Dyfuzja, Przepływ Objętościowy i Osmoza w Roślinach: Definicje i Różnice
- Szczegóły
Czy wiesz, że organizm człowieka składa się z bilionów komórek, a każda stanowi bardzo skomplikowany układ intensywnie współpracujących elementów? Komórki to podstawowe elementy budujące każdy organizm. Ich wielkość i kształt są bardzo zróżnicowane, ponieważ zależą od pełnionych funkcji. Najmniejsze są komórki bakterii, które mają przeciętnie jedną tysięczną milimetra, czyli jeden mikrometr (1 µm) długości. Największe komórki występują u roślin - włókno konopi może osiągać długość 50 cm. Wszystkie komórki składają się z mniejszych elementów.
Komórki roślin, zwierząt, grzybów i bakterii różnią się wielkością, kształtem, wewnętrzną strukturą, ale wykazują wspólny plan budowy. Składniki komórek można podzielić na żywe, do których należą błona komórkowa i cytoplazma wraz z zawieszonymi w niej strukturami, oraz martwe, którymi są ściana komórkowa i wakuola (wodniczka).
Struktura Komórki Roślinnej
Błona komórkowa oddziela komórkę od środowiska. Często nazywa się ją „strażnikiem komórki”, odpowiada bowiem za ochronę jej wnętrza i kontakt z otoczeniem. U roślin, grzybów i bakterii na zewnątrz od błony występuje sztywna, gruba, martwa ściana komórkowa. Można ją porównać z pudełkiem nadającym kształt komórce.
Błona komórkowa otacza cytoplazmę - galaretowatą substancję złożoną z wody oraz rozpuszczonych w niej związków organicznych i nieorganicznych. Cytoplazma stanowi środowisko, w którym zachodzą niezbędne do życia reakcje chemiczne - jest półpłynna, w niej zaś są zawieszone struktury komórkowe.
Błona komórkowa jest tak cienka, że nie widać jej w mikroskopie świetlnym. W jej skład wchodzą białka i tłuszcze (lipidy). Błona jest półprzepuszczalna: pozwala przenikać wodzie i innym drobnocząsteczkowym substancjom, które mieszczą się w jej porach (otworkach), a większe drobiny zatrzymuje. Ich pobieranie może się odbywać zgodnie z potrzebami komórki, ale wymaga to zużycia energii. Błona odbiera i przewodzi bodźce (informacje) z otoczenia.
Przeczytaj także: Przepływ objętościowy i osmoza
Jądro komórkowe można dostrzec w mikroskopie świetlnym. Jest ono najczęściej kulistą strukturą otoczoną przez cytoplazmę. Jądro przechowuje materiał genetyczny, zawierający informacje na temat budowy i funkcjonowania komórki. Dzięki temu kieruje wszystkimi jej czynnościami życiowymi, także podziałem na komórki potomne. Jądro jest otoczone podwójną błoną jądrową z licznymi otworkami umożliwiającymi kontakt cytoplazmy jądrowej z cytoplazmą komórkową. Przenikają przez nie z jądra do cytoplazmy cząsteczki kwasów nukleinowych, które są „instrukcjami działania” wszystkich elementów komórki. Tą samą drogą z cytoplazmy do jądra komórkowego przedostają się potrzebne tam substancje.
Mitochondria są niewidoczne w mikroskopie świetlnym. Otacza je podwójna błona białkowo‑lipidowa: zewnętrzna jest gładka, wewnętrzna - pofałdowana i tworzy liczne, blaszkowate wypustki zwane grzebieniami. Na powierzchni błony wewnętrznej zachodzi proces oddychania komórkowego. Polega on na uwalnianiu energii zgromadzonej w związkach organicznych. Im więcej jest grzebieni w mitochondrium, tym intensywniej zachodzi proces oddychania. Największe skupiska mitochondriów występują w komórkach mięśni szkieletowych oraz komórkach nerwowych i wydzielniczych. Mniej mitochondriów jest na przykład w komórkach skóry.
Chloroplasty, są dobrze widoczne w komórkach roślinnych oglądanych pod mikroskopem. Zawierają zielony barwnik - chlorofil, który ma zdolność pochłaniania energii świetlnej. W chloroplastach zachodzi proces fotosyntezy. Są to błony siateczki śródplazmatycznej, które dzielą wnętrze komórki na mniejsze przestrzenie i umożliwiają jednoczesne zachodzenie różnych procesów oraz transport substancji między poszczególnymi elementami komórki. Na powierzchni niektórych błon siateczki znajdują się grudkowate ciałka - rybosomy. Uczestniczą one w syntezie białek.
Inna błoniasta struktura zawieszona w cytoplazmie to aparat Golgiego. Jest on zbudowany z kilku rodzajów pęcherzyków: dużych, spłaszczonych, ułożonych równolegle do siebie oraz odrywających się od nich pęcherzyków drobnych, kulistych. Aparat Golgiego bierze udział w syntezie i modyfikacji niektórych związków organicznych, gromadzi również białka i inne substancje.
Nieożywione Elementy Komórki
Komórki roślinne oraz komórki grzybów i bakterii okryte są nie tylko błoną komórkową. Mają dodatkowo sztywną, martwą ścianę komórkową. Podstawowym budulcem ściany jest nierozpuszczalny w wodzie cukier - celuloza (lub chityna u większości grzybów). W młodych komórkach ściana jest cienka i elastyczna (żeby nie ograniczać wzrostu komórek), z wiekiem staje się jednak grubsza. Ściana komórkowa wzmacnia ochronę przed wnikaniem drobnoustrojów, zabezpiecza komórkę przed uszkodzeniem, nadaje jej kształt.
