Plik osmoza jest to pasywne zjawisko wypierania wody przez membranę. Może to być błona komórkowa, nabłonek lub sztuczna błona. Woda przemieszcza się z obszaru o niskim ciśnieniu osmotycznym (lub gdzie woda jest bardziej obfita) do regionu o wyższym ciśnieniu osmotycznym (lub gdzie woda jest mniej obfita).
Proces ten ma znaczenie biologiczne i organizuje szereg procesów fizjologicznych, zarówno u zwierząt, jak iu roślin..
Pierwszym badaczem, który zgłosił zjawisko osmotyczne, był Abbé Jean Antoine Nollet. W 1748 roku Nollet pracował z błonami komórek zwierzęcych i zauważył, że kiedy czysta woda została umieszczona po jednej stronie membrany, a roztwór z rozcieńczonymi elektrolitami po drugiej stronie, woda przemieszczała się do regionu z substancjami rozpuszczonymi..
W ten sposób opisano przechodzenie wody na korzyść gradientu stężeń i nazwano to osmozą. Termin pochodzi z greckich korzeni osmos, Co to znaczy Pchać.
W 1877 roku Wilhelm Pfeller przeprowadził pierwsze badania ciśnienia osmotycznego. Jego projekt eksperymentalny obejmował zastosowanie „membrany” żelazocyjanku miedzi na powierzchni porowatego glinianego kubka, dając początek membranie, która umożliwiała przenikanie cząsteczek wody..
Sztuczne membrany Pfellera były wystarczająco mocne, aby wytrzymać znaczne ciśnienia osmotyczne i nie zapadały się. Ten badacz był w stanie stwierdzić, że ciśnienie osmotyczne jest proporcjonalne do stężenia substancji rozpuszczonej..
Indeks artykułów
Ruch wody przez membranę z obszaru o niskim stężeniu do obszaru o wysokim stężeniu nazywa się osmozą. Proces ten zachodzi od obszaru o najniższym ciśnieniu osmotycznym do najwyższego ciśnienia osmotycznego..
Na początku to stwierdzenie może być mylące - a nawet sprzeczne. Jesteśmy przyzwyczajeni do pasywnego ruchu „od góry do dołu”. Na przykład ciepło może przechodzić od wysokich do niskich temperatur, glukoza dyfunduje z regionów o wysokim stężeniu do mniej skoncentrowanych i tak dalej..
Jak wspomnieliśmy, woda, w której występuje zjawisko osmozy, przechodzi od niskiego ciśnienia do wysokiego. Dzieje się tak, ponieważ woda jest bardziej obfita na jednostkę objętości, podczas gdy substancja rozpuszczona jest mniej obfita..
Oznacza to, że podczas osmozy woda przemieszcza się gdzie jej (woda) jest bardziej obfita tam, gdzie jest mniej. Dlatego zjawisko należy rozumieć z perspektywy wody.
Należy pamiętać, że osmoza rządzi ruchem woda przez błony i nie wpływa bezpośrednio na ruch substancji rozpuszczonych. Kiedy substancje rozpuszczone dyfundują, robią to, podążając za gradientami ich własnego stężenia chemicznego. Tylko woda podąża za gradientem stężenia ciśnienia osmotycznego.
Jednym z najbardziej zagmatwanych aspektów, jeśli chodzi o zrozumienie procesu osmozy, jest użycie tego słowa ciśnienie. Aby uniknąć nieporozumień, ważne jest, aby wyjaśnić, że roztwór sam w sobie nie wywiera ciśnienia hydrostatycznego z powodu ciśnienia osmotycznego..
Na przykład 1 M roztwór glukozy ma ciśnienie osmotyczne 22 atm. Jednak roztwór nie "eksploduje" szklanych butelek i może być przechowywany w taki sam sposób jak czysta woda, ponieważ wydzielony roztwór nie przekłada się na ciśnienie hydrostatyczne..
Termin ciśnienie jest używany tylko w odniesieniu do wypadku historycznego, ponieważ pierwsi naukowcy, którzy badali te zjawiska, byli fizyczni i chemiczni.
Tak więc, jeśli dwa roztwory różniące się ciśnieniem osmotycznym zostaną oddzielone membraną, powstanie ciśnienie hydrostatyczne.
Proces osmozy prowadzi do powstania ciśnienia hydrostatycznego. Różnica ciśnień prowadzi do wzrostu poziomu bardziej stężonego roztworu, w miarę jak woda do niego dyfunduje. Podnoszenie się poziomu wody trwa do momentu, gdy prędkość netto ruchu wody będzie równa zeru..
Przepływ netto uzyskuje się, gdy ciśnienie hydrostatyczne w komorze II jest wystarczające, aby zmusić cząsteczki wody z powrotem do zachowania I, z taką samą szybkością, z jaką osmoza powoduje przemieszczanie się cząsteczek z przedziału I do II.
Ciśnienie wody, które powoduje cofanie się cząstek (z przedziału I do II) nazywane jest ciśnieniem osmotycznym roztworu w przedziale II..
