Osmoza i zjawiska osmotyczne w komórce
Biologia
Zestaw wyjaśnia, czym jest osmoza, od czego zależy jej kierunek i jakie ma znaczenie dla komórek roślinnych oraz zwierzęcych. Uporządkujesz pojęcia takie jak roztwór hipertoniczny, hipotoniczny i izotoniczny, a także przećwiczysz typowe zadania szkolne i maturalne.
1.Osmoza
Bierny przepływ cząsteczek wody przez błonę półprzepuszczalną z roztworu o niższym stężeniu substancji rozpuszczonych do roztworu o wyższym stężeniu tych substancji. Jest szczególnym przypadkiem dyfuzji i nie wymaga nakładu energii ATP.
2.Błona półprzepuszczalna
Błona, która przepuszcza cząsteczki rozpuszczalnika, głównie wody, ale ogranicza lub nie przepuszcza części substancji rozpuszczonych. Dzięki temu możliwe jest zachodzenie osmozy między dwoma roztworami o różnym stężeniu.
3.Roztwór hipotoniczny
Roztwór o niższym stężeniu substancji rozpuszczonych niż wnętrze komórki. W takim środowisku woda napływa do komórki na drodze osmozy.
4.Roztwór hipertoniczny
Roztwór o wyższym stężeniu substancji rozpuszczonych niż wnętrze komórki. W takim środowisku woda wypływa z komórki na drodze osmozy.
5.Roztwór izotoniczny
Roztwór o takim samym stężeniu substancji rozpuszczonych jak wnętrze komórki. Nie występuje wtedy netto przepływ wody w jedną stronę, choć cząsteczki mogą przemieszczać się w obie strony.
6.Turgor
Stan jędrności komórki roślinnej wywołany napływem wody do wakuoli i naciskiem zawartości komórki na ścianę komórkową. Turgor pomaga utrzymać kształt tkanek roślinnych.
7.Plazmoliza
Oddzielanie się protoplastu od ściany komórkowej wskutek utraty wody przez komórkę roślinną umieszczoną w roztworze hipertonicznym. Jest skutkiem osmozy prowadzącej do odwodnienia komórki.
8.Deplazmoliza
Proces odwrotny do plazmolizy. Zachodzi, gdy komórka roślinna po przeniesieniu do roztworu hipotonicznego pobiera wodę, a protoplast ponownie przylega do ściany komórkowej.
9.Wakuola
Pęcherzyk komórkowy typowy dla komórek roślinnych, wypełniony sokiem komórkowym. Uczestniczy w gromadzeniu wody i substancji oraz ma duże znaczenie w utrzymaniu turgoru.
10.Ciśnienie osmotyczne
Miara zdolności roztworu do przyciągania wody przez błonę półprzepuszczalną. Im większe stężenie substancji rozpuszczonych, tym większe ciśnienie osmotyczne roztworu.
11.Dyfuzja prosta
Samorzutne przemieszczanie się cząsteczek zgodnie z gradientem stężeń, bez udziału energii. Osmoza jest szczególnym przypadkiem dyfuzji, dotyczącym ruchu wody przez błonę półprzepuszczalną.
12.Hemoliza
Pękanie krwinki czerwonej spowodowane nadmiernym napływem wody w roztworze hipotonicznym. Komórki zwierzęce nie mają ściany komórkowej, więc są bardziej narażone na uszkodzenie.
Notatka
Istota osmozy
Osmoza to bierny przepływ wody przez błonę półprzepuszczalną. Woda przemieszcza się z roztworu, w którym stężenie substancji rozpuszczonych jest mniejsze, do roztworu o większym stężeniu tych substancji. Innymi słowy: woda dąży tam, gdzie jest jej względnie mniej, bo więcej miejsca zajmują substancje rozpuszczone.
Osmoza jest szczególnym przypadkiem dyfuzji, ale dotyczy konkretnie cząsteczek wody. Proces ten nie wymaga dostarczania energii w postaci ATP, dlatego zalicza się do transportu biernego. W komórkach ma duże znaczenie dla utrzymania odpowiedniego uwodnienia i prawidłowego funkcjonowania.
Ważne
W osmozie przemieszcza się głównie woda, a nie substancja rozpuszczona — to częsty błąd w interpretacji zadań.
Roztwory: hipotoniczny, hipertoniczny i izotoniczny
Aby przewidzieć kierunek ruchu wody, porównuje się stężenie substancji rozpuszczonych po obu stronach błony. Roztwór hipotoniczny ma mniejsze stężenie tych substancji niż wnętrze komórki, więc woda napływa do środka. Roztwór hipertoniczny ma większe stężenie substancji rozpuszczonych niż komórka, dlatego woda wypływa z komórki. Roztwór izotoniczny ma takie samo stężenie jak wnętrze komórki, więc nie ma netto przepływu wody w jedną stronę.
