OSMOSE: PROSESS, TYPER, FORSKJELLER MED DIFFUSJON OG EKSEMPLER - BIOLOGI - 2026

Den osmose er en passiv fenomen forskyvning vann gjennom en membran. Dette kan være en cellemembran, et epitel eller en kunstig membran. Vann beveger seg fra et område med lavt osmotisk trykk (eller der vann er rikelig) til regionen med høyere osmotisk trykk (eller der vann er mindre rikelig).

Denne prosessen er av biologisk relevans og orkestrerer en serie fysiologiske prosesser, både hos dyr og planter.

Kilde: OpenStax

Den første forskeren som rapporterte det osmotiske fenomenet var Abbé Jean Antoine Nollet. I 1748 jobbet Nollet med dyrecellemembraner og la merke til at når rent vann ble plassert på den ene siden av membranen og en løsning med fortynnede elektrolytter på den andre siden, flyttet vannet inn i området med oppløste stoffer.

Dermed ble passering av vann til fordel for dets konsentrasjonsgradient beskrevet og det ble kalt osmose. Begrepet kommer fra de greske røttene osmos, som betyr å presse.

I 1877 gjorde Wilhelm Pfeller de første studiene om osmotisk trykk. Hans eksperimentelle design involverte bruken av en kobberferrocyanid "membran" på overflaten av en porøs leirkopp, noe som ga opphav til en membran som tillot passering av vannmolekyler.

Pfellers kunstige membraner var sterke nok til å motstå betydelige osmotiske trykk og ikke kollapse. Denne forskeren kunne konkludere med at det osmotiske trykket er proporsjonalt med konsentrasjonen av løst stoff.

Prosess

Bevegelse av vann gjennom en membran fra et område med lav konsentrasjon til et område med høy konsentrasjon kalles osmose. Denne prosessen skjer fra et område med det laveste osmotiske trykket til det høyeste osmotiske trykket.

Til å begynne med kan denne uttalelsen være forvirrende - og til og med motstridende. Vi er vant til passiv "høy til lav" bevegelse. For eksempel kan varme være fra høye til lave temperaturer, glukose diffunderer fra regioner med høy konsentrasjon til mindre konsentrerte områder, og så videre.

Som vi nevnte, beveger vannet som opplever fenomenet osmose fra lavt trykk til høyt trykk. Dette skjer fordi vann er rikelig per volumenhet hvor det er mindre rikelig med oppløst stoff.

Det vil si at under osmose beveger vannet seg dit det (vannet) er rikere til der det er mindre rikelig. Derfor må fenomenet forstås fra vannperspektivet.

Det er viktig å huske at osmose styrer bevegelsen av vann gjennom membranene og ikke påvirker bevegelsen av oppløste stoffer direkte. Når løsemidler diffunderer, gjør de det ved å følge gradienter av sin egen kjemiske konsentrasjon. Bare vann følger konsentrasjonsgradienten av osmotisk trykk.

Osmotisk trykk

Press?

Et av de mest forvirrende aspektene når det gjelder forståelse av osmoseprosessen er bruken av ordet trykk. For å unngå forvirring er det viktig å tydeliggjøre at en løsning i seg selv ikke utøver et hydrostatisk trykk på grunn av dets osmotiske trykk.

For eksempel har en 1 M glukoseoppløsning et osmotisk trykk på 22 atm. Løsningen eksploderer imidlertid ikke glassflasker og kan lagres på samme måte som rent vann fordi en isolert løsning ikke oversettes til hydrostatisk trykk.

Begrepet press brukes bare på grunn av en historisk ulykke, siden de første forskerne som studerte disse fenomenene var fysiske og kjemiske.

Således, hvis to løsninger som skiller seg i deres osmotiske trykk blir separert med en membran, vil det opprettes et hydrostatisk trykk.

Osmotisk og hydrostatisk trykk

Osmoseprosessen fører til dannelse av et hydrostatisk trykk. Trykkforskjellen fører til en økning i nivået av den mer konsentrerte løsningen, da vannet diffunderer i den. Stigningen i vannstanden fortsetter inntil nettotakten for vannbevegelse tilsvarer null.

En nettoflyt oppnås når det hydrostatiske trykket i kammer II er tilstrekkelig til å tvinge vannmolekylene tilbake til oppførsel I, med samme hastighet som osmose får molekylene til å bevege seg fra kammer I til II.

Trykket på vannet som får partiklene til å trekke seg tilbake (fra kammer I til II) kalles løsningenes osmotiske trykk i kammer II.

Hvordan kontrolleres strømmen av vann i celler?

Takket være det osmotiske fenomenet kan vann passivt bevege seg gjennom cellemembranene. Historisk sett er det kjent at dyr mangler et aktivt vanntransportsystem for å kontrollere flyten av dette stoffet.