Dzięki zjawisku osmotycznemu woda może biernie przemieszczać się przez błony komórkowe. Z historycznego punktu widzenia wiadomo, że zwierzętom brakuje aktywnego systemu transportu wody, który kontrolowałby przepływ tej substancji..
Jednak aktywne systemy transportu substancji rozpuszczonych mogą zmienić kierunek ruchu wody w korzystnym kierunku. W ten sposób aktywny transport substancji rozpuszczonych jest jednym ze sposobów, w jaki zwierzęta wykorzystują energię metaboliczną do kontrolowania kierunku transportu wody..
Istnieją wzory matematyczne, które umożliwiają pomiar szybkości, z jaką woda przechodzi przez membrany w wyniku osmozy. Równanie do obliczenia tego jest następujące:
Szybkość transportu osmotycznego wody = K (Π1-Πdwa / X). Gdzie Π1 i Πdwa to ciśnienia osmotyczne roztworów po obu stronach membrany, a X to odległość, która je dzieli.
Związek (Π1-Πdwa / X) jest znany jako gradient ciśnienia osmotycznego lub gradient osmotyczny.
Ostatnim członem równania jest K to współczynnik proporcjonalności, który zależy od temperatury i przepuszczalności membrany.
Dyfuzja zachodzi w wyniku przypadkowego ruchu termicznego rozpuszczonych lub zawieszonych cząsteczek, co powoduje ich dyspersję z regionów o wysokich stężeniach do najniższych. Szybkość dyfuzji można obliczyć za pomocą równania Ficka.
Jest to proces egzergoniczny ze względu na wzrost entropii reprezentowany przez losowe rozmieszczenie cząsteczek.
W przypadku, gdy substancja jest elektrolitem, oprócz stężeń należy wziąć pod uwagę całkowitą różnicę ładunku między dwoma przedziałami..
Dyfuzja i osmoza nie są terminami przeciwstawnymi, a tym bardziej pojęciami wykluczającymi się wzajemnie.
Cząsteczki wody mają zdolność szybkiego przemieszczania się przez błony komórkowe. Jak wyjaśniliśmy, dyfundują z obszaru o niskim stężeniu substancji rozpuszczonej do regionu o wysokim stężeniu w procesie zwanym osmozą..
Wydaje nam się dziwne mówienie o „stężeniu wody”, ale ta substancja zachowuje się jak każda inna substancja. Oznacza to, że dyfunduje na korzyść gradientu stężenia.
Jednak niektórzy autorzy używają terminu „dyfuzja wody” jako synonimu osmozy. Stosowanie go dosłownie do systemów biologicznych może być błędne, ponieważ wykazano, że szybkość osmozy przez błony biologiczne jest wyższa niż można by oczekiwać po prostym procesie dyfuzji.
W niektórych systemach biologicznych woda przechodzi przez prostą dyfuzję przez błonę komórkową. Jednak niektóre komórki mają specjalne kanały do przepuszczania wody. Najważniejsze z nich to akwaporyny, zwiększające prędkość przepływu wody przez membranę..
W systemach biologicznych przepływ wody przez błony komórkowe ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia dziesiątek procesów fizjologicznych. Oto kilka przykładów:
Ciekawym przykładem roli osmozy u zwierząt jest wymiana wody zachodząca u ryb słodkowodnych..
Zwierzęta zamieszkujące zbiorniki słodkiej wody są w stałym poborze wody z rzeki lub stawu, w którym żyją, do swoich ciał, ponieważ stężenie osocza krwi i innych płynów ustrojowych ma znacznie wyższe stężenie niż woda..
Gatunki ryb Carassius auratus żyje w środowiskach słodkowodnych. Osoba o masie 100 gramów może zyskać około 30 gramów wody dziennie dzięki ruchowi wody w swoim ciele. Ryby mają kosztowne energetycznie systemy ciągłego odprowadzania nadmiaru wody.
W układzie pokarmowym zwierząt dla prawidłowego funkcjonowania musi wystąpić zjawisko osmozy. Przewód pokarmowy wydziela znaczną ilość płynu (rzędu litrów), który musi zostać ponownie wchłonięty przez osmozę przez komórki wyściełające jelita.
Jeśli ten system nie wykona swojej pracy, mogą wystąpić ciężkie przypadki biegunki. Przedłużenie tej nieprawidłowości może prowadzić do odwodnienia pacjenta..
Objętość wody wewnątrz komórek zależy od stężenia zarówno środowiska wewnętrznego, jak i zewnętrznego, a przepływ jest koordynowany przez zjawiska dyfuzji i osmozy..
Jeśli komórka zwierzęca (taka jak erytrocyt) zostanie umieszczona w pożywce, która wpuszcza wodę, może pęknąć. Natomiast komórki roślinne mają ścianę, która chroni je przed stresem osmotycznym.
W rzeczywistości rośliny inne niż zdrewniałe wykorzystują to ciśnienie generowane przez pasywne wejście wody. To ciśnienie pomaga utrzymać jędrność różnych organów roślin, takich jak liście. Gdy tylko woda zacznie opuszczać komórki, komórka traci jędrność i więdnie.
Jeszcze bez komentarzy