OSMOZĖ: PROCESAS, RŪŠYS, SKIRTUMAI SU DIFUZIJA IR PAVYZDŽIAI - BIOLOGIJA - 2025

Osmoso yra pasyvus reiškinys tūris vandens per membraną. Tai gali būti ląstelės membrana, epitelis arba dirbtinė membrana. Vanduo juda iš žemo osmosinio slėgio regiono (arba ten, kur vandens gausiau) į didesnio osmosinio slėgio regioną (arba ten, kur vanduo yra mažiau gausus).

Šis procesas yra biologiškai svarbus ir organizuoja daugybę fiziologinių procesų tiek gyvūnais, tiek augalais.

Šaltinis: OpenStax

Pirmasis tyrėjas, pranešęs apie osmosinį reiškinį, buvo Abbé Jean Antoine Nollet. 1748 m. Nollet dirbo su gyvūnų ląstelių membranomis ir pastebėjo, kad kai vienoje membranos pusėje buvo dedamas grynas vanduo, o kitoje - tirpalas su praskiestais elektrolitais, vanduo perėjo į regioną su tirpintomis medžiagomis.

Taigi buvo aprašytas vandens praleidimas jo koncentracijos gradiento link ir jis buvo vadinamas osmosu. Terminas kilęs iš graikų šaknų osmos, reiškiančių stumti.

1877 m. Wilhelmas Pfelleris atliko pirmuosius osmosinio slėgio tyrimus. Jo eksperimentinis projektas apėmė vario ferocianido „membranos“ naudojimą akyto molio taurės paviršiuje, sukuriant membraną, leidžiančią praeiti vandens molekulėms.

Pfellerio dirbtinės membranos buvo pakankamai stiprios, kad atlaikytų reikšmingą osmosinį slėgį ir nesugriūtų. Šis tyrėjas sugebėjo padaryti išvadą, kad osmosinis slėgis yra proporcingas tirpios medžiagos koncentracijai.

Procesas

Vandens judėjimas per membraną iš mažos koncentracijos srities į didelės koncentracijos sritį vadinamas osmosu. Šis procesas vyksta nuo teritorijos, kurioje osmosinis slėgis yra mažiausias, iki didžiausio osmosinio slėgio.

Iš pradžių šis teiginys gali būti klaidinantis ir netgi prieštaringas. Mes įpratę judėti pasyviai. Pavyzdžiui, šiluma gali būti nuo aukštos iki žemos temperatūros, gliukozė išsisklaido iš didelės koncentracijos regionų į mažiau koncentruotus plotus ir pan.

Kaip minėjome, vanduo, kuris patiria osmoso reiškinį, juda nuo žemo slėgio iki aukšto slėgio. Taip nutinka todėl, kad vandens yra daugiau gausu tūrio vieneto, kai tirpių yra mažiau.

T. y., Osmoso metu vanduo juda ten, kur jis (vanduo) yra gausiau, ten, kur jo mažiau. Todėl reiškinį reikia suprasti iš vandens perspektyvos.

Svarbu atsiminti, kad osmosas reguliuoja vandens judėjimą per membranas ir neturi jokios įtakos tirpių judėjimui. Kai tirpsta difuziškai, jie tai daro laikydamiesi savo cheminės koncentracijos gradientų. Tik vanduo seka osmosinio slėgio koncentracijos gradientą.

Osmoso slėgis

Slėgis?

Vienas painiausių aspektų, kai reikia suprasti osmoso procesą, yra žodžio slėgio vartojimas. Kad nekiltų painiavos, svarbu paaiškinti, kad tirpalas savaime dėl osmosinio slėgio nekelia hidrostatinio slėgio.

Pavyzdžiui, 1 M gliukozės tirpalo osmosinis slėgis yra 22 atm. Tačiau tirpalas „nesprogsta“ stikliniuose buteliuose ir gali būti laikomas tokiu pat būdu kaip grynas vanduo, nes atskiras tirpalas nevirsta hidrostatiniu slėgiu.

