Τι είναι η όσμωση;

Εξ ορισμού, όσμωση είναι η κίνηση οποιουδήποτε διαλύτη μέσω μιας επιλεκτικά διαπερατής μεμβράνης σε μια περιοχή υψηλότερης συγκέντρωσης διαλυμένης ουσίας, το αποτέλεσμα της οποίας θα είναι η εξίσωση της συγκέντρωσης της διαλυμένης ουσίας και στις δύο πλευρές της μεμβράνης.

Υπάρχουν πολλές φορές στη ζωή που έχετε ακούσει κάποιον να κηρύττει για τη σημασία της ισορροπίας. Ως γενική ιδέα, η διατήρηση της ισορροπίας των πραγμάτων προωθείται ευρέως ως ο καλύτερος τρόπος για να αυξήσετε την υγεία, την ευτυχία και τη στάση σας.

Μπορεί να φαίνεται σαν μια αφηρημένη έννοια, αλλά υπάρχει σε πάρα πολλά σημεία της καθημερινότητάς μας, που κυμαίνονται από την ισορροπία των τροφών που τρώμε και τον χρόνο που περνάμε στο γραφείο έναντι του σπιτιού, μέχρι τις πολιτικές πεποιθήσεις που έχουμε και τις ικανότητές μας να στέκεστε όρθια ενώ περπατάτε στο δρόμο.

Είτε σας αρέσει είτε όχι, η εύρεση ισορροπίας είναι ένα σημαντικό στοιχείο επιβίωσης.

Όπως συναντάμε τόσο συχνά σε αυτό το όμορφο σύμπαν μας, ο μικρόκοσμος αντανακλά τον μακρόκοσμο και η ισορροπία είναι εξίσου σημαντική σε κυτταρικό επίπεδο όσο και στην καθημερινή μας ζωή.

Όσον αφορά το μικροσκοπικό επίπεδο, ωστόσο, η εύρεση ισορροπίας έχει να κάνει σε μεγάλο βαθμό με τις διαλυμένες ουσίες και τους διαλύτες, τις συγκεντρώσεις υλικών μέσα και έξω από τα κύτταρα, που καθορίζουν την ποσότητα νερού που χρειάζεται να μετακινηθεί μέσα ή έξω από τα κύτταρα. Η επίτευξη αυτής της σωστής, υγιούς ισορροπίας απαιτεί μια παθητική, αέναη διαδικασία, από την οποία εξαρτώνται όλα τα ζωντανά κύτταρα – η όσμωση!

Τι είναι η Όσμωση;

Εξ ορισμού, όσμωση είναι η κίνηση οποιουδήποτε διαλύτη μέσω μιας επιλεκτικά διαπερατής μεμβράνης σε μια περιοχή υψηλότερης διαλυμένης ουσίας συγκέντρωση, το αποτέλεσμα της οποίας θα είναι η εξίσωση της συγκέντρωσης της διαλυμένης ουσίας και στις δύο πλευρές της μεμβράνης.

Αυτή η ισορροπία είναι σημαντική για την αποτελεσματική και βελτιστοποιημένη λειτουργία των κυττάρων. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η ισορροπία είναι η προτιμώμενη κατάσταση σε ένα φυσικό περιβάλλον.

(Φωτογραφία:LadyofHats/Wikimedia Commons)

Ενώ οποιοσδήποτε διαλύτης μπορεί να υποβληθεί στη διαδικασία της όσμωσης, συμπεριλαμβανομένων των υπερκρίσιμων υγρών και ορισμένων αερίων, η πλειοψηφία των συζητήσεων γύρω από την όσμωση σχετίζεται με την κίνηση του νερού στα κύτταρα. Η ρύθμιση της κίνησης του νερού σε ολόκληρο το σώμα μας γίνεται μέσω του χειρισμού των συγκεντρώσεων των διαλυμένων ουσιών και της όσμωσης. Η απορρόφηση ή η διάχυση του νερού βοηθά στην ασυνείδητη παροχή σταθερότητας και λειτουργικότητας σε κάθε κύτταρο, ιστό και όργανο του σώματός μας.

