osmoză este un fenomen pasiv de deplasare a apei printr-o membrană. Aceasta poate fi o membrană celulară, un epiteliu sau o membrană artificială. Apa se deplasează dintr-o regiune cu presiune osmotică scăzută (sau unde apa este mai abundentă) în regiunea cu presiuni osmotice mai mari (sau unde apa este mai puțin abundentă).
Acest proces are relevanță biologică și orchestrează o serie de procese fiziologice, atât la animale, cât și la plante..
Primul cercetător care a raportat fenomenul osmotic a fost Abbé Jean Antoine Nollet. În 1748, Nollet lucra cu membranele celulare animale și a observat că atunci când apa pură era plasată pe o parte a membranei și o soluție cu electroliți diluați pe cealaltă parte, apa se deplasa în regiune cu substanțe dizolvate..
Astfel, a fost descrisă trecerea apei în favoarea gradientului său de concentrație și a fost numită osmoză. Termenul provine din rădăcinile grecești osmos, Ce înseamnă Apăsați.
În 1877, Wilhelm Pfeller a efectuat primele studii asupra presiunii osmotice. Proiectul său experimental a implicat utilizarea unei „membrane” de ferocianură de cupru pe suprafața unei cupe de lut poros, dând naștere unei membrane care a permis trecerea moleculelor de apă..
Membranele artificiale ale lui Pfeller au fost suficient de puternice pentru a rezista presiunilor osmotice semnificative și a nu se prăbuși. Acest cercetător a reușit să concluzioneze că presiunea osmotică este proporțională cu concentrația solutului..
Indice articol
Mișcarea apei printr-o membrană dintr-o zonă de concentrație scăzută într-o zonă de concentrație mare se numește osmoză. Acest proces are loc de la o zonă cu cea mai mică presiune osmotică la cea mai mare presiune osmotică..
La început, această afirmație poate fi confuză - și chiar contradictorie. Suntem obișnuiți cu mișcarea pasivă „înaltă până joasă”. De exemplu, căldura poate merge de la temperaturi ridicate la temperaturi scăzute, glucoza difuzează din regiuni cu concentrație ridicată în zone mai puțin concentrate și așa mai departe..
După cum am menționat, apa care experimentează fenomenul osmozei se mută de la presiuni scăzute la presiuni ridicate. Acest lucru se întâmplă deoarece apa este mai abundentă pe unitate de volum, unde solutul este mai puțin abundent..
Adică, în timpul osmozei, apa se mișcă acolo unde a ei (apa) este mai abundentă acolo unde este mai puțin abundentă. Prin urmare, fenomenul trebuie înțeles din perspectiva apei.
Este important să ne amintim că osmoza guvernează mișcarea Apă prin membrane și nu afectează în mod direct mișcarea substanțelor dizolvate. Când substanțele dizolvate se difuzează, fac acest lucru urmărind gradienții propriei concentrații chimice. Doar apa urmează gradientul de concentrație al presiunii osmotice.
Unul dintre cele mai confuze aspecte atunci când vine vorba de înțelegerea procesului de osmoză este utilizarea cuvântului presiuni. Pentru a evita confuzia, este important să se clarifice faptul că o soluție de la sine nu exercită o presiune hidrostatică datorită presiunii sale osmotice..
De exemplu, o soluție de glucoză 1 M are o presiune osmotică de 22 atm. Cu toate acestea, soluția nu „explodează” sticlele de sticlă și poate fi depozitată la fel ca apa pură, deoarece o soluție izolată nu se traduce prin presiune hidrostatică..
Termenul presiuni este folosit doar pentru un accident istoric, deoarece primii oameni de știință care au studiat aceste fenomene au fost fizice și chimice.
Astfel, dacă două soluții care diferă prin presiunile lor osmotice sunt separate de o membrană, se va crea o presiune hidrostatică.
Procesul de osmoza duce la formarea unei presiuni hidrostatice. Diferența de presiune duce la o creștere a nivelului soluției mai concentrate, pe măsură ce apa se difuzează în ea. Creșterea nivelului apei continuă până când rata netă a mișcării apei este egală cu zero..
Un debit net se realizează atunci când presiunea hidrostatică din compartimentul II este suficientă pentru a forța moleculele de apă să revină în comportamentul I, în același ritm cu care osmoza determină mutarea moleculelor din compartimentul I în II.
Presiunea apei care determină retragerea particulelor (din compartimentul I la II) se numește presiunea osmotică a soluției din compartimentul II..
Datorită fenomenului osmotic, apa se poate deplasa pasiv prin membranele celulare. Din punct de vedere istoric, se știe că animalele nu dispun de un sistem activ de transport al apei pentru a controla fluxul acestei substanțe..
