OSMOS: PROCESS, TYPER, SKILLNADER MED DIFFUSION OCH EXEMPEL - BIOLOGI - 2025

Den osmos är en passiv fenomen förskjutnings vatten genom ett membran. Detta kan vara ett cellmembran, ett epitel eller ett artificiellt membran. Vatten rör sig från en region med lågt osmotiskt tryck (eller där vatten är rikare) till regionen med högre osmotiska tryck (eller där vatten är mindre rikligt).

Denna process är av biologisk relevans och orkestrerar en serie fysiologiska processer, både hos djur och växter.

Källa: OpenStax

Den första forskaren som rapporterade det osmotiska fenomenet var Abbé Jean Antoine Nollet. 1748 arbetade Nollet med djurcellmembran och märkte att när rent vatten placerades på ena sidan av membranet och en lösning med utspädda elektrolyter på andra sidan, flyttade vattnet in i området med lösta ämnen.

Således beskrevs passagen av vatten till förmån för dess koncentrationsgradient och det kallades osmos. Termen kommer från de grekiska rötter osmos, vilket betyder att trycka.

1877 gjorde Wilhelm Pfeller de första studierna på osmotiskt tryck. Hans experimentella design involverade användningen av ett kopparferrocyanidmembran på ytan av en porös lerkopp, vilket gav upphov till ett membran som möjliggjorde passage av vattenmolekyler.

Pfellers konstgjorda membran var tillräckligt starka för att motstå betydande osmotiska tryck och inte kollapsa. Denna forskare kunde dra slutsatsen att det osmotiska trycket är proportionellt mot koncentrationen av lösta ämnen.

Bearbeta

Förflyttning av vatten genom ett membran från ett område med låg koncentration till ett område med hög koncentration kallas osmos. Denna process sker från ett område med det lägsta osmotiska trycket till det högsta osmotiska trycket.

Till att börja med kan detta uttalande vara förvirrande - och till och med motstridiga. Vi är vana vid passiv "hög till låg" rörelse. Till exempel kan värme vara från höga till låga temperaturer, glukos diffunderar från regioner med hög koncentration till mindre koncentrerade områden, och så vidare.

Som vi nämnde rör sig vattnet som upplever fenomenet osmos från låga tryck till högt tryck. Detta inträffar på grund av att vatten är mer rikligt per volymenhet där löst ämne är mindre rikligt.

Det vill säga, under osmos rör sig vattnet där det (vattnet) är rikligare till där det är mindre rikligt. Därför måste fenomenet förstås ur vattnet.

Det är viktigt att komma ihåg att osmos styr vattenförflyttningen genom membranen och inte påverkar rörelsen av lösta ämnen direkt. När lösta ämnen diffunderar, gör de det genom att följa gradienter av sin egen kemiska koncentration. Endast vatten följer koncentrationsgradienten för det osmotiska trycket.

Osmotiskt tryck

Tryck?

En av de mest förvirrande aspekterna när det gäller att förstå osmosprocessen är användningen av ordtrycket. För att undvika förvirring är det viktigt att klargöra att en lösning i sig inte utövar ett hydrostatiskt tryck på grund av dess osmotiska tryck.

Till exempel har en 1 M glukoslösning ett osmotiskt tryck på 22 atm. Lösningen "exploderar" emellertid inte glasflaskor och kan förvaras på samma sätt som rent vatten eftersom en isolerad lösning inte översätts till hydrostatisk tryck.

Termen tryck används endast på grund av en historisk olycka, eftersom de första forskarna som studerade dessa fenomen var fysiska och kemiska.

Om sålunda två lösningar som skiljer sig i deras osmotiska tryck separeras med ett membran, skapas ett hydrostatiskt tryck.

Osmotiska och hydrostatiska tryck

Osmosprocessen leder till bildning av ett hydrostatisk tryck. Tryckskillnaden leder till en nivåhöjning av den mer koncentrerade lösningen, eftersom vattnet diffunderar i den. Ökningen i vattennivån fortsätter tills vattenrörelsens nettotakt är lika med noll.

Ett nettoflöde uppnås när det hydrostatiska trycket i fack II är tillräckligt för att tvinga vattenmolekylerna tillbaka till beteende I, i samma takt som osmos får molekylerna att röra sig från avdelning I till II.

Trycket på vattnet som får partiklarna att dra sig tillbaka (från fack I till II) kallas lösningens osmotiska tryck i fack II.

Hur kontrolleras flödet av vatten i celler?

Tack vare det osmotiska fenomenet kan vatten passivt röra sig genom cellmembranen. Historiskt är det känt att djur saknar ett aktivt vattentransportsystem för att kontrollera flödet av detta ämne.

Aktiva lösta transportsystem kan emellertid ändra riktningen på vattenrörelsen i en gynnsam riktning. På detta sätt är aktiv lösningstransport ett sätt på vilket djur använder sin metabola energi för att kontrollera riktningen för vattentransport.

