OZMOZ: SÜREÇ, TÜRLERI, DIFÜZYONLA FARKLILIKLAR VE ÖRNEKLER - BIYOLOJI - 2025

Osmoz bir membrandan pasif olgu yerinden sudur. Bu bir hücre zarı, bir epitel veya yapay bir zar olabilir. Su, düşük ozmotik basınçlı bir bölgeden (veya suyun daha bol olduğu) daha yüksek ozmotik basınçlara sahip (veya suyun daha az bol olduğu) bölgeye hareket eder.

Bu süreç biyolojik olarak ilgilidir ve hem hayvanlarda hem de bitkilerde bir dizi fizyolojik süreci yönetir.

Kaynak: OpenStax

Ozmotik fenomeni bildiren ilk araştırmacı Abbé Jean Antoine Nollet idi. 1748'de Nollet, hayvan hücre zarlarıyla çalışıyordu ve zarın bir tarafına saf su ve diğer tarafına seyreltik elektrolitler içeren bir çözelti yerleştirildiğinde, suyun çözünen maddelerle bölgeye taşındığını fark etti.

Böylece suyun konsantrasyon gradyanı lehine geçişi tarif edilmiş ve osmoz olarak adlandırılmıştır. Terim, Yunanca osmos köklerinden gelir, yani itmek anlamına gelir.

1877'de Wilhelm Pfeller, ozmotik basınç üzerine ilk çalışmaları yaptı. Deneysel tasarımı, gözenekli bir kil kabın yüzeyinde, su moleküllerinin geçişine izin veren bir zara yol açan bir bakır ferrosiyanür "zarı" kullanımını içeriyordu.

Pfeller'in yapay membranları, önemli ozmotik basınçlara dayanacak ve çökmeyecek kadar güçlüydü. Bu araştırmacı, ozmotik basıncın çözünen konsantrasyonla orantılı olduğu sonucuna varmıştır.

İşlem

Suyun bir zardan düşük konsantrasyonlu bir alandan yüksek konsantrasyonlu bir alana hareketine ozmoz denir. Bu süreç, en düşük ozmotik basınca sahip bir alandan en yüksek ozmotik basınca kadar gerçekleşir.

İlk başta, bu ifade kafa karıştırıcı ve hatta çelişkili olabilir. Pasif "yüksekten alta" hareketine alışkınız. Örneğin, ısı, yüksek ila düşük sıcaklıklar arasında olabilir, glikoz, yüksek konsantrasyonlu bölgelerden daha az konsantre alanlara yayılır, vb.

Bahsettiğimiz gibi, ozmoz olgusunu yaşayan su, düşük basınçlardan yüksek basınçlara doğru hareket eder. Bunun nedeni, çözünen maddenin daha az bol olduğu birim hacim başına suyun daha bol olmasıdır.

Yani, ozmoz sırasında su, kendisinin (suyun) daha bol olduğu yerde daha az bol olduğu yere doğru hareket eder. Bu nedenle fenomeni su açısından anlamak gerekir.

Ozmozun, suyun zarlar boyunca hareketini yönettiğini ve çözünen maddelerin hareketini doğrudan etkilemediğini unutmamak önemlidir. Çözünenler yayıldığında, bunu kendi kimyasal konsantrasyonlarının gradyanlarını takip ederek yaparlar. Ozmotik basıncın konsantrasyon gradyanını yalnızca su takip eder.

Ozmotik basınç

Baskılar?

Ozmoz sürecini anlamak söz konusu olduğunda en kafa karıştıran yönlerden biri, basınç kelimesinin kullanılmasıdır. Karışıklığı önlemek için, bir çözeltinin ozmotik basıncı nedeniyle kendi başına bir hidrostatik basınç uygulamadığını açıklığa kavuşturmak önemlidir.

