izmenjava vode, ki se dogaja pri ribah, ki živijo v sladkih vodah.

Živali, ki naseljujejo telesa sladke vode, so v stalnem vnosu vode iz reke ali ribnika, kjer živijo v svoja telesa, saj imajo koncentracije v krvni plazmi in drugih telesnih tekočinah veliko višjo koncentracijo kot v vodi. .

Vrsta rib Carassius auratus živi v sladkovodnih okoljih. Posameznik, ki ima maso 100 gramov, lahko pridobi okoli 30 gramov vode na dan zahvaljujoč gibanju vode znotraj svojega telesa. Ribe imajo sisteme - energetsko drage -, da se nenehno znebijo odvečne vode.

Reabsorpcija tekočin

V prebavnem sistemu živali se mora pojaviti osmoza, da lahko pravilno deluje. Prebavni trakt izloča pomembno količino tekočine (v vrstnem redu litrov), ki jo morajo osmoze absorbirati celice, ki celijo črevesje.

Če ta sistem ne opravlja svojega dela, se lahko pojavijo hude driske. Podaljšanje te okvare lahko privede do dehidracije pacienta.

Turgor v rastlinah

Količina vode v celicah je odvisna od koncentracije notranjega in zunanjega okolja, pretok pa je orkestriran zaradi pojavov difuzije in osmoze.

Če živalsko celico (na primer eritrocit) postavimo v medij, ki spodbuja vstop vode, lahko poči. V nasprotju s tem imajo rastlinske celice steno, ki jih ščiti pred osmotskim stresom.

Pravzaprav nelevne rastline izkoriščajo ta pritisk, ustvarjen s pasivnim vstopom vode. Ta pritisk pomaga ohranjati različne rastlinske organe, kot so listi, trdi. Takoj ko voda začne teči iz celic, celica izgubi svojo trdnost in se posuši.

Reference

1. Cooper, GM, Hausman, RE in Hausman, RE (2000). Celica: molekularni pristop. ASM pritisnite.
2. Eckert, R., Randall, R., in Augustine, G. (1988). Fiziologija živali: mehanizmi in prilagoditve. WH Freeman & Co.
3. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Fiziologija živali. Sinauer Associates.
4. Karp, G. (2009). Celična in molekularna biologija: koncepti in poskusi. John Wiley & Sons.
5. Pollard, TD, Earnshaw, WC, Lippincott-Schwartz, J., & Johnson, G. (2016). E-knjiga celične biologije. Elsevier Health Sciences.
6. Schmidt-Nielsen, K. (1997). Fiziologija živali: prilagoditev in okolje. Cambridge University Press.