ОСМОЗА: ПРОЦЕС, ВИДОВЕ, РАЗЛИКИ С ДИФУЗИЯ И ПРИМЕРИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В осмоза е пасивна явление обем вода през мембрана. Това може да бъде клетъчна мембрана, епител или изкуствена мембрана. Водата се движи от регион с ниско осмотично налягане (или където водата е по-изобилна) към региона с по-високо осмотично налягане (или където водата е по-малко обилна).

Този процес е от биологично значение и организира редица физиологични процеси, както при животни, така и в растения.

Източник: OpenStax

Първият изследовател, съобщил осмотичния феномен, е абат Жан Антоан Нолет. През 1748 г. Nollet работи с мембрани от животински клетки и забелязва, че когато чистата вода се поставя от едната страна на мембраната и разтвор с разредени електролити от другата страна, водата се премества в региона с разтворени вещества.

Така беше описано преминаването на водата в полза на нейния концентрационен градиент и се нарече осмоза. Терминът идва от гръцките корени осмос, което означава да се натиска.

През 1877 г. Вилхелм Пфелер прави първите изследвания на осмотичното налягане. Експерименталният му дизайн включва използването на медна фероцианидна "мембрана" върху повърхността на чаша с пореста глина, което поражда мембрана, която позволява преминаването на водни молекули.

Изкуствените мембрани на Pfeller бяха достатъчно силни, за да издържат на значително осмотично налягане и да не се срутят. Този изследовател успя да заключи, че осмотичното налягане е пропорционално на концентрацията на разтворителя.

процес

Движението на водата през мембрана от област с ниска концентрация към област с висока концентрация се нарича осмоза. Този процес протича от зона с най-ниско осмотично налягане до най-високо осмотично налягане.

В началото това твърдение може да бъде объркващо - и дори противоречиво. Свикнали сме да пасивно движение "високо към ниско". Например топлината може да премине от високи до ниски температури, глюкозата дифундира от региони с висока концентрация до по-малко концентрирани области и т.н.

Както споменахме, водата, която изпитва явлението осмоза, се движи от ниско налягане до високо налягане. Това се случва, защото водата е по-обилна за единица обем, където разтвореното вещество е по-малко в изобилие.

Тоест, по време на осмозата водата се движи там, където (водата) е по-обилна до мястото, където е по-малко обилно. Следователно явлението трябва да се разбира от гледна точка на водата.

Важно е да запомните, че осмозата управлява движението на водата през мембраните и не влияе директно върху движението на разтворените вещества. Когато разтворите са дифузни, те правят това, като следват градиенти на собствената си химическа концентрация. Само водата следва градиента на концентрация на осмотичното налягане.

Осмотичното налягане

Натиск?

Един от най-объркващите аспекти, когато става въпрос за разбирането на процеса на осмоза, е използването на думата натиск. За да се избегне объркване, важно е да се изясни, че самият разтвор не оказва хидростатично налягане поради осмотичното си налягане.

Например, 1 М разтвор на глюкоза има осмотично налягане 22 атм. Разтворът обаче не "експлодира" стъклени бутилки и може да се съхранява по същия начин като чиста вода, тъй като изолиран разтвор не се превръща в хидростатично налягане.

Терминът натиск се използва само поради историческа авария, тъй като първите учени, които изучават тези явления, са били физически и химични.

По този начин, ако две разтвори, които се различават по своето осмотично налягане, са разделени от мембрана, ще се създаде хидростатично налягане.

Осмотично и хидростатично налягане

Процесът на осмоза води до образуване на хидростатично налягане. Разликата в налягането води до повишаване на нивото на по-концентрирания разтвор, тъй като водата се дифундира в него. Повишаването на нивото на водата продължава, докато нетната скорост на движение на водата се изравни с нула.

Нетен поток се постига, когато хидростатичното налягане в отделение II е достатъчно, за да принуди молекулите на водата обратно в поведение I, със същата скорост, при която осмозата кара молекулите да се движат от отделение I към II.

Налягането на водата, което кара частиците да се оттеглят (от отделения I до II), се нарича осмотично налягане на разтвора в отделение II.

Как се контролира потока вода в клетките?

Благодарение на осмотичното явление водата може пасивно да се движи през клетъчните мембрани. Исторически е известно, че животните нямат активна водна транспортна система, която да контролира потока на това вещество.

Активните транспортни системи за разтворители обаче могат да променят посоката на движение на водата в благоприятна посока. По този начин активният транспорт на разтворени вещества е един от начините, по които животните използват метаболитната си енергия, за да контролират посоката на водния транспорт.

