Dlaczego kupując świeżą paprykę, jest ona chrupiąca, a po kilku dniach staje się miękka? Co sprawia, że roślina więdnie, gdy zapomnisz ją podlać? Te przemiany mają związek z utratą wody. Ruch wody jest bardzo ważny w komórkach roślinnych (i zwierzęcych). Dyfuzja wody nazywa się osmoza.
Co to jest osmoza?
Osmoza to dyfuzja wody przez półprzepuszczalną membranę. Woda spływa w dół gradientu stężenia i w kierunku obszaru o wyższym stężeniu substancji rozpuszczonych.
Na przykład, gdyby istniały dwa regiony połączone membraną, a jeden (A) zawierał więcej substancji rozpuszczonej niż drugi (B), wtedy woda przepływałaby z B do A.
Toniczność kontra Osmolarność
Zdolność roztworu do wprawiania wody w ruch nazywa się toniczność. Toniczność rozwiązania jest związana z jego osmolarność, czyli całkowite stężenie substancji rozpuszczonej.
Roztwór o niższym stężeniu substancji rozpuszczonej ma niższą osmolarność niż roztwór o wyższym stężeniu substancji rozpuszczonej. Za każdym razem, gdy dwa roztwory są oddzielone półprzepuszczalną membraną, która przepuszcza wodę, ale nie do rozpuszczenia, woda zawsze będzie przemieszczać się od strony o niskiej osmolarności na stronę o wyższej osmolarność.
Rodzaje Toniczności
Istnieją trzy terminy opisujące toniczność przy porównywaniu dwóch roztworów oddzielonych błoną: hipotoniczny, hipertoniczny i izotoniczny.
W omówionym powyżej przykładzie region A to hipertoniczny do regionu B, ponieważ region A ma wyższą osmolarność. Z drugiej strony region B to hipotoniczny do regionu A. Toniczność można powiedzieć tylko w odniesieniu do innego regionu. Samo rozwiązanie nie może mieć toniczności.
Izotoniczny po prostu odnosi się do dwóch regionów oddzielonych błoną, które mają taką samą osmolarność.
Toniczność i komórki
Do tej pory toniczność była omawiana tylko w odniesieniu do dwóch obszarów zawierających substancję rozpuszczoną, które są połączone półprzepuszczalną błoną, ale toniczność i ruch wody są bardzo ważne dla komórek. Zamiast dwóch obszarów przedzielonych błoną można wyobrazić sobie komórkę umieszczoną w płynie. Istnieją dwa regiony: jeden wewnątrz komórki i jeden na zewnątrz komórki. Płyn na zewnątrz komórki nazywany jest płynem pozakomórkowym.
Komórki zwierzęce
Co się stanie, gdy umieścisz komórkę zwierzęcą w roztworze hipotonicznym?
- Pamiętaj, woda przemieszcza się z obszaru o niskiej osmolarności do obszaru o wysokiej osmolarności. W takim przypadku, ponieważ płyn pozakomórkowy ma niską osmolarność, woda wpadałaby do komórki. Komórka rozszerzałaby się i ostatecznie ulegała lizie lub pękała.
Co się stanie, gdy umieścisz komórkę zwierzęcą w roztworze hipertonicznym?
- W takim przypadku woda opuści komórkę, ponieważ komórka ma niższą osmolarność niż płyn pozakomórkowy. W rezultacie komórka skurczyłaby się w procesie zwanym plazmolizą.
Co się stanie, gdy umieścisz komórkę zwierzęcą w roztworze izotonicznym?
- Osmolarność obu płynów jest jednakowa. W związku z tym, chociaż woda dyfunduje do środka i na zewnątrz, nie ma zmiany netto w objętości komórki.
Komórki roślinne
Co się stanie, gdy umieścisz komórkę roślinną w roztworze hipotonicznym?
- Woda przemieszcza się z obszaru o niskiej osmolarności (płyn zewnątrzkomórkowy) do obszaru o wysokiej osmolarności (wewnątrz komórki). Komórka rozszerzyłaby się wtedy. W przeciwieństwie do komórki zwierzęcej, komórka roślinna nie pęka. Dzieje się tak, ponieważ komórki roślinne mają sztywną ścianę komórkową wokół błony komórkowej. Po pęcznieniu wodą stają się jędrne.
- Rozwiązania hipotoniczne utrzymują chrupkość warzyw, takich jak papryka.
Co się stanie, gdy umieścisz komórkę roślinną w roztworze hipertonicznym?
- Woda opuści komórkę, ponieważ komórka ma niższą osmolarność niż płyn pozakomórkowy. W rezultacie komórka się skurczy.
Co się stanie, gdy umieścisz komórkę roślinną w roztworze izotonicznym?
- Osmolarność obu płynów jest jednakowa. Chociaż woda dyfunduje do środka i na zewnątrz, nie ma żadnej zmiany objętości komórki.