Proces osmózy, typy, rozdíly s difúzí a příklady

4542
Basil Manning

The osmóza jedná se o pasivní jev vytěsňování vody membránou. Může to být buněčná membrána, epitel nebo umělá membrána. Voda se pohybuje z oblasti s nízkým osmotickým tlakem (nebo kde je voda hojnější) do oblasti s vyššími osmotickými tlaky (nebo kde je voda méně).

Tento proces má biologický význam a organizuje řadu fyziologických procesů, jak u zvířat, tak u rostlin..

Zdroj: OpenStax [CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)]

Prvním výzkumníkem, který uvedl osmotický jev, byl Abbé Jean Antoine Nollet. V roce 1748 Nollet pracoval s buněčnými membránami zvířat a všiml si, že když byla na jednu stranu membrány umístěna čistá voda a na druhé straně roztok se zředěnými elektrolyty, voda se přesunula do oblasti rozpuštěnými látkami..

Byl tedy popsán průchod vody ve prospěch jejího koncentračního gradientu a nazýval se osmóza. Termín pochází z řeckých kořenů osmóza, Co to znamená Tam.

V roce 1877 provedl Wilhelm Pfeller první studie osmotického tlaku. Jeho experimentální návrh zahrnoval použití „membrány“ ferokyanidu mědi na povrchu porézního hliněného kalíšku, čímž vznikla membrána, která umožňovala průchod molekul vody..

Pfellerovy umělé membrány byly dostatečně silné, aby vydržely významné osmotické tlaky a nezhroutily se. Tento výzkumník dokázal dojít k závěru, že osmotický tlak je úměrný koncentraci rozpuštěné látky..

Rejstřík článků

  • 1 Proces
  • 2 Osmotický tlak
    • 2.1 Tlaky?
    • 2.2 Osmotické a hydrostatické tlaky
  • 3 Jak je řízen tok vody v buňkách?
  • 4 Kvantifikace
  • 5 Rozdíly s difúzí
    • 5.1 Co je to difúze?
    • 5.2 Osmóza je zvláštním případem šíření
  • 6 příkladů
    • 6.1 Osmotická výměna u sladkovodních ryb
    • 6.2 Reabsorpce kapalin
    • 6.3 Turgor v rostlinách
  • 7 Reference

Proces

Pohyb vody přes membránu z oblasti s nízkou koncentrací do oblasti s vysokou koncentrací se nazývá osmóza. K tomuto procesu dochází od oblasti s nejnižším osmotickým tlakem po nejvyšší osmotický tlak..

Zpočátku může být toto tvrzení matoucí - a dokonce protichůdné. Jsme zvyklí na pasivní pohyb „od nejvyšší k nejnižší“. Například teplo může přecházet z vysokých na nízké teploty, glukóza difunduje z oblastí s vysokou koncentrací do méně koncentrovaných oblastí atd..

Jak jsme již zmínili, voda, která zažívá fenomén osmózy, se pohybuje od nízkých tlaků k vysokým tlakům. K tomu dochází, protože voda je hojnější na jednotku objemu, kde je rozpuštěná látka méně hojná..

To znamená, že během osmózy se voda pohybuje kam její  (voda) je hojnější tam, kde je méně. Tento jev je tedy třeba chápat z pohledu vody.

Je důležité si uvědomit, že pohybem se řídí osmóza Voda přes membrány a nemá přímý vliv na pohyb rozpuštěných látek. Když rozpuštěné látky difundují, činí to sledováním gradientů své vlastní chemické koncentrace. Pouze voda sleduje koncentrační gradient osmotického tlaku.

Osmotický tlak

Tlaky?

Jedním z nejvíce matoucích aspektů, pokud jde o porozumění procesu osmózy, je použití tohoto slova tlaky. Aby nedošlo k záměně, je důležité objasnit, že roztok sám o sobě nevyvolává hydrostatický tlak kvůli svému osmotickému tlaku..

Například 1 M roztok glukózy má osmotický tlak 22 atm. Roztok však „nevybuchne“ skleněné lahve a lze jej skladovat stejným způsobem jako čistou vodu, protože izolovaný roztok se nepřevádí na hydrostatický tlak..

Termín tlaky se používá pouze pro historickou nehodu, protože první vědci, kteří studovali tyto jevy, byli fyzikální a chemické.

Pokud jsou tedy dvě řešení, která se liší svými osmotickými tlaky, oddělena membránou, vytvoří se hydrostatický tlak.

Osmotické a hydrostatické tlaky

Proces osmózy vede k tvorbě hydrostatického tlaku. Rozdíl v tlaku vede ke zvýšení hladiny koncentrovanějšího roztoku, protože voda do něj difunduje. Vzestup vodní hladiny pokračuje, dokud se čistá rychlost pohybu vody nerovná nule..

Čistého průtoku se dosáhne, když je hydrostatický tlak v oddělení II dostatečný k tomu, aby se molekuly vody vrátily do chování I, a to stejnou rychlostí, jakou osmóza způsobí, že se molekuly pohybují z oddílu I do II.

Tlak vody, který způsobuje ústup částic (z kompartmentu I do II), se nazývá osmotický tlak roztoku v kompartmentu II..

Jak je řízen tok vody v buňkách?

Díky osmotickému jevu se voda může pasivně pohybovat buněčnými membránami. Historicky je známo, že zvířatům chybí aktivní systém přenosu vody, který by řídil tok této látky..

