Osmoza: Ruch Rozpuszczalnika wbrew Gradientowi Potencjałów
- Szczegóły
Błona biologiczna jest otoczką rozdzielającą odrębne przedziały w komórkach, będąc podstawową strukturą budującą komórki wszystkich organizmów. Są to zarówno błony komórkowe, jak i błony organelli wewnętrznych, których ogólna budowa we wszystkich organizmach jest taka sama. Błony biologiczne składają się zawsze z dwóch komponentów: fosfolipidów (do których należą fosfolipidy, glikolipidy i steroidy; tworzących zrąb lipidowy) oraz białek.
Modele Budowy Błony Komórkowej
Na przestrzeni lat powstało kilka teorii budowy błony komórkowej:
- Model trójwarstwowej błony (1935, Dowson i Danielli): Błony komórkowe zbudowane są symetrycznie z podwójnej warstwy lipidowej pokrytej po obu stronach warstwą białek, wyposażającą błonę w pewien stopień elastyczności i odporności mechanicznej oraz nadającą jej niskie napięcie powierzchniowe. Drobiny lipidowe są zorientowane równolegle do siebie i pod kątem prostym do płaszczyzny błony (niepolarne końce cząsteczek lipidów są kierowane do siebie, a polarne skierowane są na powierzchnię błony).
- Model płynnej mozaiki (1972, Singer i Nicolson): "W morzu lipidów pływają góry lodowe białek..." - w modelu tym błony biologiczne są dwuwymiarowymi roztworami przestrzennie zorientowanych lipidów i sferycznych białek. Białka nie tworzą warstwy na powierzchni lipidów, lecz pływają zanurzone w dwuwarstwie lipidowej. Dwuwarstwa jest rozpuszczalnikiem dla białek błonowych i stanowi barierę przepuszczalności. Błona taka jest asymetryczna, płynna i dynamiczna.
Składniki Błony Komórkowej
Do głównych składników błony komórkowej należą:
- Fosfolipidy - związki polarne (hydrofilowe "główki" skierowane na zewnątrz błony oraz hydrofobowy "ogon" skierowany do wnętrza). Cząsteczki fosfolipidów mają w przybliżeniu jednakową szerokość, co sprzyja układaniu się ich w podwójne warstwy cylindrycznych struktur. Fosfolipidy łatwo przemieszczają się w obrębie jednej warstwy lipidowej błony (dyfuzja boczna).
- Glikolipidy - zlokalizowane w zewnętrznej warstwie błony; zawierają glicerol lub sfingozynę oraz kwasy tłuszczowe oraz składnik cukrowy (galaktoza lub laktoza). Domeny polarne glikolipidów wystają ponad powierzchnię błony komórkowej, prezentując swoje grupy polarne do środowiska. Warstwa glikolipidów pokrywa większość komórek zwierzęcych tworząc tzw. glikokaliks.
- Białka - biorą czynny udział w procesach takich jak transport, aktywność enzymatyczna, przyczep komórek i komunikacja międzykomórkowa. Białka integralne są na trwałe wbudowane w dwuwarstwę.
Właściwości Błon Biologicznych
Błony biologiczne charakteryzują się następującymi właściwościami:
- Asymetria: W błonie komórkowej obserwuje się asymetrię dwuwarstwy lipidowej (zewnętrznej E i cytoplazmatycznej P), różny skład fosfolipidów i asymetryczne rozmieszczenie cholesterolu.
- Dynamiczność: Ruchy białek i lipidów.
- Półprzepuszczalność: Błony są w stanie przepuszczać niektóre rodzaje cząsteczek a zatrzymywać inne; w szczególności woda przechodzi przez błonę swobodnie, a wybiórczo substancje w niej zawarte. Przepuszczalność błony dla danej substancji zależy od rozmiaru i ładunku jej cząsteczki.
Transport przez Błony
Sposób transportu cząstki z i do komórki lub organellum zależy od jej rozmiaru i właściwości:
Przeczytaj także: Zastosowanie wężyków do filtra osmozy
- Dyfuzja ułatwiona: Niektóre cząsteczki, np. glukoza, potrzebują nośników białkowych, co zwiększa tempo ich przedostawania się przez błony. Ruch cząsteczek odbywa się tylko w kierunku zgodnym ze spadkiem gradientu stężenia.
- Transport aktywny: Niezbędny do zachowania wewnątrzkomórkowego składu jonowego komórek i do wprowadzania cząsteczek, których stężenie na zewnątrz jest mniejsze niż w komórce. Transportowanie cząsteczek wbrew gradientowi stężeń z udziałem nośników białkowych i nakładzie energii (często z ATP), np. transport jonów Na+ i K+ za pomocą mechanizmu pompy jonowej: sodowo - potasowej.
- Endocytoza: Pobranie do wnętrza komórki cząstek poprzez wytworzenie z błony komórkowej wodniczki, która oderwawszy się od plazmalemmy przeniesie pobraną cząstkę do cytoplazmy.
- Egzocytoza (cytopempsja): Proces przeciwstawny do endocytozy; to proces uwalniania metabolitów powstających wewnątrz komórki (np. hormonów czy enzymów), a także produktów ubocznych metabolizmu do przestrzeni pozakomórkowej.
Osmoza
Osmoza to ruch rozpuszczalnika przez błonę półprzepuszczalną z obszaru o wyższym potencjale wody do obszaru o niższym potencjale wody. Potencjał wody jest miarą energii swobodnej wody na jednostkę objętości. W roztworach potencjał wody jest obniżony przez obecność rozpuszczonych substancji. Dlatego w osmozie woda przemieszcza się z roztworu o niższym stężeniu substancji rozpuszczonych do roztworu o wyższym stężeniu substancji rozpuszczonych, czyli wbrew gradientowi stężeń substancji rozpuszczonych.
Osmoza jest procesem pasywnym, co oznacza, że nie wymaga nakładu energii. Jest napędzana różnicą potencjałów wody między dwoma obszarami. Błona półprzepuszczalna umożliwia swobodny przepływ wody, ale ogranicza przepływ substancji rozpuszczonych, co prowadzi do ruchu wody w celu wyrównania potencjałów wody po obu stronach błony.
Zjawisko osmozy ma kluczowe znaczenie dla wielu procesów biologicznych, takich jak:
- Utrzymywanie turgoru komórek roślinnych.
- Regulacja objętości komórek zwierzęcych.
- Transport wody w organizmach.
Przeczytaj także: Analiza dzbanków filtrujących wodę z RO
Przeczytaj także: Vontron w Akwarystyce: Opinie Użytkowników
tags: #osmoza #ruch #rozpuszczalnika #wbrew #gradientowi #potencjałów