W zadaniach należy zawsze pamiętać, że pojęcia hipotoniczny i hipertoniczny są względne — określa się je zawsze względem konkretnej komórki albo innego roztworu. Ten sam roztwór może być hipotoniczny wobec jednej komórki, a izotoniczny wobec innej.
Ciśnienie osmotyczne rośnie wraz ze stężeniem substancji rozpuszczonych. Im większa różnica stężeń, tym wyraźniejsze skutki osmozy.
Znaczenie osmozy w komórce roślinnej
W komórce roślinnej szczególną rolę odgrywają wakuola, sok komórkowy i ściana komórkowa. Gdy komórka znajduje się w roztworze hipotonicznym, woda napływa do wnętrza, głównie do wakuoli. Zawartość komórki zaczyna naciskać na ścianę komórkową, co wywołuje turgor, czyli stan jędrności.
Turgor jest bardzo ważny dla całej rośliny, ponieważ pomaga utrzymać sztywność liści, łodyg i innych tkanek. Dzięki temu roślina nie więdnie mimo braku twardego szkieletu. Ściana komórkowa chroni komórkę przed pęknięciem przy nadmiernym napływie wody.
Zapamiętaj
U roślin napływ wody zwykle zwiększa turgor, a nie prowadzi od razu do pęknięcia komórki, ponieważ przeciwdziała temu ściana komórkowa.
Plazmoliza i deplazmoliza
Jeżeli komórka roślinna trafi do roztworu hipertonicznego, zaczyna tracić wodę. W efekcie kurczy się jej protoplast i może oddzielić się od ściany komórkowej. Zjawisko to nazywa się plazmolizą. Jest ono dobrze widoczne w doświadczeniach z komórkami skórki cebuli lub innych tkanek roślinnych.
Po przeniesieniu takiej komórki do roztworu hipotonicznego woda ponownie napływa do jej wnętrza. Protoplast wraca do poprzedniego położenia i przylega do ściany komórkowej. Ten proces to deplazmoliza.
Plazmoliza nie jest tym samym co obumarcie komórki, chociaż długotrwała utrata wody może prowadzić do zaburzeń funkcjonowania. W biologii szkolnej plazmoliza jest klasycznym przykładem skutku osmozy w komórce roślinnej.
Przykład
Gdy komórki skórki cebuli umieści się w stężonym roztworze soli, można zaobserwować odsuwanie się protoplastu od ściany komórkowej.
Osmoza w komórkach zwierzęcych
Komórki zwierzęce również podlegają osmozie, ale nie mają ściany komórkowej, dlatego skutki zmian środowiska są u nich inne niż u roślin. W roztworze hipertonicznym tracą wodę i kurczą się. W roztworze hipotonicznym pobierają wodę, a przy zbyt dużym napływie mogą pęknąć.
Dobrym przykładem są erytrocyty. W środowisku hipotonicznym mogą ulec hemolizie, czyli pęknięciu spowodowanemu napływem wody. W środowisku izotonicznym zachowują prawidłowy kształt i objętość. Z tego powodu w medycynie i fizjologii tak istotne jest utrzymanie odpowiedniego składu płynów ustrojowych.
Różnica między komórką roślinną a zwierzęcą w zadaniach najczęściej sprowadza się właśnie do obecności albo braku ściany komórkowej.
Jak rozwiązywać typowe zadania o osmozie
W zadaniach maturalnych lub sprawdzianowych najpierw trzeba ustalić, gdzie jest większe stężenie substancji rozpuszczonych. Następnie należy wskazać kierunek ruchu wody: do środowiska bardziej stężonego. Dopiero na końcu opisuje się skutek dla komórki.
Najczęstszy schemat rozumowania wygląda tak:
- porównaj stężenie roztworu zewnętrznego i wnętrza komórki,
- określ, czy środowisko jest hipotoniczne, hipertoniczne czy izotoniczne,
- wskaż kierunek osmozy,
- podaj skutek: wzrost turgoru, plazmoliza, kurczenie się komórki albo hemoliza.
Trzeba uważać na częsty błąd językowy: nie mówi się, że „komórka chce wodę”, tylko że różnica stężeń powoduje jej bierny przepływ. Warto też pamiętać, że w roztworze izotonicznym woda nadal może przemieszczać się w obie strony, ale bilans tego ruchu jest wyrównany.
Quizy w tym zestawie
16 pytań w 2 etapach — odblokujesz je po dodaniu zestawu