Osmoos definitsioon: vee passiivne liikumine läbi poolläbilaskva membraani

Osmoos on vee liikumine läbi poolläbilaskva membraani madala kontsentratsiooniga piirkonnast kõrgema kontsentratsiooniga piirkonda, mille eesmärk on ühtlustada vee kontsentratsioonid ja vähendada lahustunud ainete kontsentratsioonide erinevust. Osmoos on passiivne transport ehk toimib ilma otsese energia (ATP) kasutamiseta. Osmoosisurve tekib seetõttu, et membraani kahel poolel on erinev lahustunud ainete kontsentratsioon, mis tekitab vedeliku liikumise kalduvuse membraani läbilõike suunas.

Kuidas osmoos töötab

Poolläbilaskv ehk selektiivselt läbilaskev membraan laseb läbi peamiselt lahusti molekule (tavaliselt vee), kuid takistab suuremate või laetud lahustunud osakeste (soolad, suured molekulid) liikumist. Kui ühel pool membraani on rohkem lahustunud aineid, on selle poole vee kontsentratsioon väiksem; vesi liigub siis teiselt poolt membraani, kus on rohkem vaba vett (madalam lahustunud ainete kontsentratsioon), et lahustunud aineid "lahjendada" ja süsteemi tasakaalu suunas liikuda.

Osmoos rakkudes ja orgaanilistes süsteemides

Bioloogias on osmoos eriti oluline rakkude vee- ja ioonitasakaalu säilitamisel. Näited:

Kui rakk asetatakse hüpertoonilisse keskkonda (lahus, mille lahustunud ainete kontsentratsioon on rakust suurem), liigub rakkudest välja vesi ja rakk võib kokku tõmbuda (plasmolüüs taimedes või kurrumine loomsetes rakkudes).
Hüpotoonilises keskkonnas (lahuse kontsentratsioon väiksem kui raku sees) imbub rakku vesi, mis võib tekitada rakkudes rõhku (turgor), eriti olulist taimerakkudes.
Isotooniline keskkond tähendab, et rakk ja väliskeskkond on osmootiliselt võrdsed — netovett liikumist praktiliselt ei toimu.

Mõõtmine ja osmoosirõhk

Osmoosirõhk (π) on teoreetiline rõhk, mida tuleks rakendada lahuse poole, et takistada osmoosi ehk vee voolu läbi membraani. Lihtsas lahendis järgib osmoosirõhk ligikaudset van’t Hoff’i seadust:

π = i · C · R · T

kõnealuses valemis tähistab C molaarset kontsentratsiooni, R on gaasikonstant, T on absoluuttemperatuur ja i on van’t Hoff’i faktor (näitab, kui palju osakesi aine lahustudes dissotsieerub). See valem kehtib eelkõige lahjades ideaalsetes lahustes.

Faktorid, mis mõjutavad osmoosi kiirust

Membraani läbilaskvus (poride suurus ja tihedus)
Pindala — suurem membraani pindala suurendab voolu
Kontsentratsiooni gradient — suurem erinevus kiirendab osmoosi
Temperatuur — kõrgem temperatuur suurendab molekulide liikumist ja kiirendab osmoosi
Rõhk, mis rakendub lahuse poolelt (nt osmoosile vastupidine surve vähendab või peatab vee liikumise)

Tehnilised ja praktilised rakendused

Pöördsoolamise (reverse osmosis) protsess: rakendades survet lahusele, surutakse vesi membraani kaudu vastupidises suunas, eemaldades sooli ja muid lisandeid — laialt kasutusel joogivee desalinatsioonis ja vee puhastamises.
Toidutööstus: niiskuse eemaldamine, kontsentreerimine ja steriliseerimine teatud protsessides.
Meditsiin: dialüüs ja teised biotehnoloogilised protseduurid, kus selektiivne difusioon ja osmoos aitavad eraldada aineid.
Põllumajandus ja botaanika: taime veetasakaal, kastmise mõju juurtele ja soolastumine mullas.