Örneğin, 1 M'lik bir glikoz çözeltisinin ozmotik basıncı 22 atm'dir. Bununla birlikte, çözelti cam şişeleri "patlatmaz" ve saf su ile aynı şekilde saklanabilir çünkü izole edilmiş bir çözelti hidrostatik basınca dönüşmez.

Baskılar terimi yalnızca tarihsel bir kaza nedeniyle kullanılır, çünkü bu fenomeni ilk inceleyen bilim adamları fiziksel ve kimyasaldır.

Böylece ozmotik basınçları farklı olan iki çözelti bir zarla ayrılırsa hidrostatik bir basınç oluşacaktır.

Ozmotik ve hidrostatik basınçlar

Ozmoz süreci, hidrostatik bir basıncın oluşmasına yol açar. Basınç farkı, içine su yayıldıkça daha konsantre çözelti seviyesinde bir artışa neden olur. Su seviyesindeki artış, net su hareket hızı sıfıra eşit olana kadar devam eder.

Bölme II'deki hidrostatik basınç, ozmoz moleküllerin bölme I'den II'ye hareket etmesine neden olduğu hızda, su moleküllerini davranış I'e geri zorlamak için yeterli olduğunda net bir akış elde edilir.

Partiküllerin geri çekilmesine neden olan su basıncına (bölmeler I ila II'den) bölme II'deki çözeltinin ozmotik basıncı denir.

Hücrelerdeki su akışı nasıl kontrol edilir?

Ozmotik fenomen sayesinde su, hücre zarlarından pasif olarak geçebilir. Tarihsel olarak, hayvanların bu maddenin akışını kontrol etmek için aktif bir su taşıma sistemine sahip olmadığı bilinmektedir.

Bununla birlikte, aktif çözünen madde taşıma sistemleri, su hareketinin yönünü uygun bir yönde değiştirebilir. Bu şekilde, aktif çözünen madde taşınması, hayvanların metabolik enerjilerini su nakil yönünü kontrol etmek için kullandıkları bir yoldur.

Niceleme

Suyun ozmoz ile zarları geçme oranının ölçülmesini sağlayan matematiksel formüller vardır. Bunu hesaplamak için denklem aşağıdaki gibidir:

Suyun ozmotik taşıma hızı = K (Π ₁ –Π ₂ / X). Burada Π ₁ ve Π ₂ , membranın her iki tarafındaki çözeltilerin ozmotik basınçlarıdır ve X, onları ayıran mesafedir.

İlişki (Π ₁ –Π ₂ / X) ozmotik basınç gradyanı veya ozmotik gradyan olarak bilinir.

Denklemdeki son terim K, membranın sıcaklığına ve geçirgenliğine bağlı olan orantılılık katsayısıdır.

Difüzyon ile farklılıklar

Yayın nedir?

Difüzyon, çözünmüş veya askıda kalan moleküllerin rastgele termal hareketi ile meydana gelir ve bu, yüksek konsantrasyonlu bölgelerden en düşük seviyeye dağılmasına neden olur. Difüzyon hızı Fick denklemi ile hesaplanabilir.

Moleküllerin rastgele dağılımıyla temsil edilen entropi artışından kaynaklanan ekzergonik bir süreçtir.

Maddenin elektrolitik olması durumunda, konsantrasyonlara ek olarak, iki bölme arasındaki toplam yük farkı dikkate alınmalıdır.

Ozmoz, belirli bir difüzyon vakasıdır

Difüzyon ve ozmoz terimlere zıt değildir, çok daha az birbirini dışlayan kavramlardır.

Su molekülleri, hücre zarlarından hızla geçme yeteneğine sahiptir. Açıkladığımız gibi, düşük çözünen konsantrasyonlu bir bölgeden yüksek konsantrasyonlu bir bölgeye ozmoz adı verilen bir süreçte yayılırlar.

"Su konsantrasyonu" ndan bahsetmek bize garip geliyor ama bu madde diğer maddeler gibi davranıyor. Yani, konsantrasyon gradyanı lehine yayılır.