Cu toate acestea, sistemele active de transport de solut pot schimba direcția mișcării apei într-o direcție favorabilă. În acest fel, transportul activ al solutului este o modalitate prin care animalele își folosesc energia metabolică pentru a controla direcția transportului pe apă..
Există formule matematice care permit măsurarea vitezei cu care apa va traversa membranele prin osmoză. Ecuația pentru a o calcula este următoarea:
Rata de transport osmotic a apei = K (Π1-ΠDouă / X). Unde Π1 și ΠDouă sunt presiunile osmotice ale soluțiilor de pe ambele părți ale membranei și X este distanța care le separă.
Relația (Π1-ΠDouă / X) este cunoscut sub numele de gradient de presiune osmotică sau gradient osmotic.
Ultimul termen al ecuației este K este coeficientul de proporționalitate care depinde de temperatură și permeabilitatea membranei.
Difuzarea are loc prin mișcarea termică aleatorie a moleculelor dizolvate sau suspendate, care determină dispersia acestora din regiunile cu concentrații mari la cele mai mici. Rata de difuzie poate fi calculată prin intermediul ecuației Fick.
Este un proces exergonic datorat creșterii entropiei reprezentată de distribuția aleatorie a moleculelor.
În cazul în care substanța este electrolitică, trebuie luată în considerare diferența totală de sarcină dintre cele două compartimente - pe lângă concentrații..
Difuzarea și osmoza nu sunt termeni opuși, cu atât mai puțin concepte care se exclud reciproc.
Moleculele de apă au capacitatea de a se deplasa rapid prin membranele celulare. După cum am explicat, acestea se difuzează de la o regiune cu concentrație scăzută de solut la una de concentrație ridicată într-un proces numit osmoză..
Ni se pare ciudat să vorbim despre „concentrația apei”, dar această substanță se comportă ca orice altă substanță. Adică se difuzează în favoarea gradientului său de concentrație.
Cu toate acestea, unii autori folosesc termenul „difuzie a apei” ca sinonim pentru osmoză. Aplicarea acestuia literalmente la sistemele biologice poate fi greșită, deoarece s-a demonstrat că rata osmozei prin membranele biologice este mai mare decât ceea ce s-ar aștepta printr-un proces simplu de difuzie.
În unele sisteme biologice, apa trece prin simplă difuzie prin membrana celulară. Cu toate acestea, unele celule au canale speciale pentru trecerea apei. Cele mai importante se numesc acvaporine, crescând viteza de curgere a apei prin membrană..
În cadrul sistemelor biologice, mișcarea apei prin membranele celulare este crucială pentru înțelegerea a zeci de procese fiziologice. Câteva exemple sunt:
Un exemplu interesant al rolului osmozei la animale este schimbul de apă care are loc la peștii de apă dulce..
Animalele care locuiesc în corpuri de apă dulce se află într-un aport constant de apă din râu sau iaz unde locuiesc în corpurile lor, deoarece concentrația plasmei sanguine și a altor fluide corporale au o concentrație mult mai mare decât cea a apei..
Specia de pește Carassius auratus trăiește în medii de apă dulce. O persoană care are o masă de 100 de grame poate câștiga aproximativ 30 de grame de apă pe zi datorită mișcării apei în corpul său. Peștii au sisteme costisitoare din punct de vedere energetic pentru a vărsa continuu excesul de apă.
În sistemul gastrointestinal al animalelor, fenomenul osmozei trebuie să apară pentru ca acesta să funcționeze corect. Tractul digestiv secretă o cantitate semnificativă de lichid (în ordinea litrilor) care trebuie reabsorbit de osmoză de către celulele care acoperă intestinele.
Dacă acest sistem nu își desfășoară activitatea, pot apărea diaree severă. Prelungirea acestei defecțiuni poate duce la deshidratarea pacientului..
Volumul de apă din interiorul celulelor depinde de concentrația atât a mediului intern, cât și a celui extern, iar fluxul este orchestrat de fenomenele de difuzie și osmoză..
Dacă o celulă animală (cum ar fi un eritrocit) este plasată într-un mediu care permite pătrunderea apei, aceasta ar putea exploda. În schimb, celulele vegetale au un perete care le protejează de stresul osmotic.
De fapt, plantele ne-lemnoase profită de această presiune generată de intrarea pasivă a apei. Această presiune ajută la menținerea diferitelor organe vegetale, cum ar fi frunzele, turgente. De îndată ce apa începe să părăsească celulele, celula își pierde turgorul și se ofileste.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.