Kvantifiering

Det finns matematiska formler som gör det möjligt att mäta hastigheten med vilken vattnet kommer att korsa membranen genom osmos. Ekvationen för att beräkna den är följande:

Osmotisk transporthastighet för vatten = K (Π ₁ –Π ₂ / X). Där Π ₁ och Π ₂ är det osmotiska trycket på lösningarna på båda sidor av membranet och X är avståndet som separerar dem.

Förhållandet (Π ₁ –Π ₂ / X) kallas den osmotiska tryckgradienten eller den osmotiska gradienten.

Den sista termen i ekvationen är K är proportionalitetskoefficienten som beror på temperaturen och permeabiliteten för membranet.

Skillnader med diffusion

Vad sänder?

Diffusion sker genom slumpmässig termisk rörelse av upplösta eller suspenderade molekyler, vilket orsakar deras spridning från regionerna med höga koncentrationer till de lägsta. Diffusionshastigheten kan beräknas med hjälp av Fick-ekvationen.

Det är en exergonisk process på grund av den ökade entropin som representeras av molekylernas slumpmässiga fördelning.

I händelse av att ämnet är elektrolytiskt måste den totala laddningsskillnaden mellan de två facken beaktas - utöver koncentrationerna.

Osmos är ett särskilt fall av diffusion

Diffusion och osmos är inte motsatta termer, mycket mindre ömsesidigt exklusiva begrepp.

Vattenmolekyler har förmågan att röra sig snabbt genom cellmembran. Som vi förklarade diffunderar de från ett område med låg koncentration av lösta ämnen till en med hög koncentration i en process som kallas osmos.

Det verkar konstigt för oss att tala om "vattenkoncentration", men det här ämnet uppträder som alla andra ämnen. Det vill säga, det diffuserar till förmån för dess koncentrationsgradient.

Vissa författare använder emellertid termen "vattendiffusion" som en synonym för osmos. Att använda det bokstavligen på biologiska system kan vara fel eftersom det har visats att frekvensen av osmos genom biologiska membran är högre än vad som skulle förväntas av en enkel diffusionsprocess.

I vissa biologiska system passerar vatten genom enkel diffusion genom cellmembranet. Vissa celler har emellertid speciella kanaler för passage av vatten. De viktigaste kallas aquaporins, vilket ökar hastigheten på vattenflödet genom membranet.

exempel

Inom biologiska system är rörelsen av vatten genom cellmembran avgörande för att förstå dussintals fysiologiska processer. Några exempel är:

Osmotisk utbyte i sötvattensfisk

Ett intressant exempel på osmosens roll i djur är vattenutbytet som förekommer i fiskar som lever i färskt vatten.

Djur som bor i kroppar med färskt vatten befinner sig i ett konstant intag av vatten från floden eller dammet där de lever i sina kroppar, eftersom koncentrationen av blodplasma och andra kroppsvätskor har en mycket högre koncentration än vatten. .

Carassius auratus fiskarter lever i sötvattenmiljöer. En individ som har en massa på 100 gram kan vinna cirka 30 gram vatten per dag tack vare rörelsen av vatten i kroppen. Fisken har system - energiskt dyra - för att kontinuerligt bli av med överskott av vatten.

Reabsorption av vätskor

I djurens mag-tarmsystem måste fenomenet osmos uppstå för att det ska fungera korrekt. Matsmältningskanalen utsöndrar en betydande mängd vätska (i storleksordningen liter) som måste reabsorberas av osmos av cellerna som leder tarmarna.

Om detta system inte utför sitt arbete, kan allvarliga diarréhändelser uppstå. Förlängning av detta fel kan leda till uttorkning av patienten.

Turgor i växter

Vattenvolymen inuti celler beror på koncentrationen av både den inre och den yttre miljön, och flödet orkestreras av fenomenen diffusion och osmos.

Om en djurcell (till exempel en erytrocyt) placeras i ett medium som uppmuntrar inträde av vatten, kan det spricka. Däremot har växtceller en vägg som skyddar dem från osmotisk stress.

I själva verket drar icke-trägröna växter fördel av detta tryck som genereras genom passiv vatteninträngning. Detta tryck hjälper till att hålla olika växtorgan som blad, turgid. Så snart vatten börjar rinna ut ur cellerna förlorar cellen sin turgiditet och vissnar.

referenser

1. Cooper, GM, Hausman, RE, & Hausman, RE (2000). Cellen: en molekylär strategi. ASM-tryck.
2. Eckert, R., Randall, R., & Augustine, G. (1988). Djurfysiologi: mekanismer och anpassningar. WH Freeman & Co.
3. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Djurfysiologi. Sinauer Associates.
4. Karp, G. (2009). Cell- och molekylärbiologi: begrepp och experiment. John Wiley & Sons.
5. Pollard, TD, Earnshaw, WC, Lippincott-Schwartz, J., & Johnson, G. (2016). Cellbiologi E-bok. Elsevier Health Sciences.
6. Schmidt-Nielsen, K. (1997). Djurfysiologi: anpassning och miljö. Cambridge University Press.