Przeczytaj także: Zastosowanie wężyków do filtra osmozy
Wakuole występują głównie w komórkach roślin i grzybów, które zapewniają komórkom jędrność. Są to otoczone pojedynczą, żywą błoną pęcherzyki wypełnione sokiem komórkowym. Dodatkowo zawierają substancje zbędne oraz wydzieliny gromadzone okresowo i wykorzystywane w miarę zapotrzebowania. U zwierząt wakuole występują wyjątkowo, tylko w komórkach tkanki tłuszczowej i służą do gromadzenia jego zapasów. W młodych komórkach roślinnych wakuoli jest wiele.
Transport Substancji w Komórce
Cząsteczki są w ciągłym ruchu. Można to zaobserwować, dodając do wody kroplę soku malinowego. Kropla soku „rozmywa się” w wodzie. Zabarwione cząsteczki soku mieszają się samorzutnie z cząsteczkami wody. Przemieszczają się z miejsca, gdzie jest ich więcej, do miejsc, gdzie jest ich mniej. Jednocześnie cząsteczki wody wnikają między cząsteczki soku. W końcu wszystkie drobiny są ze sobą wymieszane. Zjawisko samorzutnego mieszania się cząsteczek nosi nazwę dyfuzji. Zachodzi ona tym szybciej, im wyższa jest temperatura. Tlen i dwutlenek węgla wnikają do komórek w wyniku dyfuzji. Dwutlenek węgla jest wytwarzany w komórce prowadzącej oddychanie, dlatego jego stężenie jest w niej większe niż na zewnątrz. Jednocześnie komórka zużywa tlen, dlatego jest go w niej mniej niż na zewnątrz. Z tego powodu tlen samorzutnie wnika do komórki, a dwutlenek węgla ją opuszcza.
Szczególną formą dyfuzji jest osmoza. Polega ona na przenikaniu cząsteczek wody (lub innych rozpuszczalników) przez błonę półprzepuszczalną. Taka błona przepuszcza jedynie substancje o drobnych cząsteczkach, a zatrzymuje wieksze drobiny. Przykładem błony półprzepuszczalnej jest błona komórkowa. Woda przemieszcza się przez nią samorzutnie. Osmoza to naturalny proces fizyczny zachodzący w przyrodzie, podczas którego rozpuszczalnik (zazwyczaj woda) przemieszcza się przez półprzepuszczalną błonę. Transport cząsteczek następuje zawsze z obszaru o niższym stężeniu do obszaru o wyższym stężeniu substancji rozpuszczonej. To niezwykle ważne zjawisko dla życia organizmów.
Jeżeli mamy dwa roztwory cukru: 1% i 10%, to pierwszy z nich zawiera dużo cząsteczek wody i mało cząsteczek cukru. Drugi natomiast w tej samej objętości zawiera 10 razy więcej cząsteczek cukru, ale mniej cząsteczek wody niż roztwór jednoprocentowy. Jeśli oba roztwory zostaną przedzielone błoną półprzepuszczalną, to po pewnym czasie więcej wody napłynie do roztworu dziesięcioprocentowego. Obserwator może mieć wrażenie, że przepływ wody przez błonę półprzepuszczalną odbywa się w jednym kierunku - z roztworu jednoprocentowego do roztworu dziesięcioprocentowego. W rzeczywistości woda będzie przenikać w obie strony, ale jej napływ do roztworu o wyższym stężeniu będzie większy. Osmotyczny napływ wody będzie trwał aż do wyrównania się stężeń po obu stronach błony półprzepuszczalnej.
Dyfuzja w roztworach rozpoczyna się od różnicy stężeń po obu stronach błony. Cząsteczki rozpuszczalnika przemieszczają się w sposób chaotyczny i spontaniczny. Siłą napędową procesu jest różnica potencjałów chemicznych. Cząsteczki zderzają się z błoną i przechodzą przez jej pory. Cały proces osmotyczny zachodzi samorzutnie i nie wymaga dodatkowej energii. Jest to jeden z najważniejszych mechanizmów transportu w naturze.
Przeczytaj także: Analiza dzbanków filtrujących wodę z RO
Transport osmotyczny zależy od typu roztworów uczestniczących w procesie. Różnica stężeń między roztworami determinuje kierunek przepływu cząsteczek. Roztwór hipotoniczny zawiera mniej substancji rozpuszczonej niż otoczenie. Roztwór hipertoniczny ma wyższe stężenie substancji rozpuszczonej. Roztwór izotoniczny posiada takie samo stężenie jak otoczenie.
Osmoza w przyrodzie znajduje szerokie zastosowanie w naszym codziennym życiu. Wykorzystujemy ją w procesach oczyszczania wody pitnej, gdzie membrany osmotyczne usuwają zanieczyszczenia. W medycynie zjawisko osmozy jest wykorzystywane w dializie nerek. Umożliwia oczyszczanie krwi z toksyn metabolicznych. Przemysł spożywczy wykorzystuje proces osmotyczny do konserwacji żywności. Wysokie stężenie soli lub cukru pomaga zachować świeżość produktów. W organizmach żywych transport osmotyczny reguluje gospodarkę wodną. Jest niezbędny do prawidłowego funkcjonowania każdej komórki.
tags: #dyfuzja #przepływ #objętościowy #osmoza #rośliny #definicje
