OSMOOSI: PROSESSI, TYYPIT, EROT DIFFUUSIOLLA JA ESIMERKIT - BIOLOGIA - 2026

Osmoosi on passiivinen ilmiö tilavuus vettä kalvon läpi. Tämä voi olla solukalvo, epiteeli tai keinotekoinen kalvo. Vesi siirtyy alhaisen osmoottisen paineen alueelta (tai jos vettä on runsaammin) alueelle, jolla on korkeammat osmoottiset paineet (tai alueelle, jolla vesi on vähemmän runsasta).

Tällä prosessilla on biologista merkitystä ja se johtaa useita fysiologisia prosesseja, sekä eläimissä että kasveissa.

Lähde: OpenStax

Ensimmäinen tutkija, joka raportoi osmoottisesta ilmiöstä, oli Abbé Jean Antoine Nollet. Vuonna 1748 Nollet työskenteli eläinsolumembraanien kanssa ja huomasi, että kun kalvon toiselle puolelle asetettiin puhdasta vettä ja toiselle puolelle liuosta, jossa oli laimeita elektrolyyttejä, vesi siirtyi alueelle liuenneella aineella.

Siten kuvattiin veden kulkua sen konsentraatiogradientin hyväksi ja sitä kutsuttiin osmoosiksi. Termi tulee kreikkalaisista juurista osmos, joka tarkoittaa työntää.

Vuonna 1877 Wilhelm Pfeller teki ensimmäiset tutkimukset osmoottisesta paineesta. Hänen kokeellisessa suunnittelussaan käytettiin kupariferosyanidi "kalvoa" huokoisen savikupin pinnalla, jolloin syntyi kalvo, joka salli vesimolekyylien läpikulun.

Pfellerin keinotekoiset kalvot olivat riittävän vahvat kestämään merkittäviä osmoottisia paineita eivätkä romahtamaan. Tämä tutkija päätteli, että osmoottinen paine on verrannollinen liuenneen aineen pitoisuuteen.

Prosessi

Veden liikkumista kalvon läpi matalan pitoisuuden alueelta korkean pitoisuuden alueelle kutsutaan osmoosiksi. Tämä prosessi tapahtuu alueelta, jolla on alhaisin osmoottinen paine korkeimpaan osmoottiseen paineeseen.

Aluksi tämä lausunto voi olla hämmentävä - ja jopa ristiriitainen. Olemme tottuneet passiiviseen "korkeasta matalaan" -liikkeeseen. Esimerkiksi lämpö voi olla korkeasta matalaan lämpötilaan, glukoosi diffundoituu korkean pitoisuuden alueista vähemmän tiivistetyille alueille ja niin edelleen.

Kuten mainitsimme, vesi, joka kokee osmoosi-ilmiön, siirtyy matalasta paineesta korkeaan paineeseen. Tämä johtuu siitä, että vettä on runsaammin tilavuusyksikköä kohden, kun liukenevaa ainetta on vähemmän.

Toisin sanoen, osmoosin aikana vesi siirtyy sieltä (vesi) runsaammin sinne, missä se on vähemmän runsasta. Siksi ilmiö on ymmärrettävä veden näkökulmasta.

On tärkeätä muistaa, että osmoosi säätelee veden liikkumista kalvojen läpi eikä vaikuta liuenneiden aineiden liikkeeseen suoraan. Kun liukenevat diffuusi, ne tekevät niin seuraamalla oman kemiallisen pitoisuuden gradienteja. Vain vesi seuraa osmoottisen paineen konsentraatiogradienttia.

Osmoottinen paine

Paineet?

Yksi hämmentävimmistä osmoosiprosessin ymmärtämisen näkökohdista on sanan paineiden käyttö. Sekaannusten välttämiseksi on tärkeää selventää, että ratkaisu itsessään ei aiheuta hydrostaattista painetta osmoottisen paineensa takia.

Esimerkiksi 1 M glukoosiliuoksen osmoottinen paine on 22 atm. Liuos ei kuitenkaan "räjähtää" lasipulloja, ja sitä voidaan varastoida samalla tavalla kuin puhdasta vettä, koska eristetty liuos ei muutu hydrostaattiseksi paineeksi.

