Proces osmozy, typy, różnice z dyfuzją i przykłady

osmoza Jest to pasywne zjawisko przemieszczenia wody przez membranę. Może to być błona komórkowa, nabłonek lub sztuczna błona. Woda jest zmobilizowana z niskiego osmotycznego obszaru ciśnienia (lub gdzie woda jest bardziej obfita) do regionu o większych ciśnieniach osmotycznych (lub gdzie woda jest mniej obfita).

Proces ten ma znaczenie biologiczne i orkiestra seria procesów fizjologicznych, zarówno u zwierząt, jak i roślin.

Źródło: Opentax [CC przez 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/według/4.0)]

Pierwszym badaczem zgłaszania zjawiska osmotycznego był Abbé Jean Antoine Nollet. W 1748 r. Nollet pracował z membranami komórkowymi i zauważył, że gdy czysta woda została umieszczona po jednej stronie membrany, a po drugiej stronie roztwór z rozcieńczonymi elektrolitami, woda poruszała.

Zatem opisano przejście wody na korzyść jej gradientu stężenia i wywołano osmozę. Termin pochodzi z greckich korzeni Osmos, Co to znaczy naciskać.

W 1877 r. Wilhelm Pfeller przeprowadził pierwsze badania nad ciśnieniem osmotycznym. Jego eksperymentalna konstrukcja obejmowała zastosowanie „błony” miedzianego ferrocyjanku na powierzchni porowatego glinianego szkła, co daje membranę, która umożliwia przejście cząsteczek wody.

Sztuczne błony Pfellera były wystarczająco silne, aby wytrzymać znaczne ciśnienie osmotyczne, a nie zapaść. Ten badacz mógł stwierdzić, że ciśnienie osmotyczne jest proporcjonalne do stężenia substancji rozpuszczonej.

[TOC]

Proces

Ruch wody przez błonę ze strefy niskiej stężenia do strefy wysokiego stężenia nazywa się osmozą. Proces ten występuje z obszaru o najniższym ciśnieniu osmotycznym w kierunku najwyższego ciśnienia osmotycznego.

Na początku to stwierdzenie może być mylące - a nawet sprzeczne. Jesteśmy przyzwyczajeni do pasywnego ruchu „Alto do Bajo”. Na przykład ciepło może być od wysokich do niskich temperatur, glukozy dyfuzje z obszarów wysokiego stężenia do mniejszych stężonych i tak dalej.

Jak wspomnieliśmy, woda doświadczana przez zjawisko osmozy przenosi się od niskich ciśnień do wysokich ciśnień. Dzieje się tak, ponieważ woda jest bardziej obfita na jednostkę objętości, gdzie substancja rozpuszczona jest mniej obfita.

To znaczy podczas osmozy woda jest zmobilizowana tam, gdzie ona  (woda) jest bardziej obficie, gdy jest mniej obfita. Dlatego zjawisko należy zrozumieć z perspektywy wody.

Ważne jest, aby pamiętać, że osmoza rządzi ruchem woda przez błony i nie wpływa bezpośrednio na ruch substancji rozpuszczonych. Po rozprzestrzenianiu się substancji rozpuszczonych robią to po gradientach własnego stężenia chemicznego. Tylko woda podąża za gradientem stężenia ciśnienia osmotycznego.

Może ci służyć: biuret: fundament, odczynniki, procedura, zastosowania

Ciśnienie osmotyczne

Presja?

Jednym z najbardziej zdezorientowanych aspektów podczas zrozumienia procesu osmozy jest użycie słowa Presja. Aby uniknąć oszałamiającego.

Na przykład roztwór glukozy o stężeniu 1 m ma ciśnienie osmotyczne 22 atm. Jednak rozwiązanie nie „wykorzystywało” szklanych butelek i może być przechowywane w taki sam sposób, jak czysta woda, ponieważ izolowane roztwór nie przekłada się na ciśnienie hydrostatyczne.

Termin presja jest używana tylko przez wypadek historyczny, ponieważ pierwsi naukowcy, którzy badali te zjawiska, byli fizycznymi i chemicznymi.

Zatem, jeśli dwa roztwory, które różnią się pod względem ciśnienia osmotycznego, zostaną oddzielone membraną, powstanie ciśnienie hydrostatyczne.

Ciśnienie osmotyczne i hydrostatyczne

Proces osmozy prowadzi do tworzenia ciśnienia hydrostatycznego. Różnica ciśnienia prowadzi do poziomu najbardziej skoncentrowanego roztworu, gdy woda rozprzestrzenia się w kierunku tego. Wzrost ciągłego poziomu wody, aż szybkość netto ruchu wody wynosi zero.

Przepływ netto osiąga się, gdy ciśnienie hydrostatyczne w przedziale II jest wystarczające, aby zmusić cząsteczki wody do powrotu do zachowania I, przy takim samym tempie, że osmoza powoduje przemieszczenie cząsteczek z przedziału I do II do II do II do II.

Do ciśnienia wody spowodowane przez cząstki (od przedziału I do II) nazywa się ciśnienie osmotyczne roztworu w przedziale II.

Jak kontroluje przepływ wody w komórkach?

Dzięki zjawisku osmotyczne woda może pasywnie poruszać się przez błony komórkowe. Historycznie wiadomo, że zwierzętom brakuje aktywnego systemu transportu wody do kontrolowania przepływu tej substancji.

Jednak aktywne systemy transportu substancji rozpuszczonej mogą modyfikować kierunek przemieszczenia wody w kierunku korzystnego kierunku. W ten sposób aktywny transport substancji rozpuszczonej jest sposobem, w jaki zwierzęta wykorzystują swoją energię metaboliczną do kontrolowania transportu wody.