Bununla birlikte, bazı yazarlar ozmoz ile eşanlamlı olarak "su difüzyonu" terimini kullanırlar. Kelimenin tam anlamıyla biyolojik sistemlere uygulanması yanlış olabilir, çünkü biyolojik zarlardan ozmoz oranının basit bir difüzyon işlemiyle beklenenden daha yüksek olduğu gösterilmiştir.

Bazı biyolojik sistemlerde su, hücre zarından basit difüzyonla geçer. Ancak bazı hücrelerin suyun geçişi için özel kanalları vardır. En önemlileri, membrandan su akış hızını artıran akuaporinler olarak adlandırılır.

Örnekler

Biyolojik sistemler içinde, suyun hücre zarları boyunca hareketi düzinelerce fizyolojik süreci anlamak için çok önemlidir. Bazı örnekler:

Tatlı su balıklarında ozmotik değişim

Hayvanlarda ozmozun rolünün ilginç bir örneği, tatlı sularda yaşayan balıklarda meydana gelen su değişimidir.

Tatlı su kütlelerinde yaşayan hayvanlar, kan plazması ve diğer vücut sıvılarının konsantrasyonu sudan çok daha yüksek bir konsantrasyona sahip olduğundan, vücutlarına yaşadıkları nehirden veya göletten sürekli su alırlar. .

Carassius auratus balık türleri tatlı su ortamlarında yaşar. 100 gramlık bir kütleye sahip olan bir kişi, vücudundaki suyun hareketi sayesinde günde yaklaşık 30 gram su kazanabilir. Balıklar, sürekli olarak fazla sudan kurtulmak için enerji açısından pahalı sistemlere sahiptir.

Sıvıların yeniden emilmesi

Hayvanların gastrointestinal sisteminde, düzgün çalışması için ozmoz olgusunun meydana gelmesi gerekir. Sindirim sistemi, bağırsakları kaplayan hücreler tarafından ozmoz tarafından yeniden emilmesi gereken önemli miktarda sıvı (litre düzeyinde) salgılar.

Bu sistemin çalışmaması durumunda ciddi ishal olayları meydana gelebilir. Bu arızanın uzaması, hastanın dehidrasyonuna neden olabilir.

Bitkilerde turgor

Hücrelerdeki suyun hacmi, hem iç hem de dış çevrenin yoğunluğuna bağlıdır ve akış, difüzyon ve ozmoz fenomeni tarafından yönetilir.

Bir hayvan hücresi (örneğin bir eritrosit) suyun girişini teşvik eden bir ortama yerleştirilirse, patlayabilir. Aksine, bitki hücrelerinin onları ozmotik stresten koruyan bir duvarı vardır.

Aslında odunsu olmayan bitkiler, suyun pasif girişi tarafından oluşturulan bu basınçtan yararlanır. Bu basınç, yapraklar, şişkinlik gibi farklı bitki organlarının korunmasına yardımcı olur. Su hücrelerden dışarı akmaya başlar başlamaz hücre şişkinliğini kaybeder ve solar.

Referanslar

1. Cooper, GM, Hausman, RE ve Hausman, RE (2000). Hücre: moleküler bir yaklaşım. ASM basın.
2. Eckert, R., Randall, R. ve Augustine, G. (1988). Hayvan fizyolojisi: mekanizmalar ve adaptasyonlar. WH Freeman & Co.
3. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. ve Anderson, M. (2004). Hayvan Fizyolojisi. Sinauer Associates.
4. Karp, G. (2009). Hücre ve moleküler biyoloji: kavramlar ve deneyler. John Wiley & Sons.
5. Pollard, TD, Earnshaw, WC, Lippincott-Schwartz, J. ve Johnson, G. (2016). Hücre Biyolojisi E-Kitabı. Elsevier Sağlık Bilimleri.
6. Schmidt-Nielsen, K. (1997). Hayvan fizyolojisi: adaptasyon ve çevre. Cambridge University Press.