OSMOZA: POSTUPAK, VRSTE, RAZLIKE S DIFUZIJOM I PRIMJERI - BIOLOGIJA - 2026

Osmoza je pasivna pomak pojava vode kroz membranu. To može biti stanična membrana, epitel ili umjetna membrana. Voda se kreće iz područja niskog osmotskog tlaka (ili gdje je voda obilnija) u regiju s višim osmotskim pritiscima (ili tamo gdje je voda manje obilna).

Taj je proces od biološke važnosti i orkestrira niz fizioloških procesa, i u životinjama i u biljkama.

Izvor: OpenStax

Prvi istraživač koji je prijavio osmotski fenomen bio je Abbé Jean Antoine Nollet. 1748. godine Nollet je radio s membranama životinjskih stanica i primijetio je da kad se čista voda postavi na jednu stranu membrane, a otopina s razrijeđenim elektrolitima na drugoj strani, voda se kreće u regiju sa otopljenim tvarima.

Tako je opisan prolazak vode u korist njezinog gradijenta koncentracije i nazvan je osmoza. Izraz potječe od grčkog korijena osmos, što znači gurati.

Wilhelm Pfeller je 1877. napravio prve studije o osmotskom tlaku. Njegov eksperimentalni dizajn uključivao je bakrenu ferocijanidnu "membranu" na površini šalice od porozne gline, stvarajući membranu koja je omogućila prolazak molekula vode.

Pfellerove umjetne membrane bile su dovoljno jake da izdrže značajne osmotske pritiske i ne propadnu. Ovaj je istraživač uspio zaključiti da je osmotski tlak proporcionalan koncentraciji otopljene tvari.

Postupak

Kretanje vode kroz membranu iz područja male koncentracije u područje visoke koncentracije naziva se osmoza. Ovaj se proces odvija iz područja s najnižim osmotskim tlakom do najvećeg osmotskog tlaka.

Isprva ta izjava može biti zbunjujuća - i čak kontradiktorna. Navikli smo na pasivno kretanje "visoko na nisko". Na primjer, toplina može biti od visokih do niskih temperatura, glukoza difundira iz područja visoke koncentracije u manje koncentrirana područja i tako dalje.

Kao što smo spomenuli, voda koja doživljava fenomen osmoze kreće se od niskog do visokog tlaka. To se događa jer je voda obilnija po jedinici volumena gdje je rastvora manje obilno.

To jest, tijekom osmoze, voda se kreće tamo gdje je (voda) obilnija tamo gdje je manje obilna. Stoga se fenomen mora shvatiti iz perspektive vode.

Važno je zapamtiti da osmoza upravlja kretanjem vode kroz membrane i da ne utječe izravno na kretanje otopljenih tvari. Kada su rastvori difuzni, to čine slijedeći gradijente njihove kemijske koncentracije. Samo voda slijedi gradijent koncentracije osmotskog tlaka.

Osmotski tlak

Pritisci?

Jedan od najfuznijih aspekata kada je u pitanju razumijevanje procesa osmoze je upotreba riječi pritisci. Da bi se izbjegla zabuna, važno je pojasniti da otopina sama po sebi ne stvara hidrostatski tlak zbog svog osmotskog tlaka.

Na primjer, 1 M otopina glukoze ima osmotski tlak 22 atm. Međutim, otopina ne "eksplodira" staklenim bocama i može se skladištiti na isti način kao čista voda, jer izolirana otopina ne prevodi u hidrostatski tlak.

Izraz pritisci koristi se samo zbog povijesne nesreće, jer su prvi znanstvenici koji su proučavali ove pojave bili fizički i kemijski.

Dakle, ako se dvije otopine koje se razlikuju po svojim osmotskim pritiscima razdvoje membrana, stvorit će se hidrostatski tlak.

Osmotski i hidrostatski pritisci

Proces osmoze dovodi do stvaranja hidrostatskog tlaka. Razlika tlaka dovodi do porasta razine koncentriranije otopine, jer voda difundira u nju. Rast razine vode nastavlja se sve dok neto stopa kretanja vode ne bude jednaka nuli.

Neto protok se postiže kada je hidrostatski tlak u odjeljku II dovoljan da prisili molekule vode u ponašanje I, istom brzinom kojom osmoza uzrokuje pomicanje molekula iz odjeljka I u II.

Tlak vode koji uzrokuje povlačenje čestica (iz odjeljaka I do II) naziva se osmotski tlak otopine u odjeljku II.

Kako se kontrolira protok vode u stanicama?

Zahvaljujući osmotskom fenomenu, voda se može pasivno kretati kroz stanične membrane. Povijesno je poznato da životinjama nedostaje aktivni vodni transportni sustav za kontrolu protoka ove tvari.

Međutim, aktivni transportni sustavi mogu u povoljnom smjeru mijenjati smjer kretanja vode. Na ovaj način, aktivni transport rastvora jedan je od načina na koji životinje koriste svoju metaboličku energiju za kontrolu smjera transporta vode.