Sąvoka slėgiai vartojama tik dėl istorinės avarijos, nes pirmieji mokslininkai, tyrę šiuos reiškinius, buvo fiziniai ir cheminiai.

Taigi, jei du tirpalai, kurie skiriasi savo osmosiniu slėgiu, yra atskirti membrana, susidaro hidrostatinis slėgis.

Osmosinis ir hidrostatinis slėgis

Dėl osmoso proceso susidaro hidrostatinis slėgis. Dėl slėgio skirtumo padidėja labiau koncentruoto tirpalo lygis, nes vanduo į jį pasklinda. Vandens lygio kilimas tęsiasi tol, kol grynasis vandens judėjimo greitis lygus nuliui.

Grynasis srautas pasiekiamas, kai pakanka hidrostatinio slėgio II skyriuje, kad vandens molekulės vėl veiktų I elgesį tokiu pat greičiu, kuris osmoso metu sukelia molekulių judėjimą iš I skyriaus į II.

Vandens slėgis, dėl kurio dalelės atsitraukia (nuo I iki II skyriaus), vadinamas tirpalo osmosiniu slėgiu II skyriuje.

Kaip kontroliuojamas vandens srautas ląstelėse?

Dėl osmosinio reiškinio vanduo gali pasyviai judėti per ląstelių membranas. Istoriškai žinoma, kad gyvūnams trūksta aktyvios vandens transportavimo sistemos, kad būtų galima kontroliuoti šios medžiagos tekėjimą.

Tačiau aktyvios tirpios transporto sistemos gali pakeisti vandens judėjimo kryptį palankia kryptimi. Tokiu būdu aktyvus tirpiųjų medžiagų pernešimas yra vienas iš būdų, kuriuo gyvūnai panaudoja savo metabolinę energiją vandens transportavimo krypčiai valdyti.

Kiekybinis įvertinimas

Yra matematinės formulės, leidžiančios išmatuoti greitį, kuriuo vanduo osmoso būdu kerta membranas. Jai apskaičiuoti naudojama lygtis:

Vandens osmosinis pernešimo greitis = K (Π ₁ –Π ₂ / X). Kur Π ₁ ir Π ₂ yra tirpalo osmosinis slėgis abiejose membranos pusėse, o X yra atstumas, kuris juos skiria.

Ryšys (Π ₁ –Π ₂ / X) yra žinomas kaip osmosinio slėgio gradientas arba osmosinis gradientas.

Paskutinis lygties terminas yra K - proporcingumo koeficientas, kuris priklauso nuo temperatūros ir membranos pralaidumo.

Difuzijos skirtumai

Kas yra transliacija?

Difuzija vyksta atsitiktinai ištirpusių arba suspenduotų molekulių šiluminiu judėjimu, dėl kurio jų išsisklaidymas iš didelių koncentracijų regionų yra žemiausias. Difuzijos greitį galima apskaičiuoti naudojant Ficko lygtį.

Tai yra eksergoninis procesas dėl entropijos padidėjimo, kurį atspindi atsitiktinis molekulių pasiskirstymas.

Jei medžiaga yra elektrolitinė, be koncentracijų, taip pat reikia atsižvelgti į bendrą dviejų skyrių įkrovos skirtumą.

Osmosas yra ypatingas difuzijos atvejis

Difuzija ir osmozė nėra priešingi terminai, daug mažiau viena kitą paneigiančios sąvokos.

Vandens molekulės turi galimybę greitai judėti per ląstelių membranas. Kaip mes paaiškinome, proceso metu, vadinamu osmosu, jie išsiskiria iš mažos tirpios koncentracijos srities į didelę koncentraciją turinčią sritį.

Mums atrodo keista kalbėti apie „vandens koncentraciją“, tačiau ši medžiaga elgiasi kaip ir bet kuri kita medžiaga. Tai yra, jis pasiskirsto už jo koncentracijos gradientą.

