Osmoseproces, typer, forskelle med diffusion og eksempler

3424
David Holt

Det osmose det er et passivt fænomen med vandforskydning 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 vand er mere rigeligt) til regionen med højere osmotiske tryk (eller hvor vand er mindre rigeligt).

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

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

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 regionen med opløste stoffer..

Således blev vandets passage til fordel for dets koncentrationsgradient beskrevet, og det blev kaldt osmose. Udtrykket kommer fra de græske rødder osmos, Hvad betyder det Skubbe.

I 1877 gennemførte Wilhelm Pfeller de første undersøgelser af osmotisk tryk. Hans eksperimentelle design involverede brugen af ​​en kobberferrocyanid "membran" på overfladen af ​​en porøs lerbæger, hvilket gav anledning til en membran, der tillod passage af vandmolekyler..

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

Artikelindeks

  • 1 proces
  • 2 Osmotisk tryk
    • 2.1 Pres?
    • 2.2 Osmotiske og hydrostatiske tryk
  • 3 Hvordan styres strømmen af ​​vand i celler?
  • 4 Kvantificering
  • 5 Forskelle med diffusion
    • 5.1 Hvad er diffusion?
    • 5.2 Osmose er et særligt tilfælde af diffusion
  • 6 eksempler
    • 6.1 Osmotisk udveksling i ferskvandsfisk
    • 6.2 Genoptagelse af væsker
    • 6.3 Turgor i planter
  • 7 Referencer

Behandle

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

Først kan denne erklæring være forvirrende - og endda modstridende. Vi er vant til passiv "høj til lav" bevægelse. For eksempel kan varme gå fra høje til lave temperaturer, glukose diffunderer fra regioner 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 vand er mere rigeligt pr. Volumen enhed, hvor opløst stof er mindre rigeligt..

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

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

Osmotisk tryk

Pres?

Et af de mest forvirrende aspekter, når det kommer til at forstå osmoseprocessen, er brugen af ​​ordet tryk. 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 glucoseopløsning 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 tryk bruges kun til en historisk ulykke, da de første forskere, der studerede disse fænomener, var fysiske og kemiske.

Således, hvis to opløsninger, der adskiller sig i deres osmotiske tryk, adskilles af en membran, oprettes et hydrostatisk tryk.

Osmotiske og hydrostatiske tryk

Osmoseprocessen fører til dannelsen af ​​et hydrostatisk tryk. Forskellen i tryk fører til en stigning i niveauet af den mere koncentrerede opløsning, da vandet diffunderer ind i det. Stigningen i vandniveauet fortsætter, indtil nettovandhastigheden for vand er lig med nul..

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

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

Hvordan styres strømmen af ​​vand i cellerne?

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

Aktive opløste transportsystemer kan dog ændre vandbevægelsesretningen i en gunstig retning. På denne måde er aktiv opløselig transport en måde, hvorpå dyr bruger deres metaboliske energi til at kontrollere retningen af ​​vandtransport..

Kvantificering

Der er matematiske formler, der tillader måling af den hastighed, hvormed vand vil krydse membranerne ved osmose. Ligningen til beregning af den er følgende:

Osmotisk transporthastighed for vand = K (Π1to / X). Hvor Π1 og Πto er løsningenes osmotiske tryk på begge sider af membranen, og X er den afstand, der adskiller dem.

Forholdet (Π1to / X) er kendt som osmotisk trykgradient eller osmotisk gradient.

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

Forskelle med diffusion

Hvad er diffusion?

Diffusion forekommer ved tilfældig termisk bevægelse af opløste eller suspenderede molekyler, som forårsager 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 af den tilfældige fordeling af molekylerne.

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

Osmose er et særligt tilfælde af diffusion

Diffusion og osmose er ikke modstridende vilkår, langt mindre gensidigt eksklusive begreber.

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

Det virker underligt for os at tale om "vandkoncentration", men dette stof opfører sig som ethvert andet stof. Det vil sige, det diffunderer til fordel for dets koncentrationsgradient.

Imidlertid bruger nogle forfattere 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 man kunne forvente ved en simpel diffusionsproces.

I nogle biologiske systemer passerer vand ved simpel diffusion gennem cellemembranen. Imidlertid har nogle celler specielle kanaler til passage af vand. De vigtigste kaldes aquaporiner, hvilket øger vandstrømningshastigheden gennem membranen..

Eksempler

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

Osmotisk udveksling i ferskvandsfisk

Et interessant eksempel på osmosens rolle hos dyr er vandudvekslingen, der forekommer i ferskvandsfisk..

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

Fiskearten Carassius auratus lever i ferskvandsmiljøer. En person, der har en masse på 100 gram, kan få ca. 30 gram vand om dagen takket være vandets bevægelse inde i kroppen. Fiskene har energi-dyre systemer til konstant at kaste overskydende vand.

Genoptagelse af væsker

I mave-tarmsystemet hos dyr skal fænomenet osmose forekomme for at det kan fungere ordentligt. Fordøjelseskanalen udskiller en væsentlig mængde væske (i størrelsesordenen liter), der skal genabsorberes af osmose af cellerne, der strækker tarmene..

Hvis dette system ikke udfører sit arbejde, kan der opstå alvorlige diarréhændelser. Forlængelse af denne funktionsfejl kan føre til dehydrering af patienten..

Turgor i planter

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

Hvis en dyrecelle (såsom en erytrocyt) placeres i et medium, der tillader vand at trænge ind, kan det sprænge. Derimod har planteceller en væg, der beskytter dem mod osmotisk stress.

Faktisk udnytter ikke-træagtige planter dette tryk, der genereres ved passiv indgang af vand. Dette tryk hjælper med at holde forskellige planteorganer, såsom blade, turgid. Så snart vandet begynder at forlade cellerne, mister cellen turgor og visner.

Referencer

  1. Cooper, G. M., Hausman, R. E. og Hausman, R. E. (2000). Cellen: en molekylær tilgang. ASM-tryk.
  2. Eckert, R., Randall, R. og Augustine, G. (1988). Dyrefysiologi: mekanismer og tilpasninger. WH Freeman & Co..
  3. Hill, R. W., Wyse, G. A., Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Dyrefysiologi. Sinauer Associates.
  4. Karp, G. (2009). Celle- og molekylærbiologi: begreber og eksperimenter. John Wiley & Sons.
  5. Pollard, T. D., Earnshaw, W. C., Lippincott-Schwartz, J., & Johnson, G. (2016). Cellbiologi E-bog. Elsevier Health Sciences.
  6. Schmidt-Nielsen, K. (1997). Dyrsfysiologi: tilpasning og miljø. Cambridge University Press.

Endnu ingen kommentarer