OSMOSIS: PROSES, JENIS, PERBEZAAN DENGAN PENYEBARAN DAN CONTOH - BIOLOGI - 2025

The osmosis ialah pasif air fenomena anjakan melalui membran. Ini boleh menjadi membran sel, epitel atau membran tiruan. Air bergerak dari kawasan tekanan osmotik rendah (atau di mana air lebih banyak) ke kawasan dengan tekanan osmotik yang lebih tinggi (atau di mana air kurang banyak).

Proses ini mempunyai kaitan dengan biologi dan mengatur serangkaian proses fisiologi, baik pada haiwan dan juga tumbuhan.

Sumber: OpenStax

Penyelidik pertama yang melaporkan fenomena osmotik ialah Abbé Jean Antoine Nollet. Pada tahun 1748, Nollet bekerja dengan membran sel haiwan dan menyedari bahawa ketika air tulen diletakkan di satu sisi membran dan larutan dengan elektrolit cair di sisi lain, air bergerak ke rantau ini dengan zat terlarut.

Oleh itu, laluan air yang memihak kepada kecerunan kepekatannya dijelaskan dan ia disebut osmosis. Istilah ini berasal dari akar Yunani osmos, yang bermaksud mendorong.

Pada tahun 1877, Wilhelm Pfeller membuat kajian pertama mengenai tekanan osmotik. Reka bentuk eksperimentalnya melibatkan penggunaan "membran" ferrocyanide tembaga di permukaan cawan tanah liat berpori, yang menimbulkan membran yang memungkinkan masuknya molekul air.

Membran tiruan Pfeller cukup kuat untuk menahan tekanan osmotik yang ketara dan tidak runtuh. Penyelidik ini dapat membuat kesimpulan bahawa tekanan osmotik berkadar dengan kepekatan zat terlarut.

Proses

Pergerakan air melalui membran dari kawasan berkepekatan rendah ke kawasan berkepekatan tinggi disebut osmosis. Proses ini berlaku dari kawasan dengan tekanan osmotik terendah hingga tekanan osmotik tertinggi.

Pada mulanya, pernyataan ini boleh membingungkan - dan bahkan bertentangan. Kita terbiasa dengan gerakan "tinggi ke rendah" pasif. Contohnya, haba boleh dari suhu tinggi hingga rendah, glukosa meresap dari kawasan berkepekatan tinggi ke kawasan kurang pekat, dan sebagainya.

Seperti yang telah kami sebutkan, air yang mengalami fenomena osmosis bergerak dari tekanan rendah ke tekanan tinggi. Ini berlaku kerana air lebih banyak per unit isipadu di mana zat terlarut kurang banyak.

Iaitu, semasa osmosis air bergerak di mana ia (air) lebih banyak ke tempat yang kurang banyak. Oleh itu, fenomena tersebut mesti difahami dari perspektif air.

Penting untuk diingat bahawa osmosis mengatur pergerakan air melalui membran dan tidak mempengaruhi pergerakan zat terlarut secara langsung. Apabila zat terlarut meresap, mereka melakukannya dengan mengikuti kecerunan kepekatan kimia mereka sendiri. Hanya air yang mengikuti kecerunan kepekatan tekanan osmotik.

Tekanan osmotik

Tekanan?

Salah satu aspek yang paling membingungkan ketika memahami proses osmosis adalah penggunaan tekanan kata. Untuk mengelakkan kekeliruan, penting untuk menjelaskan bahawa penyelesaian dengan sendirinya tidak memberikan tekanan hidrostatik kerana tekanan osmotiknya.

Sebagai contoh, larutan glukosa 1 M mempunyai tekanan osmotik 22 atm. Walau bagaimanapun, larutan tersebut tidak "meletup" botol kaca dan boleh disimpan dengan cara yang sama seperti air tulen kerana larutan terpencil tidak dapat diterjemahkan menjadi tekanan hidrostatik.

Istilah tekanan digunakan hanya kerana kecelakaan sejarah, kerana saintis pertama yang mengkaji fenomena ini adalah fizikal dan kimia.

Oleh itu, jika dua larutan yang berbeza dalam tekanan osmotiknya dipisahkan oleh membran, tekanan hidrostatik akan dibuat.

Tekanan osmotik dan hidrostatik

Proses osmosis membawa kepada pembentukan tekanan hidrostatik. Perbezaan tekanan menyebabkan kenaikan tahap larutan yang lebih pekat, kerana air meresap ke dalamnya. Kenaikan paras air berterusan sehingga kadar pergerakan air bersih sama dengan sifar.

Aliran bersih dicapai apabila tekanan hidrostatik di petak II cukup untuk memaksa molekul air kembali ke tingkah laku I, pada kadar yang sama dengan osmosis menyebabkan molekul bergerak dari petak I ke II.

Tekanan air yang menyebabkan zarah surut (dari petak I hingga II) disebut tekanan osmotik larutan di petak II.

Bagaimana aliran air dalam sel dikawal?

Berkat fenomena osmotik, air dapat bergerak secara pasif melalui membran sel. Dari segi sejarah, diketahui bahawa haiwan kekurangan sistem pengangkutan air yang aktif untuk mengawal aliran bahan ini.

Walau bagaimanapun, sistem pengangkutan zat terlarut aktif dapat mengubah arah pergerakan air ke arah yang baik. Dengan cara ini, pengangkutan zat terlarut aktif adalah salah satu cara di mana haiwan menggunakan tenaga metaboliknya untuk mengawal arah pengangkutan air.

