Wyjaśniamy, czym jest osmoza i jakie istnieją typy. Ponadto, dlaczego jest to ważne, czym jest dyfuzja biologiczna i przykłady osmozy.
Czym jest osmoza?
Osmoza lub osmoza to fizyczne zjawisko wymiany materiał przez membranę półprzepuszczalną, od ośrodka o mniejszej gęstości do wyższego gęstość, bez ponoszenia kosztów Energia. Jest to zjawisko pasywne, ale istotne dla metabolizm komórka żyjące istoty.
Mechanika osmozy dąży do równowagi stężeń między dwoma segmentami a rozwiązanie oddzielone membraną, przepuszczające rozpuszczalnik z jednej strony na drugą, aby rozcieńczyć skrajne wyższe stężenie. Spowoduje to zmianę Ciśnienie, znane jako ciśnienie osmotyczne. Tak dzieje się z błoną komórki, którego wnętrze może być w większym, równym lub mniejszym stężeniu niż na zewnątrz, umożliwiając wejście i wyjście Woda, czyli osmoregulacja, bez kosztów energii.
Osmoza została odkryta w 1877 r. w badaniach fizjologii roślin przez Niemca Wilhelma Pfeffera, mimo że podobne badania istniały już w tej materii, a termin ten został ukuty w 1854 r. (Brytyjczyk Thomas Graham).
Rodzaje osmozy
Istnieją dwie formy osmozy: bezpośrednia i odwrócona.
- Bezpośrednia osmoza. Jest to ta, która występuje w komórkach żywych istot, w których woda wpływa lub wypływa przez błona plazmatyczna, pozwalając na równowagę z otoczeniem, chociaż w przypadkach hipertonicznych (o ogromnym stężeniu substancji rozpuszczonej) lub hipotonicznych (o minimalnym stężeniu substancji rozpuszczonej) może powodować odwodnienie lub eksplozję odpowiednio przez nagromadzenie się komórki.
- Odwrócona osmoza. Jest to identyczny mechanizm, ale w przeciwnym kierunku, który umożliwia przepływ wody lub rozpuszczalnika z punktu najwyższego stężenia do najniższego stężenia substancji rozpuszczonej, co jest idealne do oczyszczania lub retencji substancji rozpuszczonej. Aby tak się stało, należy zastosować ciśnienie, które przezwycięża naturalne ciśnienie osmotyczne (to znaczy, że wymaga to kosztu energii).
Znaczenie osmozy
Osmoza ma kluczowe znaczenie dla metabolizmu komórkowego, ponieważ jest formą transportu materii między wnętrzem i zewnętrzem komórki, która nie wiąże się z żadnym wydatkiem energetycznym, czyli zachodzi pasywnie, bez zużywania ATP. Ta zasada jest również fundamentalna dla wyjaśnienia pochodzenia życie, ponieważ w pierwszych formach życia komórkowego nadal nie było aktywnych mechanizmów metabolicznych.
Z drugiej strony zasady osmozy można powielać w codziennych sytuacjach i umożliwiać np. filtrowanie wody (odwrócona osmoza) wśród innych praktycznych procedur, takich jak wytwarzanie katalizatorów czy wspomaganie przemysłowych procesów chłodzenia.
Dyfuzja biologiczna
Proces podobny do osmozy jest znany jako prosta dyfuzja, z tego punktu widzenia, że obejmuje przechodzenie cząstek z jednego ośrodka (np. wnętrza komórki) do drugiego (np. środowisko zewnątrzkomórkowe) przez półprzepuszczalną błonę, poruszając się od pożywki o najwyższym stężeniu do pożywki o najniższym stężeniu (czyli zgodnie z gradientem stężenia). Odbywa się to pasywnie, czyli bez zużycia dodatkowej energii.
W związku z tym dyfuzja biologiczna to ta, która zachodzi w komórkach, umożliwiając wejście lub wyjście molekuły przez błonę plazmatyczną, zgodnie z gradientem stężenia. Na przykład tlen dostaje się do krwi do czerwonych krwinek, gdzie hemoglobina może je wychwytywać i transportować. Ten pojedynczy przykład wskazuje na żywotne znaczenie tego mechanizmu dla życia.
Przykłady z literatury
Oto kilka prostych przykładów osmozy:
- Oczyszczanie wody. Aby usunąć zanieczyszczenia z wody, można zastosować zasadę odwróconej osmozy, aby oddzielić rozpuszczoną w niej zawartość za pomocą półprzepuszczalnej membrany.
- Nawilżenie jajka.Skorupa jajka działa jak membrana osmotyczna, pozwalająca wodzie dostać się do jej wnętrza (bardziej skoncentrowana), dzięki czemu ugotowane jajko można namoczyć bez rozbijania skorupki.
- Osmoza komórkowa. Część mechanizmów transportu komórkowego, które umożliwiają wymianę (wejście lub wyjście) materii między cytoplazma i środowisko bez zużywania ATP w procesie.