Kvantifikacija

Postoje matematičke formule koje omogućuju mjerenje brzine kojom će voda osmozom prelaziti membrane. Jednadžba za izračunavanje je sljedeća:

Osmotski stupanj prijenosa vode = K (Π ₁ –Π ₂ / X). Gdje su Π ₁ i Π ₂ osmotski pritisci otopina s obje strane membrane i X je udaljenost koja ih razdvaja.

Odnos (Π ₁ –2 ₂ / X) poznat je kao gradijent osmotskog tlaka ili osmotski gradijent.

Posljednji izraz u jednadžbi je K je koeficijent proporcionalnosti koji ovisi o temperaturi i propusnosti membrane.

Razlike s difuzijom

Što je emitiranje?

Do difuzije dolazi slučajnim toplinskim kretanjem otopljenih ili suspendiranih molekula, što uzrokuje njihovu disperziju iz područja visoke do niže koncentracije. Brzina difuzije može se izračunati pomoću Fickove jednadžbe.

To je ekstrogonski proces zbog povećanja entropije predstavljen slučajnom raspodjelom molekula.

U slučaju da je tvar elektrolitička, mora se uzeti u obzir i ukupna razlika između dva odjeljka - uz koncentracije.

Osmoza je poseban slučaj difuzije

Difuzija i osmoza nisu suprotni pojmovi, a još manje međusobno isključivi pojmovi.

Molekule vode imaju sposobnost brzog kretanja kroz stanične membrane. Kao što smo objasnili, difundiraju od područja niske koncentracije rastvora do one visoke koncentracije u procesu zvanom osmoza.

Čini nam se čudnim govoriti o "koncentraciji vode", ali ta se tvar ponaša kao i svaka druga tvar. Odnosno, difuzuje u korist njegovog gradijenta koncentracije.

Međutim, neki autori koriste izraz „difuzija vode“ kao sinonim za osmozu. Primjena doslovno na biološke sustave može biti pogrešna, jer je pokazano da je stopa osmoze kroz biološke membrane veća od one koja bi se očekivala jednostavnim difuzijskim postupkom.

U nekim biološkim sustavima voda prolazi jednostavnom difuzijom kroz staničnu membranu. Međutim, neke ćelije imaju posebne kanale za prolazak vode. Najvažniji se nazivaju akvaporini, povećavajući brzinu protoka vode kroz membranu.

Primjeri

Unutar bioloških sustava kretanje vode kroz stanične membrane je presudno za razumijevanje desetaka fizioloških procesa. Neki su primjeri:

Osmotska razmjena u slatkovodnoj ribi

Zanimljiv primjer uloge osmoze u životinja je izmjena vode koja se događa u ribama koje žive u slatkim vodama.

Životinje koje nastanjuju tijela slatke vode stalno se unose vodom iz rijeke ili ribnjaka, gdje žive u svoja tijela, jer koncentracija krvne plazme i drugih tjelesnih tekućina ima znatno veću koncentraciju od one u vodi., Riba Carassius auratus živi u slatkovodnom okruženju. Pojedinac koji ima masu od 100 grama može dnevno dobiti oko 30 grama vode zahvaljujući kretanju vode unutar svog tijela. Ribe imaju sustave - energetski skupe - za stalno uklanjanje viška vode.

Reabsorpcija tekućine

U gastrointestinalnom sustavu životinja mora se pojaviti fenomen osmoze da bi pravilno funkcionirao. Digestivni trakt izlučuje značajnu količinu tekućine (redoslijedom litara) koju stanice mora usmjeriti osmozom u liniju crijeva.

U slučaju da ovaj sustav ne obavlja svoj posao, mogu se pojaviti teški događaji dijareje. Produljenje ove neispravnosti može dovesti do dehidracije pacijenta.

Turgor u biljkama

Volumen vode unutar stanica ovisi o koncentraciji unutarnjeg i vanjskog okruženja, a protok je orkestriran fenomenima difuzije i osmoze.

Ako se životinjska stanica (poput eritrocita) postavi u medij koji potiče ulazak vode, s vremenom bi mogla puknuti. Suprotno tome, biljne stanice imaju zid koji ih štiti od osmotskog stresa.

U stvari, ne-drvenaste biljke koriste taj pritisak stvoren pasivnim ulaskom vode. Taj pritisak pomaže u održavanju različitih biljnih organa, poput listova, ukočenima. Čim voda počne teći iz stanica, ona gubi svoju tvrdoću i izmiče.

Reference

1. Cooper, GM, Hausman, RE i Hausman, RE (2000). Stanica: molekularni pristup. ASM pritisnite.
2. Eckert, R., Randall, R., i Augustine, G. (1988). Fiziologija životinja: mehanizmi i prilagodbe. WH Freeman & Co.
3. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Fiziologija životinja. Sinauer Associates.
4. Karp, G. (2009). Stanična i molekularna biologija: koncepti i eksperimenti. John Wiley & Sinovi.
5. Pollard, TD, Earnshaw, WC, Lippincott-Schwartz, J., i Johnson, G. (2016). E-knjiga o staničnoj biologiji. Elsevier Health Sciences.
6. Schmidt-Nielsen, K. (1997). Fiziologija životinja: prilagodba i okoliš. Cambridge University Press.