количествено определяне

Съществуват математически формули, които позволяват измерване на скоростта, с която водата ще пресече мембраните чрез осмоза. Уравнението за изчисляването му е следното:

Осмотична скорост на транспортиране на водата = K (Π ₁ – / ₂ / X). Където Π ₁ и Π ₂ са осмотичните налягания на разтворите от двете страни на мембраната и X е разстоянието, което ги разделя.

Връзката (Π ₁ –2 ₂ / X) е известна като градиент на осмотичното налягане или осмотичен градиент.

Последният член в уравнението е K е коефициентът на пропорционалност, който зависи от температурата и пропускливостта на мембраната.

Разлики с дифузия

Какво е излъчване?

Дифузията се получава от случайното термично движение на разтворени или суспендирани молекули, което причинява тяхната дисперсия от областите на високи концентрации до най-ниски. Скоростта на дифузия може да бъде изчислена чрез уравнението на Fick.

Това е ергоничен процес, дължащ се на увеличаването на ентропията, представено от случайното разпределение на молекулите.

В случай, че веществото е електролитично, трябва да се вземе предвид общата разлика в заряда между двете отделения - в допълнение към концентрациите.

Осмозата е особен случай на дифузия

Дифузията и осмозата не са противоположни термини, още по-малко взаимно изключващи се понятия.

Водните молекули имат способността да се движат бързо през клетъчните мембрани. Както обяснихме, те дифундират от област с ниска концентрация на разтворени вещества до такава с висока концентрация в процес, наречен осмоза.

Струва ни се странно да говорим за „концентрация на вода“, но това вещество се държи като всяко друго вещество. Тоест, тя се разпространява в полза на нейния градиент на концентрация.

Някои автори обаче използват термина "водна дифузия" като синоним на осмоза. Прилагането му буквално към биологичните системи може да бъде погрешно, тъй като е доказано, че скоростта на осмозата през биологичните мембрани е по-висока от тази, която би се очаквала при обикновен дифузионен процес.

В някои биологични системи водата преминава чрез обикновена дифузия през клетъчната мембрана. Някои клетки обаче имат специални канали за преминаване на вода. Най-важните се наричат ​​аквапорини, увеличавайки скоростта на потока на водата през мембраната.

Примери

В рамките на биологичните системи движението на водата през клетъчните мембрани е решаващо за разбирането на десетки физиологични процеси. Някои примери са:

Осмотичен обмен в сладководни риби

Интересен пример за ролята на осмозата при животните е водният обмен, който се случва при риби, които живеят в пресни води.

Животните, които обитават тесни сладки води, са в постоянен прием на вода от реката или езерцето, където живеят в телата си, тъй като концентрацията на кръвна плазма и други телесни течности има много по-висока концентрация от тази на водата., Рибата Carassius auratus живее в сладководни среди. Индивид, който има маса от 100 грама, може да спечели около 30 грама вода на ден благодарение на движението на водата вътре в тялото си. Рибите имат системи - енергийно скъпи - за непрекъснато избавяне от излишната вода.

Реабсорбция на течности

В стомашно-чревната система на животните трябва да възникне явлението осмоза, за да функционира правилно. Храносмилателният тракт отделя значително количество течност (от порядъка на литри), която трябва да се абсорбира чрез осмоза от клетките, които линиите на червата.

В случай, че тази система не си върши работата, могат да се появят тежки прояви на диария. Удължаването на тази неизправност може да доведе до дехидратация на пациента.

Тургор в растенията

Обемът на водата вътре в клетките зависи от концентрацията както на вътрешната, така и на външната среда, а потокът се организира от явленията на дифузия и осмоза.

Ако животинска клетка (например еритроцит) се постави в среда, която насърчава навлизането на вода, тя може да се спука. За разлика от тях, растителните клетки имат стена, която ги предпазва от осмотичен стрес.

Всъщност недървесните растения се възползват от това налягане, генерирано от пасивното навлизане на вода. Това налягане помага да се поддържат различни растителни органи, като листа, твърди. Щом водата започне да изтича от клетките, клетката губи тургор и изсъхва.

Препратки

1. Cooper, GM, Hausman, RE, & Hausman, RE (2000). Клетката: молекулен подход. ASM преса.
2. Eckert, R., Randall, R., и Augustine, G. (1988). Физиология на животните: механизми и адаптации. WH Freeman & Co.
3. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Физиология на животните. Sinauer Associates.
4. Карп, Г. (2009). Клетъчна и молекулярна биология: концепции и експерименти. John Wiley & Sons.
5. Pollard, TD, Earnshaw, WC, Lippincott-Schwartz, J., & Johnson, G. (2016). Клетъчна биология E-Book. Elsevier Health Sciences.
6. Schmidt-Nielsen, K. (1997). Физиология на животните: адаптация и среда. Cambridge University Press.