Tačiau kai kurie autoriai terminą „vandens difuzija“ naudoja kaip osmoso sinonimą. Pritaikyti jį pažodžiui biologinėms sistemoms gali būti neteisinga, nes buvo įrodyta, kad osmoso sparta per biologines membranas yra didesnė, nei būtų galima tikėtis paprasto difuzijos proceso metu.

Kai kuriose biologinėse sistemose vanduo paprasčiausiai pasklinda per ląstelės membraną. Tačiau kai kurios ląstelės turi specialius kanalus vandeniui praleisti. Svarbiausi yra vadinami akvaporinai, didinant vandens tekėjimo per membraną greitį.

Pavyzdžiai

Biologinėse sistemose vandens judėjimas per ląstelių membranas yra labai svarbus norint suprasti dešimtis fiziologinių procesų. Keli pavyzdžiai:

Osmosiniai mainai gėlavandenėse žuvyse

Įdomus gyvūnų osmoso vaidmens pavyzdys yra vandens mainai, vykstantys gėluose vandenyse gyvenančioms žuvims.

Gyvūnai, gyvenantys gėlo vandens telkiniuose, nuolat geria vandenį iš upės ar tvenkinio, kuriame gyvena, į savo kūnus, nes kraujo plazmos ir kitų kūno skysčių koncentracija yra daug didesnė nei vandens. .

Carassius auratus žuvų rūšys gyvena gėlo vandens aplinkoje. Asmuo, kurio masė yra 100 gramų, per dieną gali judėti apie 30 gramų vandens, nes vanduo juda jo kūne. Žuvys turi sistemas - energetiškai brangias -, kad nuolat atsikratytų perteklinio vandens.

Skysčių reabsorbcija

Gyvūnų virškinimo trakte, norint tinkamai funkcionuoti, turi atsirasti osmoso reiškinys. Virškinamasis traktas išskiria nemažą kiekį skysčių (litrų tvarka), kuriuos žarnyną linijuojančios ląstelės turi absorbuoti osmoso būdu.

Jei ši sistema neatlieka savo darbo, gali pasireikšti sunkus viduriavimas. Dėl šio sutrikimo pratęsimo pacientas gali dehidratuoti.

Turgoras augaluose

Vandens tūris ląstelių viduje priklauso nuo tiek vidinės, tiek išorinės aplinkos koncentracijos, o srautas yra organizuojamas difuzijos ir osmoso reiškiniais.

Jei gyvūno ląstelė (tokia kaip eritrocitas) dedama į terpę, skatinančią patekti į vandenį, ji gali sprogti. Priešingai, augalų ląstelės turi sieną, apsaugančią jas nuo osmosinio streso.

Iš tikrųjų nemiškingi augalai naudojasi šiuo slėgiu, kurį sukelia pasyvus vandens patekimas. Šis slėgis padeda išlaikyti skirtingus augalų organus, tokius kaip lapai, turgumai. Kai tik vanduo pradeda tekėti iš ląstelių, ląstelė praranda savo trapumą ir keterą.

Nuorodos

1. Cooperis, GM, Hausmanas, RE, ir Hausmanas, RE (2000). Ląstelė: molekulinis metodas. ASM spauda.
2. Eckert, R., Randall, R., ir Augustine, G. (1988). Gyvūnų fiziologija: mechanizmai ir pritaikymai. WH Freeman & Co.
3. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M., and Anderson, M. (2004). Gyvūnų fiziologija. „Sinauer Associates“.
4. Karp, G. (2009). Ląstelių ir molekulių biologija: sąvokos ir eksperimentai. Johnas Wiley ir sūnūs.
5. Pollard, TD, Earnshaw, WC, Lippincott-Schwartz, J., & Johnson, G. (2016). Ląstelių biologijos el. Knyga. Elsevier sveikatos mokslai.
6. Schmidt-Nielsen, K. (1997). Gyvūnų fiziologija: adaptacija ir aplinka. Cambridge University Press.