OZMÓZIS: FOLYAMAT, TÍPUSOK, KÜLÖNBSÉGEK A DIFFÚZIÓVAL ÉS PÉLDÁK - BIOLÓGIA - 2026

Az ozmózis passzív jelenség, amely kiszorítja a vizet egy membránon. Ez lehet sejtmembrán, hám vagy mesterséges membrán. A víz az alacsony ozmotikus nyomású régiókból (vagy ahol a víz bőségesebb) a magasabb ozmotikus nyomással rendelkező régiókba (vagy ahol a víz kevésbé bőséges) mozog.

Ez a folyamat biológiai jelentőséggel bír, és egy sor fiziológiai folyamatot irányít mind állatokban, mind növényekben.

Forrás: OpenStax

Az első kutató, aki az ozmotikus jelenséget jelentette, Abbé Jean Antoine Nollet volt. 1748-ban Nollet állati sejtmembránokkal dolgozott, és észrevette, hogy amikor a membrán egyik oldalára tiszta vizet, a másik oldalán pedig híg elektrolitokkal készített oldatot helyeznek, a víz oldott oldatokkal átjutott a régióba.

Így leírták a víz áthaladását a koncentráció-gradiens javára, és ozmózisnak hívták. A kifejezés a görög gyökérzetből származik, az osmos, ami azt jelenti, hogy nyomja.

1877-ben Wilhelm Pfeller készítette az első ozmotikus nyomás vizsgálatokat. Kísérleti terve egy réz ferrocianid "membrán" használatát foglalta magában a porózus agyag csésze felületén, olyan membránt hozva létre, amely lehetővé tette a vízmolekulák áthaladását.

A Pfeller mesterséges membránjai elég erősek voltak, hogy ellenálljanak a jelentős ozmotikus nyomásoknak, és ne essenek össze. Ez a kutató arra a következtetésre jutott, hogy az ozmotikus nyomás arányos az oldott anyag koncentrációjával.

Folyamat

A víz mozgását egy membránon keresztül az alacsony koncentrációjú területről a nagy koncentrációjú területre ozmózisnak nevezzük. Ez a folyamat a legalacsonyabb ozmotikus nyomástól a legmagasabb ozmotikus nyomásig terjedő tartománytól zajlik.

Ez az állítás eleinte zavaró lehet - sőt ellentmondásos is. Megszoktuk a passzív "magas-alacsony" mozgást. Például a hő magas és alacsony hőmérsékleten lehet, a glükóz diffundálódhat a magas koncentrációjú régiókból a kevésbé koncentrált területekre stb.

Mint már említettük, az a víz, amely az ozmózis jelenségét tapasztalja, alacsony nyomásokról nagy nyomásokra mozog. Ennek oka az, hogy a vízmennyiség egységegységenként gazdagabb, ahol az oldott anyag kevésbé bőséges.

Vagyis az ozmózis során a víz ott mozog, ahol (a víz) bőségesebb, ahol kevésbé bőséges. Ezért a jelenséget a víz szempontjából kell megérteni.

Fontos megjegyezni, hogy az ozmózis szabályozza a víz mozgását a membránokon, és nem érinti közvetlenül az oldott anyag mozgását. Ha az oldódás diffúz, akkor ezt saját kémiai koncentrációjuk gradienseinek követésével hajtják végre. Kizárólag a víz követi az ozmotikus nyomás koncentráció-gradienst.

Ozmotikus nyomás

Nyomás?

Az ozmózis folyamat megértésének egyik leginkább zavaró szempontja a nyomás szó használata. A zavar elkerülése érdekében fontos tisztázni, hogy az oldat önmagában nem gyakorol hidrosztatikus nyomást ozmotikus nyomása miatt.

Például egy 1 M glükóz oldat ozmotikus nyomása 22 atm. Az oldat azonban nem „felrobban” az üvegpalackokból, és ugyanúgy tárolható, mint a tiszta víz, mivel az izolált oldat nem jelent hidrosztatikus nyomást.

A nyomás kifejezést csak történelmi baleset miatt használják, mivel ezeket a jelenségeket elsőként a fizikai és kémiai kutatók kutatták.

Így ha két oldatot, amelyek ozmotikus nyomásukban különbözik egymástól, membrán választja el, hidrosztatikus nyomás alakul ki.

Ozmotikus és hidrosztatikus nyomás

Az ozmózis folyamata hidrosztatikus nyomás kialakulásához vezet. A nyomáskülönbség a koncentráltabb oldat szintjének emelkedéséhez vezet, mivel a víz diffundál. A vízszint emelkedése addig folytatódik, amíg a vízmozgás nettó mértéke nullával egyenlő.

A nettó áramlást akkor érjük el, ha a hidrosztatikus nyomás a II. Rekeszben elegendő ahhoz, hogy a vízmolekulákat visszakapja az I viselkedésre, ugyanolyan sebességgel, mint az ozmózis a molekulák mozogása az I. kamrából a II.

A részecskék visszahúzódását okozó víznyomást (az I-II. Rekeszből) a II. Rekeszben levő oldat ozmotikus nyomásnak nevezzük.

Hogyan szabályozható a víz áramlása a cellákban?

Az ozmotikus jelenségnek köszönhetően a víz passzív módon mozoghat a sejtmembránokon keresztül. A történelem során ismert, hogy az állatoknak nincs aktív vízszállító rendszere az anyag áramlásának szabályozására.

