OSMOSE: PROCES, TYPER, FORSKELLE MED DIFFUSION OG EKSEMPLER - BIOLOGI - 2025

Den osmose er en passiv fænomen forskydning vand gennem en membran. Dette kan være en cellemembran, et epitel eller en kunstig membran. Vand bevæger sig fra et område med lavt osmotisk tryk (eller hvor vandet er mere rigeligt) til regionen med højere osmotisk tryk (eller hvor vandet er mindre rigeligt).

Denne proces er af biologisk relevans og orkestrerer en række fysiologiske processer, både hos dyr og planter.

Kilde: OpenStax

Den første forsker, der rapporterede det osmotiske fænomen, var Abbé Jean Antoine Nollet. I 1748 arbejdede Nollet med dyrecellemembraner og bemærkede, at når rent vand blev anbragt på den ene side af membranen og en opløsning med fortyndede elektrolytter på den anden side, flyttede vandet ind i området med opløste stoffer.

Således blev passage af vand til fordel for dets koncentrationsgradient beskrevet, og det blev kaldt osmose. Udtrykket kommer fra de græske rødder osmos, hvilket betyder at skubbe.

I 1877 foretog Wilhelm Pfeller de første undersøgelser af osmotisk pres. Hans eksperimentelle design involverede brugen af ​​en kobberferrocyanid "membran" på overfladen af ​​en porøs lerkop, hvilket gav anledning til en membran, der gjorde det muligt at passere vandmolekyler.

Pfellers kunstige membraner var stærke nok til at modstå betydelige osmotiske tryk og ikke kollaps. Denne forsker kunne konkludere, at det osmotiske tryk er proportionalt med koncentrationen af ​​opløst stof.

Behandle

Bevægelse af vand gennem en membran fra et område med lav koncentration til et område med høj koncentration kaldes osmose. Denne proces forekommer fra et område med det laveste osmotiske tryk til det højeste osmotiske tryk.

Til at begynde med kan denne erklæring være forvirrende - og endda selvmodsigende. Vi er vant til passiv "høj til lav" bevægelse. F.eks. Kan varme være fra høje til lave temperaturer, glukose diffunderer fra områder med høj koncentration til mindre koncentrerede områder osv.

Som vi nævnte bevæger vandet, der oplever fænomenet osmose, fra lavt tryk til højt tryk. Dette sker, fordi vandet er mere rigeligt pr. Volumenhed, hvor opløst stof er mindre rigeligt.

Det vil sige, under osmose bevæger vandet sig, hvor det (vandet) er mere rigeligt, til hvor det er mindre rigeligt. Derfor skal fænomenet forstås ud fra vandets perspektiv.

Det er vigtigt at huske, at osmose styrer vandets bevægelse gennem membranerne og ikke påvirker bevægelsen af ​​opløste stoffer direkte. Når opløste stoffer diffunderer, gør de det ved at følge gradienter af deres egen kemiske koncentration. Kun vand følger koncentrationsgradienten for det osmotiske tryk.

Osmotisk tryk

Presset?

Et af de mest forvirrende aspekter, når det kommer til forståelse af osmoseprocessen, er brugen af ​​ordet pres. For at undgå forvirring er det vigtigt at præcisere, at en opløsning i sig selv ikke udøver et hydrostatisk tryk på grund af dets osmotiske tryk.

For eksempel har en 1 M glukoseopløsning et osmotisk tryk på 22 atm. Opløsningen "eksploderer" imidlertid ikke glasflasker og kan opbevares på samme måde som rent vand, fordi en isoleret opløsning ikke omsættes til hydrostatisk tryk.

Udtrykket pres bruges kun på grund af en historisk ulykke, da de første forskere, der undersøgte disse fænomener, var fysiske og kemiske.

Hvis der således adskilles to opløsninger, der adskiller sig i deres osmotiske tryk med en membran, dannes et hydrostatisk tryk.

Osmotisk og hydrostatisk tryk

Osmoseprocessen fører til dannelse af et hydrostatisk tryk. Trykforskellen fører til en stigning i niveauet for den mere koncentrerede opløsning, da vandet diffunderer i det. Stigningen i vandstanden fortsætter, indtil nettotakten for vandbevægelse er lig med nul.

En nettostrøm opnås, når det hydrostatiske tryk i rum II er tilstrækkeligt til at tvinge vandmolekylerne tilbage til opførsel I, i samme hastighed som osmose får molekylerne til at bevæge sig fra rum I til II.

Trykket på vandet, der får partiklerne til at trække sig tilbage (fra rum I til II) kaldes opløsningens osmotiske tryk i rum II.

Hvordan styres strømmen af ​​vand i celler?

Takket være det osmotiske fænomen kan vand passivt bevæge sig gennem cellemembraner. Historisk er det kendt, at dyr mangler et aktivt vandtransportsystem til at kontrollere strømningen af ​​dette stof.

Imidlertid kan aktive opløste transportsystemer ændre vandbevægelsesretningen i en gunstig retning. På denne måde er aktiv opløst transport en måde, hvorpå dyr bruger deres metaboliske energi til at kontrollere retning af vandtransport.