Ujęcie ilościowe

Istnieją wzory matematyczne, które umożliwiają pomiar szybkości, z jaką woda przekroczy błony przez osmozę. Równanie do obliczenia jest następujące:

Może ci służyć: specjacja parapatryczna: co to jest i przykłady

Woda osmotyczna szybkość transportu = k (π₁-Π₂ / X). Gdzie π₁ i π₂ Są to ciśnienie osmotyczne roztworów po obu stronach membrany, a x to odległość, która je oddziela.

Związek (π₁-Π₂ / X) jest znany jako ciśnienie osmotyczne lub gradient ciśnienia osmotycznego.

Ostatni termin równania to k jest współczynnikiem proporcjonalności, który zależy od przepuszczalności temperatury i membrany.

Różnice dyfuzyjne

Co to jest dyfuzja?

Dyfuzja występuje przez losowy ruch termiczny rozpuszczonych lub zawieszonych cząsteczek, co powoduje jego dyspersję z obszarów stężeń podniesionych do najniższych. Szybkość dyfuzji można obliczyć na podstawie równania Ficka.

Jest to proces egzergoniczny ze względu na wzrost entropii reprezentowany przez losowy rozkład cząsteczek.

W przypadku, gdy substancja jest elektrolityczna, należy wziąć pod uwagę - oprócz stężeń - całkowita różnica obciążenia między dwoma przedziałami.

Osmoza jest szczególnym przypadkiem rozpowszechniania

Dyfuzja i osmoza nie są warunkami przeciwnymi, a tym bardziej wzajemnie wykluczającymi się pojęciami.

Cząsteczki wody mają zdolność szybkiego poruszania się przez błony komórkowe. Jak wyjaśniamy, rozprzestrzeniają się z regionu niskiego stężenia do wysokiego stężenia w procesie zwanym osmozą.

Wydajemy się dziwnie rozmawiać o „koncentracji wody”, ale ta substancja zachowuje się jak każda inna substancja. To znaczy rozpowszechnianie na korzyść gradientu stężenia.

Jednak niektórzy autorzy używają terminu „rozpowszechnianie wody” jako synonima osmozy. Zastosuj go dosłownie do układów biologicznych może być błędne, ponieważ wykazano, że wskaźnik osmozy przez błony biologiczne jest większy niż oczekiwany przez prosty proces dyfuzji.

W niektórych systemach biologicznych woda przechodzi prostą dyfuzję przez błonę komórkową. Jednak niektóre komórki mają specjalne kanały do ​​przejścia wody. Najważniejsze są nazywane akwaporynami, zwiększając prędkość przepływu wody przez membranę.

Przykłady

W systemach biologicznych ruch wody przez błony komórkowe ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia dziesiątek procesów fizjologicznych. Niektóre przykłady to:

Wymiana osmotyczna w rybach słodkowodnych

Ciekawym przykładem roli Osmozy zwierząt jest wymiana wody, która występuje u ryb żyjących w świeżym wodach.

Może ci służyć: oddziały biochemii

Zwierzęta zamieszkujące ciała słodkowodne znajdują się w stałym wylotu wodnym z rzeki lub stawu, gdzie żyją w ich ciałach, ponieważ stężenie plazmy krwi i innych płynów ustrojowych ma znacznie wyższe stężenie niż w wodzie.

Gatunki ryb Carassius auratus Żyj w środowiskach słodkiej wody. Osoba, która ma masę 100 gramów, może zyskać około 30 gramów wody dziennie dzięki wysiedleniu wody w jego ciele. Ryba ma systemy - energetycznie drogie - ciągłe pozbycie się nadmiaru wody.

Resorpcja płynów

W układzie żołądkowo -jelitowym zwierząt musi wystąpić zjawisko osmozy, aby działało poprawnie. Tajny przewód pokarmowy znaczna ilość cieczy (w litrach rzędu), którą należy ponownie wchłonąć przez osmozę przez komórki tapicerowane jelita.

W przypadku, gdy ten system nie wykonuje swojej pracy, można przedstawić intensywne zdarzenia biegunki. Przedłużenie tej awarii może przełożyć się na odwodnienie pacjenta.

Turgencja w roślinach

Objętość wody wewnątrz komórek zależy od stężenia zarówno środowiska wewnętrznego, jak i zewnętrznego, a przepływ jest koordynowany przez zjawiska dyfuzyjne i osmozę.

Jeśli komórka zwierzęcy (taka jak erytrocyt) umieszcza się w pożywce, która sprzyja wejściu do wody, może pękać. Natomiast komórki roślinne mają ścianę, która chroni je przed stresem osmotycznym.

W rzeczywistości rośliny nierewwowe wykorzystują to ciśnienie generowane przez pasywne wprowadzanie wody. To ciśnienie pomaga utrzymać turgid w różnych narządach roślinnych, takich jak liście. W czasie, gdy woda zaczyna wydostawać się z komórek, komórka traci turgiczność i usycha.

Bibliografia

1. Cooper, g. M., Hausman, r. I., & Hausman, r. I. (2000). Komórka: podejście molekularne. ASM Press.
2. Eckert, r., Randall, r., & Augustine, G. (1988). Fizjologia Zwierzę: mechanizmy i adaptacje. WH Freeman & Co.
3. Hill, r. W., Wyse, g. DO., Anderson, m., & Anderson, m. (2004). Zwierzę z fizjologii. Sinauer Associates.
4. Karp, g. (2009). Biologia komórkowa i molekularna: koncepcje i eksperymenty. John Wiley & Sons.
5. Pollard, t. D., Earnshaw, w. C., Lippincott-Schwartz, J., & Johnson, G. (2016). E-book Cell Biology. Elsevier Health Sciences.
6. Schmidt-Nielsen, k. (1997). Fizjologia Zwierzę: adaptacja i środowisko. Cambridge University Press.