Kokkuvõte

Osmoos on põhiline füüsikaline protsess, mille kaudu vee liikumine läbi poolläbilaskva membraani püüab vähendada lahustunud ainete kontsentratsiooni erinevusi. See on eluliselt tähtis rakkude homöostaasis ning omab olulisi rakendusi nii tehnikas (nt pöördsoolamine) kui ka igapäevaelus. Mõistmine, kuidas osmoosirõhk ja membraani omadused mõjutavad protsessi, aitab seletada mitmeid bioloogilisi nähtusi ja disainida tõhusaid filtratsioonisüsteeme.

Osmoosi rolli rakkude funktsioonis ja tehnilistes lahendustes saab illustreerida paljude eksperimentide ja näidetega — alates lihtsast suhkru-lahuseampulli lammutamisest kuni tööstusliku veepuhastusjaamani.

Osmoosi ja raku transporti puudutavad täpsemad biokeemilised ja füüsikalised detailid on kirjeldatud laiemalt biokeemia ja füsioloogia õpikutes.

Osmoosiprotsess üle poolläbilaskva membraani. Sinised täpid kujutavad osmoosigradiendi tekitavaid osakesi.

See on kaader osmoosi protsessi kolmemõõtmelisest arvutisimulatsioonist. Sinine võrk on suuremate pallide jaoks läbitungimatu, kuid väiksemad pallid pääsevad läbi. Kõik pallid põrkuvad ringi

Hüpotooniline, isotooniline ja hüpertooniline

Lahustes võib olla rohkem või vähem lahustunud ainet ühe lahustiühiku kohta. Seda, milles on vähem, nimetatakse hüpotooniliseks. Kui kahe lahuse kontsentratsioon on võrdne, on need isotoonilised. Kui lahust on rohkem, nimetatakse seda hüpertooniliseks. Kui hüpotooniline lahus on väljaspool rakku ja hüpertooniline lahus raku sees, siis rakk paisub ja moonutub.

Erinevate lahuste mõju vererakkudele

Taimede rakk erinevates keskkondades

Rakumembraanid

Raku plasmamembraan on poolläbilaskev, mis tähendab, et see võimaldab teatud molekulide sisenemist või väljumist, see laseb väikesed molekulid läbi, kuid blokeerib suuremad molekulid. Membraanil on ka pordid või väravad, millest pääsevad läbi teatud makromolekulid. See on aktiivne transport, mis kasutab energiat ja on selektiivne. See on loomse raku välimine kate. See koosneb valkudest ja lipiididest. Näide: - Gaaside, nagu hapniku ja süsinikdioksiidi vahetus.

Seotud leheküljed

Pöördosmoos

Küsimused ja vastused

K: Mis on osmoos?

V: Osmoos on lahusti (vedeliku) molekulide liikumine läbi membraani ühest lahusest teise ilma välise jõuta. Lahusti liigub sinna poole, kus lahustite kontsentratsioon on suurem ja lahusti kontsentratsioon väiksem.

K: Kuidas osmoos toimib?

V: Osmoos toimib, sest membraan on selektiivselt läbilaskev, lastes lahustit läbi, kuid mitte lahustunud ainet. Lahusti molekulid liiguvad juhuslikult ja nii muutuvad kontsentratsioonid mõlemal poolel võrdsemaks. Osmootilist survet saab rakendada nii, et lahusti ei liigu neto üle membraani.

K: Millised tegurid mõjutavad bioloogiliste membraanide läbilaskvust?

V: Läbilaskvus bioloogilistes membraanides sõltub lahustuvusest, laengust või keemilisest koostisest ning lahustunud aine suurusest.

K: Kuidas liiguvad veemolekulid läbi bioloogiliste membraanide?

V: Veemolekulid liiguvad läbi bioloogiliste membraanide, difundeerudes läbi fosfolipiidkihi.

K: Millist rolli mängib osmoos elusates süsteemides?

V: Elusates süsteemides võimaldab osmoosil vett rakkudesse ja sealt välja viia ning aitab säilitada rakusisene turborõhk, luues tasakaalu raku sisemuse ja keskkonna vahel.

K: Kuidas mõjutab molaarne kontsentratsioon osmoosirõhku?

V: Osmootiline rõhk sõltub lahustunud aine molaarsest kontsentratsioonist; suuremad kontsentratsioonid nõuavad suuremat välisrõhku, et lahusti ei liiguks üle membraani.