Imidlertid kan aktive løselige transportsystemer endre retning av vannbevegelse i en gunstig retning. På denne måten er aktiv løsemiddeltransport en måte som dyr bruker sin metabolske energi for å kontrollere retningen på vanntransport.

kvantifisering

Det er matematiske formler som tillater måling av hastigheten som vannet vil krysse membranene ved hjelp av osmose. Ligningen som skal beregnes er følgende:

Osmotisk transporthastighet av vann = K (Π ₁ –Π ₂ / X). Hvor Π ₁ og Π ₂ er det osmotiske trykket til løsningene på begge sider av membranen og X er avstanden som skiller dem.

Forholdet (Π ₁ –Π ₂ / X) er kjent som den osmotiske trykkgradienten eller den osmotiske gradienten.

Den siste termen i ligningen er K er proporsjonalitetskoeffisienten som avhenger av temperaturen og permeabiliteten til membranen.

Forskjeller med diffusjon

Hva kringkaster?

Diffusjon skjer ved tilfeldig termisk bevegelse av oppløste eller suspenderte molekyler, noe som får deres spredning fra områdene med høye konsentrasjoner til de laveste. Diffusjonshastigheten kan beregnes ved hjelp av Fick-ligningen.

Det er en eksergonisk prosess på grunn av økningen i entropi representert ved tilfeldig fordeling av molekylene.

I tilfelle at stoffet er et elektrolytisk stoff, må den totale ladningsforskjellen mellom de to avdelingene tas med i betraktningen - i tillegg til konsentrasjonene.

Osmose er et spesielt tilfelle av diffusjon

Diffusjon og osmose er ikke motstridende begreper, mye mindre gjensidig utelukkende begreper.

Vannmolekyler har evnen til å bevege seg raskt gjennom cellemembraner. Som vi forklarte, diffunderer de fra et område med lav konsentrasjon av løst stoff til en med høy konsentrasjon i en prosess som kalles osmose.

Det virker rart for oss å snakke om “vannkonsentrasjon”, men dette stoffet oppfører seg som ethvert annet stoff. Det vil si at den diffunderer til fordel for konsentrasjonsgradienten.

Noen forfattere bruker imidlertid uttrykket "vanndiffusjon" som et synonym for osmose. Å bruke det bokstavelig talt på biologiske systemer kan være galt, siden det har vist seg at osmosehastigheten gjennom biologiske membraner er høyere enn hva som kan forventes av en enkel diffusjonsprosess.

I noen biologiske systemer passerer vann ved enkel diffusjon gjennom cellemembranen. Noen celler har imidlertid spesielle kanaler for passering av vann. De viktigste kalles aquaporins, noe som øker hastigheten på vannstrømmen gjennom membranen.

eksempler

Innen biologiske systemer er bevegelse av vann gjennom cellemembraner avgjørende for å forstå mange titalls fysiologiske prosesser. Noen eksempler er:

Osmotisk utveksling i ferskvannsfisk

Et interessant eksempel på osmosens rolle i dyr er vannutvekslingen som oppstår i fisk som lever i ferskvann.

Dyr som bor i forekomster av ferskvann befinner seg i et konstant inntak av vann fra elven eller dammen der de bor i kroppene sine, siden konsentrasjonen av blodplasma og andre kroppsvæsker har en mye høyere konsentrasjon enn vann. .

Carassius auratus fiskeart lever i ferskvannsmiljøer. En person som har en masse på 100 gram kan få omtrent 30 gram vann per dag takket være bevegelsen av vann i kroppen. Fiskene har systemer - energisk dyre - for kontinuerlig å kvitte seg med overflødig vann.

Reabsorpsjon av væsker

I mage-tarmsystemet til dyr må fenomenet osmose oppstå for at det skal fungere ordentlig. Fordøyelseskanalen utskiller en betydelig mengde væske (i størrelsesorden liter) som må reabsorberes av osmose av cellene som leder tarmene.

I tilfelle dette systemet ikke utfører arbeidet, kan det oppstå alvorlige diaréhendelser. Forlengelse av denne funksjonsfeilen kan føre til dehydrering av pasienten.

Turgor i planter

Volumet av vann inne i celler avhenger av konsentrasjonen av både det indre og ytre miljø, og strømmen er orkestrert av fenomenene diffusjon og osmose.

Hvis en dyrecelle (for eksempel en erytrocytt) plasseres i et medium som oppmuntrer tilførsel av vann, kan det sprekke. I kontrast har planteceller en vegg som beskytter dem mot osmotisk stress.

Faktisk drar ikke-treholdige planter fordel av dette trykket som genereres ved passiv innføring av vann. Dette trykket hjelper til med å holde forskjellige planteorganer, for eksempel blader, turgid. Så snart vann begynner å renne ut av cellene, mister cellen sin turgiditet og visner.

referanser

1. Cooper, GM, Hausman, RE, & Hausman, RE (2000). Cellen: en molekylær tilnærming. ASM press.
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: konsepter og eksperimenter. John Wiley & Sons.
5. Pollard, TD, Earnshaw, WC, Lippincott-Schwartz, J., & Johnson, G. (2016). E-bok om cellebiologi. Elsevier Health Sciences.
6. Schmidt-Nielsen, K. (1997). Dyrefysiologi: tilpasning og miljø. Cambridge University Press.