Τρεις τύποι ωσμωτικών διαλυμάτων

Υπάρχουν τρεις τύποι διαλυμάτων – ισοτονικά, υπερτονικά και υποτονικά διαλύματα – στην οποία η όσμωση παίζει βασικό ρόλο και συμβαίνει διαφορετικά· Η κατανόηση αυτών των βασικών παραδειγμάτων είναι απαραίτητη πριν μάθουμε για τις δροσερές και πιο σύνθετες λεπτομέρειες της όσμωσης, καθώς και για τη σημασία της σε τόσες πολλές πτυχές της επιβίωσής μας.

Ισοτονικό διάλυμα

Εάν τοποθετήσετε ένα κύτταρο σε ένα ισοτονικό διάλυμα (σε σχέση με το κύτταρο), η συγκέντρωση των διαλυμένων ουσιών είναι ομοιόμορφη, που σημαίνει ότι το νερό μπορεί να μετακινηθεί μέσα και έξω από το κύτταρο με ίσο ρυθμό. Θα συμβεί όσμωση, αλλά με ισορροπημένο ρυθμό, που σημαίνει ότι το κύτταρο δεν θα διογκωθεί ή δεν θα συρρικνωθεί. Για παράδειγμα, εάν τόσο ο διαλύτης σας όσο και το κυτταρόπλασμα του κυττάρου σας αποτελούνται από 75% νερό και 25% αλάτι, οι συγκεντρώσεις είναι ίσες και δεν υπάρχει καθαρή κίνηση νερού στην επιλεκτικά διαπερατή μεμβράνη.

Υποτονικό διάλυμα

Εάν τοποθετήσετε ένα κύτταρο σε ένα υποτονικό διάλυμα (σε σχέση με το κύτταρο), το νερό θα ρέει μέσα στο κελί προκειμένου να εξισωθεί η συγκέντρωση του διαλύτη. Το καλύτερο παράδειγμα αυτής της κατάστασης είναι ο τρόπος που κλαδεύουν τα δάχτυλά σας αφού πάτε για κολύμπι. Η συγκέντρωση των αλάτων και άλλων διαλυτών στα κύτταρα του δέρματός σας είναι υψηλότερη από το νερό της λίμνης ή της πισίνας, επομένως το νερό κινείται σε αυτά τα κύτταρα, προκαλώντας πρήξιμο και ζάρες. Φανταστείτε ότι τοποθετείτε ένα κελί με 60% νερό και 40% αλάτι σε ένα διάλυμα με 80% νερό και 20% αλάτι. Το νερό θα έρεε από το διάλυμα μέσα στο κελί μέχρι να επιτευχθεί ισορροπία 70% νερού και 30% αλατιού. Σε ακραίες περιπτώσεις μέσα σε ένα κύτταρο, όταν προσλαμβάνεται πολύ νερό, μπορεί να προκαλέσει διόγκωση και λύση (έκρηξη) του κυττάρου, προκαλώντας κυτταρικό θάνατο.

Υπερτονικό διάλυμα

Όταν ένα κύτταρο τοποθετείται σε ένα υπερτονικό διάλυμα (σε σχέση με το κύτταρο), θα υπάρχει μεγαλύτερη συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας έξω από το κύτταρο, έτσι το νερό θα διαχέεται μακριά από το κύτταρο, προς το υπερτονικό διάλυμα, προκειμένου να εξισορροπηθεί η συγκεντρώσεις διαλυτών. Ουσιαστικά, το κύτταρο θα αναρροφηθεί στεγνό και θα γίνει χαλαρό, για να αντισταθμιστεί η περίσσεια διαλυμένης ουσίας έξω από τη μεμβράνη. Σε ακραίες περιπτώσεις, το κύτταρο συρρικνώνεται αρκετά ώστε η κυτταρική μεμβράνη να αποσπαστεί από το κυτταρικό τοίχωμα και να πλασμολυθεί. Χωρίς νερό για να κινήσει τα διάφορα μόρια στο κύτταρο, θα πεθάνει.