Az aktív oldott szállítórendszerek azonban megváltoztathatják a víz mozgásának irányát kedvező irányba. Ilyen módon az aktív oldott anyag szállítása az egyik módja annak, hogy az állatok anyagcseréjük energiáját felhasználják a víz szállításának irányítására.

mennyiségi meghatározás

Vannak olyan matematikai képletek, amelyek lehetővé teszik annak mérését, hogy a víz az ozmózissal áthatolja-e a membránokat. A kiszámításához használt egyenlet a következő:

A víz ozmotikus szállítási sebessége = K (Π ₁ –Π ₂ / X). Ahol Π ₁ és Π ₂ az oldatok ozmotikus nyomása a membrán mindkét oldalán, és X a távolság, amely elválasztja őket.

A kapcsolat (Π ₁ –Π ₂ / X) ozmotikus nyomásgradiens vagy ozmotikus gradiens néven ismert.

Az egyenlet utolsó kifejezése K az arányosság koefficiense, amely a hőmérséklettől és a membrán áteresztőképességétől függ.

A diffúzió különbségei

Mi a műsorszórás?

A diffúzió az oldott vagy szuszpendált molekulák véletlenszerű hőmozgásával történik, melynek eredményeként a diszperzió a magas koncentrációjú régiókból a legalacsonyabbá válik. A diffúziós sebességet a Fick-egyenlettel lehet kiszámítani.

Ez egy exergonikus folyamat az entrópia növekedése miatt, amelyet a molekulák véletlenszerű eloszlása ​​képvisel.

Abban az esetben, ha az anyag elektrolitikus, a koncentrációk mellett a két rekesz közötti töltésbeli különbséget is figyelembe kell venni.

Az ozmózis a diffúzió különleges esete

A diffúzió és az ozmózis nem ellentétes fogalmak, sokkal kevésbé kölcsönösen kizáró fogalmak.

A vízmolekulák képesek gyorsan mozogni a sejtmembránokon keresztül. Ahogyan kifejtettük, az alacsony oldódású koncentráció egy olyan régiójából diffúzódnak, amelyben az ozmózisnak nevezett folyamat a magas koncentrációjú tartományba esik.

Furcsanak tűnik számunkra a „vízkoncentrációról” beszélni, de ez az anyag ugyanúgy viselkedik, mint bármely más anyag. Vagyis diffundál a koncentráció-gradiens mellett.

Egyes szerzők azonban a "víz diffúzió" kifejezést használják az ozmózis szinonimájaként. Helytelen lehet ezt szó szerint alkalmazni a biológiai rendszerekre, mivel kimutatták, hogy a biológiai membránokon keresztüli ozmózis sebessége meghaladja az egyszerű diffúziós folyamat elvárásait.

Egyes biológiai rendszerekben a víz egyszerű diffúzióval halad át a sejtmembránon. Néhány sejtnek azonban van speciális csatornája a víz átjutására. A legfontosabb akvaporinoknak nevezik őket, amelyek növelik a membránon átfolyó víz sebességét.

Példák

A biológiai rendszerekben a víz mozgása a sejtmembránon keresztül döntő fontosságú a tucatnyi élettani folyamat megértéséhez. Néhány példa a következőkre:

Ozmotikus csere édesvízi halakban

Az állatok ozmózisának érdekes példája az édesvizekben élő halakban bekövetkező vízcsere.

Az édesvízi testekben élő állatok állandó vízmennyiséget vesznek a folyóból vagy a tóból, ahol testükbe élnek, mivel a vérplazma és más testfolyadékok koncentrációja sokkal nagyobb, mint a vízé..

A Carassius auratus halfaj édesvízi környezetben él. Az a személy, akinek a tömege 100 gramm, napi 30 gramm vizet nyerhet a test belsejében lévő víz mozgásának köszönhetően. A halaknak rendszere van - energetikailag drága -, hogy folyamatosan megszabaduljon a fölösleges vizetől.

Folyadékok reabszorpciója

Az állatok gyomor-bélrendszerében az ozmózis jelenségének meg kell jelennie annak megfelelő működéséhez. Az emésztőrendszer jelentős mennyiségű folyadékot választ ki (literben), amelyet a belekbe vonó sejtek ozmózissal kell felszívni.

Ha ez a rendszer nem hajtja végre a feladatát, súlyos hasmenés léphet fel. Ennek a meghibásodásnak a meghosszabbítása a páciens kiszáradásához vezethet.

Turgor növényekben

A sejtekben lévő vízmennyiség mind a belső, mind a külső környezet koncentrációjától függ, és az áramlást a diffúzió és az ozmózis jelenségei vezérlik.

Ha egy állati sejtet (például vörösvértest) olyan közegbe helyezünk, amely lehetővé teszi a víz bejutását, az végül felszakadhat. Ezzel szemben a növényi sejteknek van egy fala, amely megvédi őket az ozmotikus stressztől.

Valójában a nem fás növények kihasználják ezt a nyomást, amelyet a víz passzív bejutása okoz. Ez a nyomás segít megőrizni a különböző növényi szerveket, például a leveleket és a törpeket. Amint a víz kiárad a sejtekből, a sejt elveszíti turukticitását és marmarat.

Irodalom

1. Cooper, GM, Hausman, RE, és Hausman, RE (2000). A sejt: molekuláris megközelítés. ASM sajtó.
2. Eckert, R., Randall, R. és Augustine, G. (1988). Állatok fiziológiája: mechanizmusok és alkalmazkodás. WH Freeman & Co.
3. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M., és Anderson, M. (2004). Állatok élettana. Sinauer Associates.
4. Karp, G. (2009). Sejt- és molekuláris biológia: fogalmak és kísérletek. John Wiley & Sons.
5. Pollard, TD, Earnshaw, WC, Lippincott-Schwartz, J., & Johnson, G. (2016). Sejtbiológiai e-könyv. Elsevier Health Sciences.
6. Schmidt-Nielsen, K. (1997). Állatok fiziológiája: alkalmazkodás és környezet. Cambridge University Press.