Aktivní dopravní systémy rozpuštěných látek však mohou změnit směr pohybu vody příznivým směrem. Tímto způsobem je aktivní transport rozpuštěných látek jedním ze způsobů, kterými zvířata používají svou metabolickou energii k řízení směru přenosu vody..

Kvantifikace

Existují matematické vzorce, které umožňují měření rychlosti, jakou bude voda procházet membránami osmózou. Rovnice pro její výpočet je následující:

Osmotická rychlost přenosu vody = K (Π1dva / X). Kde Π1 a Πdva jsou osmotické tlaky roztoků na obou stranách membrány a X je vzdálenost, která je odděluje.

Vztah (Π1dva / X) je známý jako gradient osmotického tlaku nebo osmotický gradient.

Posledním členem rovnice je K je koeficient proporcionality, který závisí na teplotě a propustnosti membrány.

Rozdíly s difúzí

Co je to difúze?

K difúzi dochází náhodným tepelným pohybem rozpuštěných nebo suspendovaných molekul, který způsobuje jejich disperzi z oblastí s vysokou koncentrací na nejnižší. Rychlost difúze lze vypočítat pomocí Fickovy rovnice.

Jedná se o exergonický proces v důsledku zvýšení entropie představované náhodným rozdělením molekul.

V případě, že je látka elektrolytická, je třeba kromě koncentrací zohlednit i celkový rozdíl v poplatcích mezi těmito dvěma kompartmenty..

Osmóza je zvláštním případem šíření

Difúze a osmóza nejsou protichůdné pojmy, natož vzájemně se vylučující pojmy.

Molekuly vody mají schopnost rychle se pohybovat buněčnými membránami. Jak jsme vysvětlili, difundují z oblasti s nízkou koncentrací rozpuštěné látky do oblasti s vysokou koncentrací v procesu zvaném osmóza..

Zdá se nám divné mluvit o „koncentraci vody“, ale tato látka se chová jako každá jiná látka. To znamená, že se rozptyluje ve prospěch svého koncentračního gradientu.

Někteří autoři však používají termín „difúze vody“ jako synonymum pro osmózu. Jeho doslovné použití na biologické systémy může být špatné, protože se ukázalo, že rychlost osmózy biologickými membránami je vyšší, než by se dalo očekávat jednoduchým difúzním procesem.

V některých biologických systémech voda prochází jednoduchou difúzí přes buněčnou membránu. Některé buňky však mají speciální kanály pro průchod vody. Nejdůležitější jsou tzv. Aquaporiny, které zvyšují rychlost průtoku vody membránou..

Příklady

V biologických systémech je pohyb vody přes buněčné membrány zásadní pro pochopení desítek fyziologických procesů. Některé příklady jsou:

Osmotická výměna u sladkovodních ryb

Zajímavým příkladem role osmózy u zvířat je výměna vody, ke které dochází u sladkovodních ryb..

Zvířata, která obývají těla sladké vody, neustále přijímají vodu z řeky nebo rybníka, kde žijí ve svých tělech, protože koncentrace krevní plazmy a jiných tělních tekutin má mnohem vyšší koncentraci než voda..

Druhy ryb Carassius auratus žije ve sladkovodním prostředí. Jedinec, který má hmotnost 100 gramů, může díky pohybu vody v těle získat asi 30 gramů vody denně. Ryby mají energeticky nákladné systémy, které neustále vylučují přebytečnou vodu.

Reabsorpce kapalin

V gastrointestinálním systému zvířat musí správně fungovat fenomén osmózy. Trávicí trakt vylučuje značné množství tekutiny (řádově v litrech), které musí být reabsorbováno osmózou buňkami, které lemují střeva.

Pokud tento systém neprovádí svou práci, mohou nastat těžké průjemové události. Prodloužení této poruchy může vést k dehydrataci pacienta..

Turgor v rostlinách

Objem vody uvnitř buněk závisí na koncentraci vnitřního i vnějšího prostředí a tok je řízen jevy difúze a osmózy..

Pokud je zvířecí buňka (například erytrocyt) umístěna do média, které umožňuje vstup vody, mohlo by prasknout. Naproti tomu rostlinné buňky mají zeď, která je chrání před osmotickým stresem.

Ve skutečnosti dřeviny využívají tohoto tlaku generovaného pasivním vstupem vody. Tento tlak pomáhá udržovat různé rostlinné orgány, jako jsou listy, turgidní. Jakmile voda začne opouštět buňky, buňka ztratí turgor a uschne.

Reference

  1. Cooper, G. M., Hausman, R. E., a Hausman, R. E. (2000). Buňka: molekulární přístup. Stiskněte ASM.
  2. Eckert, R., Randall, R. a Augustine, G. (1988). Fyziologie zvířat: mechanismy a adaptace. WH Freeman & Co..
  3. Hill, R. W., Wyse, G. A., Anderson, M. a Anderson, M. (2004). Fyziologie zvířat. Sinauer Associates.
  4. Karp, G. (2009). Buněčná a molekulární biologie: koncepty a experimenty. John Wiley & Sons.
  5. Pollard, T. D., Earnshaw, W. C., Lippincott-Schwartz, J., & Johnson, G. (2016). E-kniha o buněčné biologii. Elsevier Health Sciences.
  6. Schmidt-Nielsen, K. (1997). Fyziologie zvířat: adaptace a prostředí. Cambridge University Press.

Zatím žádné komentáře