Πρακτική σημασία της όσμωσης

Τώρα που καταλαβαίνετε τις βασικές διαδικασίες της όσμωσης και ποιες διαφορετικές συνθήκες θα προκαλέσουν την όσμωση, θα μπορείτε να δείτε την αξία αυτής της διαδικασίας σε τόσους πολλούς τομείς για κάθε μορφή ζωής.

Για φυτά , η όσμωση είναι υπεύθυνη για τη μετακίνηση του νερού στο ριζικό σύστημα, που επιτρέπει στο φυτό να αναπτυχθεί και να επιβιώσει. Οι τρίχες της ρίζας των φυτών είναι το σημείο κλειδί όπου τα μέταλλα και το νερό λαμβάνονται στον οργανισμό. Η συγκέντρωση των μορίων του νερού είναι μικρότερη στις τρίχες της ρίζας από ό,τι στο έδαφος (υπερτονικό διάλυμα), έτσι το νερό κινείται στα κύτταρα των τριχών της ρίζας. Η όσμωση συνεχίζεται μέσω πολλών στρωμάτων κυττάρων (κίνηση από κύτταρο σε κύτταρο) έως ότου αυτό το νερό φτάσει στους σωλήνες ξυλώματος - ισοδύναμο με τις ανθρώπινες φλέβες.

Σε μια σχετική σημείωση, όταν το νερό λαμβάνεται στα κύτταρα των φυτών, η πίεση που προκαλείται από αυτή την οσμωτική κίνηση ονομάζεται στρογγυλότητα. Όταν επιτευχθεί ισορροπία, αυτά τα φυτικά κύτταρα θα πρέπει να είναι γεμάτα νερό, καθώς και σταθερά και θολά. Αυτό αποτρέπει το μαρασμό των φύλλων, επιτρέποντάς τους να αυξήσουν την επιφάνειά τους για δέσμευση του ηλιακού φωτός. Η όσμωση βοηθά επίσης στην προστασία των φυτών από ζημιές από ξηρασία και παγετό, καθώς και στη ρύθμιση του ανοίγματος και του κλεισίματος των στομάτων.

Για ζώα (ανθρώπους) , μερικές από τις βασικές οσμωτικές λειτουργίες σχετίζονται με την ισορροπία της περιεκτικότητας σε νερό στο αίμα έναντι των γύρω ιστών. Ομοίως, στους νεφρούς, η όσμωση ελέγχει την ποσότητα των αποβλήτων που συσσωρεύονται αυξάνοντας τη ροή υγρού σε αυτό το όργανο. Όταν η συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας είναι υψηλότερη στα νεφρικά κύτταρα (υπερτονικό διάλυμα), το νερό έλκεται από την κυκλοφορία του αίματος του σώματος στα νεφρά (νεφρώνες), κάτι που τελικά θα διεγείρει την ανάγκη ούρησης σε ένα άτομο/ζώο, εξαλείφοντας έτσι αυτά τα ανεπιθύμητα απόβλητα.

Μια τελευταία λέξη

Όπου υπάρχει νερό στο σώμα, το οποίο είναι ουσιαστικά παντού, θα συμβαίνει όσμωση. Η διατήρηση της ισορροπίας συγκέντρωσης διαλυτών και διαλυμένων ουσιών είναι μια εργασία πλήρους απασχόλησης, πλήρους απασχόλησης. Η πλήρης έκταση της οσμωτικής συμπεριφοράς στο σώμα ξεφεύγει από το πεδίο εφαρμογής αυτού του άρθρου, αλλά αρκεί να πούμε ότι χωρίς την όσμωση, η ζωή όπως την ξέρουμε δεν θα ήταν σχεδόν δυνατή!