ОСМОЗА: ПРОЦЕС, ВРСТЕ, РАЗЛИКЕ СА ДИФУЗИЈОМ И ПРИМЕРИ - БИОЛОГИЈА - 2025

Осмоза је пасивна појава расељавања воде кроз мембрану. То може бити ћелијска мембрана, епител или вештачка мембрана. Вода се креће из подручја ниског осмотског притиска (или где је вода обилнија) до региона са вишим осмотским притисцима (или где је вода мање обилна).

Овај процес је од биолошке важности и оркестрира низ физиолошких процеса, како код животиња, тако и у биљкама.

Извор: ОпенСтак

Први истраживач који је пријавио осмотски феномен био је Аббе Јеан Антоине Ноллет. 1748. године Ноллет је радио са мембранама ћелија животињског порекла и приметио је да када се чиста вода постави на једну страну мембране и раствор са разблаженим електролитима на другој страни, вода се преселила у регион са растворенима.

Тако је описан пролазак воде у корист њеног градијента концентрације и назван је осмоза. Израз долази од грчког коријена осмос, што значи гурати се.

Вилхелм Пфеллер је 1877. направио прве студије о осмотском притиску. Његов експериментални дизајн укључивао је бакарну фероцијанидну "мембрану" на површини чаше од порозне глине, стварајући мембрану која је омогућавала пролазак молекула воде.

Пфеллерове вештачке мембране биле су довољно јаке да издрже значајне осмотске притиске и не пропадну. Овај истраживач је могао да закључи да је осмотски притисак пропорционалан концентрацији раствора.

Процес

Кретање воде кроз мембрану из подручја ниске концентрације у подручје високе концентрације назива се осмоза. Овај процес се одвија из подручја са најнижим осмотским притиском до највишег осмотског притиска.

Испрва ова изјава може бити збуњујућа - и чак контрадикторна. Навикли смо на пасивно кретање „високо до ниско“. На пример, топлота може да буде од високе до ниске температуре, глукоза дифузује из региона високе концентрације у мање концентрована подручја, и тако даље.

Као што смо поменули, вода која доживљава феномен осмозе прелази са ниског на високи притисак. То се дешава зато што је вода обилнија по јединици запремине где је раствора мање обилно.

То јест, током осмозе, вода се креће тамо где је (вода) обилнија онамо где је мање обилна. Стога се феномен мора схватити из перспективе воде.

Важно је запамтити да осмоза управља кретањем воде кроз мембране и да не утиче директно на кретање раствора. Када су раствори дифузни, то чине пратећи градијенте сопствене хемијске концентрације. Само вода следи градијент концентрације осмотског притиска.

Осмотски притисак

Притисци?

Један од најјаснијих аспеката када је у питању разумевање процеса осмозе је употреба речи притисци. Да би се избегла конфузија, важно је разјаснити да раствор сам по себи не врши хидростатички притисак услед свог осмотског притиска.

На пример, 1 М раствор глукозе има осмотски притисак 22 атм. Међутим, раствор не "експлодира" стакленим боцама и може се складиштити на исти начин као чиста вода, јер изоловани раствор не прелази у хидростатски притисак.

Израз притисци користи се само због историјске несреће, јер су први научници који су проучавали ове појаве били физички и хемијски.

Дакле, ако се два раствора која се разликују по својим осмотским притисцима раздвоје мембраном, створиће се хидростатски притисак.

Осмотски и хидростатски притисци

Процес осмозе доводи до стварања хидростатског притиска. Разлика притиска доводи до пораста нивоа концентрованијег раствора, јер вода дифундује у њега. Раст нивоа воде наставља се све док нето стопа кретања воде не буде једнака нули.

Нето проток се постиже када је хидростатички притисак у одељку ИИ довољан да присили молекуле воде у понашање И, истом брзином којом осмоза изазива прелазак молекула из одељка И у ИИ.

Притисак воде који узрокује одступање честица (од одељка И до ИИ) назива се осмотски притисак раствора у одељку ИИ.

Како се контролише проток воде у ћелијама?

Захваљујући осмотском феномену, вода се може пасивно кретати кроз ћелијске мембране. Историјски је познато да животињама недостаје активни систем за транспорт воде да би контролисао проток ове материје.

Међутим, активни транспортни системи растварача могу у повољном смеру променити смер кретања воде. На овај начин, активни транспорт раствора један је од начина на који животиње користе своју метаболичку енергију за контролу смера воденог транспорта.

Квантификација

Постоје математичке формуле које омогућавају мерење брзине којом ће вода осмозом прећи мембране. Једнаџба за израчунавање је следећа:

Осмотска брзина преноса воде = К (Π ₁ –Π ₂ / Кс). Где су Π ₁ и Π ₂ осмотски притисци раствора са обе стране мембране и Кс је растојање које их раздваја.