Kvantificering

Der er matematiske formler, der tillader måling af den hastighed, hvormed vandet vil krydse membranerne ved hjælp af osmose. Ligningen, der skal beregnes, er følgende:

Osmotisk transporthastighed for vand = K (Π ₁ –Π ₂ / X). Hvor Π ₁ og Π ₂ er det osmotiske tryk på opløsningerne på begge sider af membranen, og X er afstanden, der adskiller dem.

Forholdet (Π ₁ –Π ₂ / X) er kendt som den osmotiske trykgradient eller den osmotiske gradient.

Den sidste term i ligningen er K er proportionalitetskoefficienten, der afhænger af temperaturen og permeabiliteten af ​​membranen.

Forskelle med diffusion

Hvad sender man?

Diffusion sker ved tilfældig termisk bevægelse af opløste eller suspenderede molekyler, hvilket bevirker deres spredning fra regionerne med høje koncentrationer til de laveste. Diffusionshastigheden kan beregnes ved hjælp af Fick-ligningen.

Det er en exergonisk proces på grund af stigningen i entropi repræsenteret ved den tilfældige fordeling af molekylerne.

I tilfælde af at stoffet er elektrolytisk, skal der tages højde for den samlede forskel i ladning mellem de to rum - ud over koncentrationerne.

Osmose er et specifikt tilfælde af diffusion

Diffusion og osmose er ikke modsatrettede udtryk, langt mindre gensidigt eksklusive begreber.

Vandmolekyler har evnen til at bevæge sig hurtigt gennem cellemembraner. Som vi forklarede, diffunderer de fra et område med lav opløst koncentration til en med høj koncentration i en proces kaldet osmose.

Det synes underligt for os at tale om ”vandkoncentration”, men dette stof opfører sig som ethvert andet stof. Det vil sige, at den diffunderer til fordel for dens koncentrationsgradient.

Nogle forfattere bruger imidlertid udtrykket "vanddiffusion" som et synonym for osmose. Det kan være forkert at anvende det bogstaveligt på biologiske systemer, da det har vist sig, at osmosehastigheden gennem biologiske membraner er højere end hvad der ville forventes ved en simpel diffusionsproces.

I nogle biologiske systemer passerer vand ved simpel diffusion gennem cellemembranen. Nogle celler har dog specielle kanaler til passage af vand. De vigtigste kaldes aquaporins, hvilket øger hastigheden af ​​vandstrømning gennem membranen.

eksempler

Inden for biologiske systemer er bevægelse af vand gennem cellemembraner afgørende for at forstå snesevis af fysiologiske processer. Nogle eksempler er:

Osmotisk udveksling i ferskvandsfisk

Et interessant eksempel på osmosens rolle i dyr er vandudvekslingen, der forekommer i fisk, der lever i ferskvand.

Dyr, der beboer friskvandskrop, er i et konstant indtag af vand fra floden eller dammen, hvor de lever i deres kroppe, da koncentrationen af ​​blodplasma og andre kropsvæsker har en meget højere koncentration end vandkoncentrationen..

Carassius auratus fiskeart lever i ferskvandsmiljøer. En person, der har en masse på 100 gram, kan få cirka 30 gram vand pr. Dag takket være bevægelsen af ​​vand inde i kroppen. Fiskene har systemer - energisk dyre - til konstant at slippe af med overskydende vand.

Genoptagelse af væsker

I dyrets mave-tarm-system skal fænomenet osmose forekomme for at det kan fungere korrekt. Fordøjelseskanalen udskiller en betydelig mængde væske (i størrelsesordenen liter), der skal reabsorberes af osmose af cellerne, der linjer tarmen.

Hvis dette system ikke udfører sit arbejde, kan der forekomme alvorlige diarrébegivenheder. Forlængelse af denne fejl kan føre til dehydrering af patienten.

Turgor i planter

Mængden af ​​vand inde i cellerne afhænger af koncentrationen af ​​både det indre og det ydre medium, og strømmen er orkestreret af fænomenerne diffusion og osmose.

Hvis en dyrecelle (såsom en erytrocyt) anbringes i et medium, der tilskynder til vandets indtræden, kan det sprænge. I modsætning hertil har planteceller en væg, der beskytter dem mod osmotisk stress.

Faktisk drager ikke-træagtige planter fordel af dette tryk, der genereres ved den passive indføring af vand. Dette pres hjælper med at holde forskellige planteorganer, såsom blade, turgid. Så snart vand begynder at strømme ud af cellerne, mister cellen sin turgiditet og visner.

Referencer

1. Cooper, GM, Hausman, RE & Hausman, RE (2000). Cellen: en molekylær tilgang. ASM-presse.
2. Eckert, R., Randall, R., & Augustine, G. (1988). Dyrefysiologi: mekanismer og tilpasninger. WH Freeman & Co.
3. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Dyrefysiologi. Sinauer Associates.
4. Karp, G. (2009). Celle- og molekylærbiologi: koncepter og eksperimenter. John Wiley & sønner.
5. Pollard, TD, Earnshaw, WC, Lippincott-Schwartz, J., & Johnson, G. (2016). Cellbiologi-e-bog. Elsevier Sundhedsvidenskab.
6. Schmidt-Nielsen, K. (1997). Dyrefysiologi: tilpasning og miljø. Cambridge University Press.