Termiä paineet käytetään vain historiallisen onnettomuuden takia, koska ensimmäiset tutkijat, jotka tutkivat näitä ilmiöitä, olivat fysikaalisia ja kemiallisia.

Siten, jos kaksi liuosta, jotka eroavat toisistaan ​​osmoottisissa paineissaan, erotetaan kalvolla, syntyy hydrostaattinen paine.

Osmoottiset ja hydrostaattiset paineet

Osmoosiprosessi johtaa hydrostaattisen paineen muodostumiseen. Paine-ero johtaa väkevämmän liuoksen pinnan nousuun, kun vesi diffundoituu siihen. Vedenkorkeuden nousu jatkuu, kunnes veden nettonopeus on nolla.

Nettovirta saavutetaan, kun osastossa II oleva hydrostaattinen paine on riittävä pakottamaan vesimolekyylit takaisin käyttäytymiseen I samalla nopeudella, että osmoosi saa molekyylit liikkumaan osastosta I II.

Veden painetta, joka aiheuttaa hiukkasten vetäytymisen (osastoista I - II), kutsutaan osastossa II olevan liuoksen osmoottiseksi paineeksi.

Kuinka veden virtausta soluissa hallitaan?

Osmoottisen ilmiön ansiosta vesi voi liikkua passiivisesti solukalvojen läpi. Historiallisesti tiedetään, että eläimistä puuttuu aktiivinen vedenkuljetusjärjestelmä tämän aineen virtauksen hallitsemiseksi.

Aktiiviset liuenneen kuljetusjärjestelmät voivat kuitenkin muuttaa veden liikesuuntaa suotuisaan suuntaan. Tällä tavoin aktiivinen liuennut kuljetus on yksi tapa, jolla eläimet käyttävät aineenvaihduntaenergiaansa veden kuljetussuunnan ohjaamiseen.

kvantifiointiin

On olemassa matemaattisia kaavoja, joiden avulla voidaan mitata nopeutta, jolla vesi ylittää kalvot osmoosilla. Yhtälö sen laskemiseksi on seuraava:

Veden osmoottinen kuljetusnopeus = K (Π ₁ –Π ₂ / X). Missä Π ₁ ja Π ₂ ovat liuosten osmoottiset paineet kalvon molemmilla puolilla ja X on etäisyys, joka erottaa ne.

Suhde (Π ₁ –Π ₂ / X) tunnetaan osmoottisena painegradienttina tai osmoottisena gradienttina.

Yhtälön viimeinen termi on K on suhteellisuuskerroin, joka riippuu lämpötilasta ja kalvon läpäisevyydestä.

Erot diffuusiossa

Mitä lähetystoiminta on?

Diffuusio tapahtuu liuenneiden tai suspendoituneiden molekyylien satunnaisella termisellä liikkeellä, mikä aiheuttaa niiden leviämisen korkeiden pitoisuuksien alueilta alimpaan. Difuusionopeus voidaan laskea Fick-yhtälön avulla.

Se on eksergoninen prosessi, joka johtuu entropian kasvusta, jota edustaa molekyylien satunnainen jakautuminen.

Jos aine on elektrolyyttinen, pitoisuuksien lisäksi on otettava huomioon kahden osaston välinen kokonaisvarausero.

Osmoosi on erityinen diffuusiotapaus

Diffuusio ja osmoosi eivät ole vastakkaisia ​​termejä, paljon vähemmän toisiaan poissulkevia käsitteitä.

Vesimolekyyleillä on kyky liikkua nopeasti solukalvojen läpi. Kuten selitimme, ne diffundoituvat alhaisen liuenneen pitoisuuden alueelta korkean pitoisuuden alueisiin osmoosiksi kutsuttuun prosessiin.

Meille vaikuttaa outolta puhua “vesipitoisuudesta”, mutta tämä aine käyttäytyy kuin mikä tahansa muu aine. Toisin sanoen se hajoaa keskittymisgradientinsa puolesta.