Однос (Π ₁ –2 ₂ / Кс) познат је као градијент осмотског притиска или осмотски градијент.

Последњи израз у једначини је К је коефицијент пропорционалности који зависи од температуре и пропустљивости мембране.

Разлике са дифузијом

Шта је емитовање?

Дифузија се дешава насумичним топлотним кретањем растворених или суспендованих молекула, што узрокује њихову дисперзију из подручја високе концентрације на најниже. Брзина дифузије може се израчунати помоћу Фицк-ове једнаџбе.

То је ексергонски процес услед повећања ентропије представљен случајном расподелом молекула.

У случају да је супстанца електролитичка, мора се узети у обзир и укупна разлика између два одељка - поред концентрација.

Осмоза је посебан случај дифузије

Дифузија и осмоза нису супротстављени појмови, а мање међусобно искључиви појмови.

Молекули воде имају могућност брзог кретања кроз ћелијске мембране. Као што смо објаснили, оне дифундирају од региона ниске концентрације раствора до оне високе концентрације у процесу званом осмоза.

Чини нам се чудним говорити о „концентрацији воде“, али ова се супстанца понаша као и свака друга супстанца. Односно, дифузује у корист његовог градијента концентрације.

Међутим, неки аутори користе израз „дифузија воде“ као синоним за осмозу. Примјена дословно на биолошке системе може бити погрешна, јер је показано да је стопа осмозе кроз биолошке мембране већа од оне која би се очекивала једноставним дифузијским поступком.

У неким биолошким системима вода пролази једноставном дифузијом кроз ћелијску мембрану. Међутим, неке ћелије имају посебне канале за пролазак воде. Најважнији се називају аквапорини, повећавајући брзину протока воде кроз мембрану.

Примери

У биолошким системима кретање воде кроз ћелијске мембране је пресудно за разумевање десетина физиолошких процеса. Неки примери су:

Осмотска размјена у слатководној риби

Занимљив пример улоге осмозе код животиња је размена воде која се догађа код риба које живе у слатким водама.

Животиње које обитавају у слатким водама налазе се у сталном уносу воде из реке или баре, где живе у својим телима, јер концентрација крвне плазме и других телесних течности има много већу концентрацију од оне у води. .

Риба Царассиус ауратус живи у слатководном окружењу. Појединац који има масу од 100 грама може дневно добити око 30 грама воде захваљујући кретању воде унутар свог тела. Рибе имају системе - енергетски скупе - за стално уклањање вишка воде.

Реабсорпција течности

У гастроинтестиналном систему животиња мора се појавити појава осмозе да би правилно функционисала. Дигестивни тракт излучује значајну количину течности (редослед литара) која мора да се апсорбује осмозом од стране ћелија које линије црева.

У случају да овај систем не ради, могу се појавити тешки дијареји. Продужење ове неисправности може довести до дехидрације пацијента.

Тургор у биљкама

Запремина воде унутар ћелија зависи од концентрације унутрашњег и спољашњег окружења, а проток је оркестриран феноменима дифузије и осмозе.

Ако се животињска ћелија (попут еритроцита) постави у медијум који подстиче улазак воде, може да пукне. Супротно томе, биљне ћелије имају зид који их штити од осмотског стреса.

У ствари, не-дрвенасте биљке користе тај притисак створен пасивним уласком воде. Овај притисак помаже у одржавању различитих биљних органа, као што су лишће, тврдо. Чим вода почне да тече из ћелија, ћелија губи своју тврдоћу и ведри.

Референце

1. Цоопер, ГМ, Хаусман, РЕ и Хаусман, РЕ (2000). Ћелија: молекуларни приступ. АСМ пресс.
2. Ецкерт, Р., Рандалл, Р., и Аугустине, Г. (1988). Физиологија животиња: механизми и прилагодбе. ВХ Фрееман & Цо.
3. Хилл, РВ, Висе, ГА, Андерсон, М., & Андерсон, М. (2004). Физиологија животиња. Синауер Ассоциатес.
4. Карп, Г. (2009). Ћелијска и молекуларна биологија: концепти и експерименти. Јохн Вилеи & Сонс.
5. Поллард, ТД, Еарнсхав, ВЦ, Липпинцотт-Сцхвартз, Ј., и Јохнсон, Г. (2016). Е-књига ћелијске биологије. Елсевиер Хеалтх Сциенцес.
6. Сцхмидт-Ниелсен, К. (1997). Физиологија животиња: прилагодба и окружење. Цамбридге Университи Пресс.