Osmoza – kaj je? Definicija, mehanizem, osmotski pritisk in pomen
Osmoza je pasivni tok vode skozi polprepustno (semipermeabilno) membrano iz območja z nižjo koncentracijo topil (torej z višjo koncentracijo topila oziroma vode) v območje z višjo koncentracijo topil (nižjo koncentracijo topila). Ta premik zmanjša razlike v koncentracijah na obeh straneh membrane in se nadaljuje, dokler ni dosežena ravnotežna porazdelitev kemičnega potenciala vode. Osmoza ne zahteva neposrednega vnosa energije iz celice; giba se po gradientu kemičnega potenciala (termodinamičnemu nihanju proti nižjemu potencialu).
Mehanizem
Osmoza poteka, kadar membrana omogoča prehod topila (pogosto vode) ampak zadržuje večje topljence. S prostim prevajanjem so pomembni mikroskopski kanali v bioloških membranah, imenovani akvaporini, ki pospešijo prehod vode. Čeprav sama osmoza ne porabi ATP, je mogoče gibanje vode uravnavati s spremembo koncentracij topljencev ali z ustvarjanjem nasprotnega hidrostatičnega tlaka.
Osmotski tlak
Osmotski tlak je tlak, ki ga je treba povzročiti na stran z večjo koncentracijo topljenca, da se prepreči nadaljnje gibanje vode v to smer. Pri redkih raztopinah ga približno opisuje van 't Hoffov zakon: π = i·M·R·T, kjer je π osmotski tlak, i faktor disociacije, M molarna koncentracija topljenca, R plinska konstanta in T absolutna temperatura. V bioloških sistemih je osmotski tlak ključna količina, ker vpliva na volumen celic in hidrostatične sile v tkivih.
Pojmi: izoton, hipoton, hiperton
- Izotonične raztopine: koncentracija topljencev je enaka na obeh straneh membrane; ni neto toka vode.
- Hipotonična raztopina: zunanja raztopina ima manjšo koncentracijo topljencev kot notranjost celice; voda vstopa v celico — celica se lahko napihne ali celo razpoči.
- Hipertonična raztopina: zunanja raztopina ima višjo koncentracijo topljencev; voda izstopa iz celice — celica se skrči (plazmoliza pri rastlinskih celicah).
Pomen v biologiji in vsakdanjih primerih
Osmoza igra ključno vlogo v številnih bioloških procesih:
- V rastlinah osmoza omogoča vnos vode skozi koreninske dlake in ustvarja turgor, ki podpira rastlinski tkivi.
- V živalih uravnavanje vode in ionov v celicah preprečuje ∗pretirano» nabrekanje ali skrčenje celic; krvne raztopine so prilagojene (izotonične), da ohranijo obliko eritrocitov.
- V medicini osmoza vpliva na delovanje ledvic in na metode, kot je dializa.
Praktične uporabe in tehnologije
Osmoza in njeni inverzni postopki imajo pomembne tehnološke aplikacije:
- Obratna osmoza: z uporabo tlaka, večjega od osmotskega, se voda potiska skozi membrano v nasprotni smeri — široko uporabljena metoda za razsoljevanje morske vode in čiščenje pitne vode.
- Prehrambena industrija: nadzor vlage in koncentracij pri konzerviranju ter pri sušenju živil.
- Farmacevtska industrija in laboratoriji: ločevanje snovi, priprava sterilnih raztopin in koncentracij.
Praktičen primer
Če postavimo jajce z odstranjeno lupino v čist vodo (hipotonično sredino), voda vstopa v notranjost jajca in ga napihne; če pa damo jajce v močno sladkorno ali slano raztopino (hipertonično), iz njega izteče voda in jajce se skrči. Podobno se obnašajo človeške celice: v hipotoniji lahko rdeče krvničke razpadejo (hemoliza), v hipertonični raztopini pa se skrumpljajo.
Kratka povzetek
Osmoza je temeljni pasivni proces prenosa vode preko polprepustnih membran, ki ga poganja razlika v koncentracijah topil. Osmotski tlak opisuje silo, potrebno za zaustavitev tega toka. Razumevanje osmoze je pomembno za biologijo, medicino, tehnologijo in industrijo, saj vpliva na ravnotežje tekočin v celicah in omogoča praktične postopke, kot je obratna osmoza za prečiščevanje vode.
Proces osmoze prek polprepustne membrane. Modre pike predstavljajo delce, ki poganjajo osmotski gradient
To je posnetek iz tridimenzionalne računalniške simulacije procesa osmoze. Modra mreža je neprepustna za večje kroglice, vendar manjše kroglice lahko pridejo skozi. Vse kroglice se odbijajo.
Hipotonični, izotonični in hipertonični
Raztopine imajo lahko več ali manj topljenca na enoto topila. Tista, ki ima manj, se imenuje hipotonična. Če sta raztopini enako koncentrirani, sta izotonični. Raztopina z večjo vsebnostjo je hipertonična. Kadar je hipotonična raztopina zunaj celice, hipertonična pa v njej, celica nabrekne in se popači.
Vpliv različnih raztopin na krvne celice
Rastlinska celica v različnih okoljih
Celične membrane
Plazemska membrana celice je polprepustna, kar pomeni, da omogoča vstop ali izstop določenih molekul, prepušča majhne molekule, vendar blokira večje molekule. Membrana ima tudi vrata ali prehode, skozi katere prehajajo določene makromolekule. To je aktivni transport, ki uporablja energijo in je selektiven. Je najbolj zunanja prevleka živalske celice. Sestavljena je iz beljakovin in lipidov. Primer: - izmenjava plinov, kot sta kisik in ogljikov dioksid.
Sorodne strani
- Obratna osmoza
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je osmoza?
O: Osmoza je gibanje molekul topila (tekočine) skozi membrano iz ene raztopine v drugo brez zunanje sile. Topilo se bo premaknilo na stran z večjo koncentracijo topljenca in manjšo koncentracijo topila.
V: Kako deluje osmoza?
O: Osmoza deluje, ker je membrana selektivno prepustna in omogoča prehod topljenca, ne pa tudi topljenca. Molekule topila se premikajo naključno, zato so koncentracije na obeh straneh bolj izenačene. Osmotski pritisk se lahko uporabi tako, da ni neto gibanja topljenca čez membrano.
V: Kateri dejavniki vplivajo na prepustnost bioloških membran?
O: Prepustnost bioloških membran je odvisna od topnosti, naboja ali kemije ter velikosti topljenca.
V: Kako molekule vode potujejo skozi biološke membrane?
O: Molekule vode potujejo skozi biološke membrane z difuzijo skozi fosfolipidni dvosloj.
V: Kakšno vlogo ima osmoza v živih sistemih?
O: V živih sistemih osmoza omogoča, da voda vstopa v celice in izstopa iz njih, ter pomaga vzdrževati turgorski tlak v celicah z vzpostavljanjem ravnovesja med notranjostjo celice in njenim okoljem.
V: Kako molska koncentracija vpliva na osmotski tlak?
O: Osmotski tlak je odvisen od molske koncentracije topljenca; pri višjih koncentracijah je potreben večji zunanji tlak, da ne pride do neto premikanja topljenca čez membrano.