Jotkut kirjoittajat kuitenkin käyttävät termiä "veden diffuusio" synonyyminä osmoosille. Sitä soveltaminen kirjaimellisesti biologisiin järjestelmiin voi olla väärin, koska on osoitettu, että osmoosinopeus biologisten kalvojen läpi on suurempi kuin mitä yksinkertaisen diffuusioprosessin avulla voidaan odottaa.

Joissakin biologisissa järjestelmissä vesi kulkee yksinkertaisella diffuusiolla solukalvon läpi. Joillakin soluilla on kuitenkin erityisiä kanavia veden kulkemiseksi. Tärkeimpiä kutsutaan vesaporiiniksi, mikä lisää veden virtausnopeutta kalvon läpi.

esimerkit

Biologisissa järjestelmissä veden liikkuminen solukalvojen läpi on ratkaisevan tärkeää kymmenien fysiologisten prosessien ymmärtämiseksi. Joitakin esimerkkejä ovat:

Osmoottinen vaihto makeanveden kaloissa

Mielenkiintoinen esimerkki osmoosin merkityksestä eläimissä on vedenvaihto, joka tapahtuu makeissa vesissä elävissä kaloissa.

Makean veden elimiä elävät eläimet nauttivat jatkuvasti vettä joesta tai lampiosta, jossa he elävät kehossaan, koska veriplasman ja muiden kehon nesteiden pitoisuudet ovat paljon korkeammat kuin veden..

Carassius auratus -laji elää makean veden ympäristössä. Henkilö, jonka massa on 100 grammaa, voi saada noin 30 grammaa vettä päivässä veden liikkumisen ansiosta kehossaan. Kaloilla on - energisesti kalliita - järjestelmiä jatkuvan päästä eroon ylimääräisestä vedestä.

Nesteiden imeytyminen

Eläinten ruuansulatuskanavan järjestelmässä osmoosin tulee ilmetä, jotta se voi toimia kunnolla. Ruoansulatuskanava erittää huomattavan määrän nestettä (litraluokassa), jonka suoliston linjaavien solujen on absorboitava uudelleen osmoosilla.

Jos tämä järjestelmä ei suorita työtään, voi esiintyä vakavia ripulitapahtumia. Tämän toimintahäiriön jatkaminen voi johtaa potilaan kuivumiseen.

Turgor kasveissa

Veden määrä solujen sisällä riippuu sekä sisäisen että ulkoisen ympäristön pitoisuuksista, ja virtausta säätelevät diffuusio- ja osmoosilmiöt.

Jos eläinsolu (kuten punasolu) sijoitetaan väliaineeseen, joka kannustaa veden pääsyyn, se voi räjähtää. Kasvisoluilla sitä vastoin on seinä, joka suojaa niitä osmoottiselta stressiltä.

Itse asiassa ei-puumaiset kasvit hyödyntävät tätä painetta, joka syntyy veden passiivisesta tulosta. Tämä paine auttaa pitämään kasvien eri elimiä, kuten lehtiä, turgunina. Heti kun vesi alkaa valua soluista, solu menettää turgudensa ja sätensä.

Viitteet

1. Cooper, GM, Hausman, RE, ja Hausman, RE (2000). Solu: molekyylinäkökulma. ASM paina.
2. Eckert, R., Randall, R., ja Augustine, G. (1988). Eläinten fysiologia: mekanismit ja mukautukset. WH Freeman & Co.
3. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M., ja Anderson, M. (2004). Eläinten fysiologia. Sinauer Associates.
4. Karp, G. (2009). Solu- ja molekyylibiologia: käsitteet ja kokeet. John Wiley & Sons.
5. Pollard, TD, Earnshaw, WC, Lippincott-Schwartz, J., & Johnson, G. (2016). Solubiologian e-kirja. Elsevier terveystieteet.
6. Schmidt-Nielsen, K. (1997). Eläinten fysiologia: mukautuminen ja ympäristö. Cambridge University Press.