Kuantiti

Terdapat formula matematik yang memungkinkan pengukuran kadar di mana air akan menyeberangi membran oleh osmosis. Persamaan untuk menghitungnya adalah seperti berikut:

Kadar pengangkutan air osmotik = K (Π ₁ –Π ₂ / X). Di mana Π ₁ dan Π ₂ adalah tekanan osmotik larutan pada kedua sisi membran dan X adalah jarak yang memisahkannya.

Hubungan (Π ₁ –Π ₂ / X) dikenali sebagai kecerunan tekanan osmotik atau kecerunan osmotik.

Istilah terakhir dalam persamaan adalah K adalah pekali perkadaran yang bergantung pada suhu dan kebolehtelapan membran.

Perbezaan dengan penyebaran

Apa itu penyiaran?

Difusi berlaku oleh pergerakan termal secara rawak molekul terlarut atau terampai, yang menyebabkan penyebarannya dari kawasan berkepekatan tinggi hingga paling rendah. Kadar penyebaran dapat dikira dengan menggunakan persamaan Fick.

Ini adalah proses eksergonik kerana peningkatan entropi yang diwakili oleh pengedaran molekul secara rawak.

Sekiranya bahan tersebut adalah elektrolitik, perbezaan keseluruhan cas antara kedua-dua petak mesti diambil kira - sebagai tambahan kepada kepekatannya.

Osmosis adalah kes penyebaran tertentu

Difusi dan osmosis bukanlah istilah yang bertentangan, lebih kurang konsep yang saling eksklusif.

Molekul air mempunyai keupayaan untuk bergerak pantas melalui membran sel. Seperti yang kami jelaskan, mereka menyebar dari kawasan dengan kepekatan zat terlarut rendah ke salah satu kepekatan tinggi dalam proses yang disebut osmosis.

Rasanya aneh untuk menyebut "kepekatan air", tetapi bahan ini berkelakuan seperti bahan lain. Iaitu, ia berbeza dengan kecenderungan kepekatannya.

Walau bagaimanapun, sebilangan pengarang menggunakan istilah "penyebaran air" sebagai sinonim untuk osmosis. Menerapkannya secara literal ke sistem biologi boleh jadi salah, kerana telah terbukti bahawa kadar osmosis melalui membran biologi lebih tinggi daripada yang diharapkan oleh proses penyebaran sederhana.

Dalam beberapa sistem biologi, air melalui penyebaran sederhana melalui membran sel. Walau bagaimanapun, beberapa sel mempunyai saluran khas untuk laluan air. Yang paling penting dipanggil aquaporin, meningkatkan kelajuan aliran air melalui membran.

Contoh

Dalam sistem biologi, pergerakan air melalui membran sel sangat penting untuk memahami puluhan proses fisiologi. Beberapa contoh adalah:

Pertukaran osmotik dalam ikan air tawar

Contoh menarik peranan osmosis pada haiwan adalah pertukaran air yang berlaku pada ikan yang hidup di perairan segar.

Haiwan yang mendiami badan air tawar terus mengambil air dari sungai atau kolam tempat mereka hidup ke dalam badan mereka, kerana kepekatan plasma darah dan cairan tubuh lain mempunyai kepekatan yang jauh lebih tinggi daripada air. .

Ikan Carassius auratus hidup di persekitaran air tawar. Seseorang yang mempunyai jisim 100 gram dapat memperoleh sekitar 30 gram air setiap hari berkat pergerakan air di dalam tubuhnya. Ikan mempunyai sistem - mahal dari tenaga - untuk terus membuang lebihan air.

Penyerapan semula cecair

Dalam sistem gastrointestinal haiwan, fenomena osmosis mesti berlaku agar ia berfungsi dengan baik. Saluran pencernaan mengeluarkan sejumlah besar cecair (dalam urutan liter) yang mesti diserap semula oleh osmosis oleh sel-sel yang melapisi usus.

Sekiranya sistem ini tidak berfungsi, kejadian cirit-birit yang teruk mungkin berlaku. Pemanjangan kerosakan ini boleh menyebabkan dehidrasi pesakit.

Turgor pada tanaman

Isi padu air di dalam sel bergantung pada kepekatan persekitaran dalaman dan luaran, dan aliran diatur oleh fenomena penyebaran dan osmosis.

Sekiranya sel haiwan (seperti eritrosit) diletakkan di dalam media yang memungkinkan air masuk, ia akhirnya dapat pecah. Sebaliknya, sel tumbuhan mempunyai dinding yang melindunginya dari tekanan osmotik.

Sebenarnya, tanaman yang tidak berkayu memanfaatkan tekanan ini yang dihasilkan oleh kemasukan air secara pasif. Tekanan ini membantu menjaga organ tanaman yang berbeza, seperti daun, keruh. Sebaik sahaja air mula mengalir keluar dari sel, sel kehilangan kekeruhan dan layu.

Rujukan

1. Cooper, GM, Hausman, RE, & Hausman, RE (2000). Sel: pendekatan molekul. Akhbar ASM.
2. Eckert, R., Randall, R., & Augustine, G. (1988). Fisiologi haiwan: mekanisme dan penyesuaian. WH Freeman & Co.
3. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Fisiologi Haiwan. Sinauer Associates.
4. Karp, G. (2009). Biologi sel dan molekul: konsep dan eksperimen. John Wiley & Anak.
5. Pollard, TD, Earnshaw, WC, Lippincott-Schwartz, J., & Johnson, G. (2016). E-Buku Biologi Sel. Sains Kesihatan Elsevier.
6. Schmidt-Nielsen, K. (1997). Fisiologi haiwan: penyesuaian dan persekitaran. Akhbar Universiti Cambridge.