БІОФІЗИКА РОСЛИН - Ю. І. Посудін - 2004

І. ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ РОСЛИННИХ КЛІТИН ТА ТКАНИН

2. МОЛЕКУЛЯРНІ ПРОЦЕСИ В КЛІТИНАХ

2.3. ОСМОС

Осмос - це дифузія речовини (звичайно розчинника) через напівпроникну мембрану, що розділяє розчин та чистий розчинник. Перенос молекул розчинника обумовлений осмотичним тиском. Вирівнювання концентрацій по обидва боки мембрани, яка пропускає малі молекули розчинника, але заважає проходженню великих молекул розчиненої речовини, можливе лише при однобічній дифузії розчинника. Саме тому осмос завжди відбувається у напрямку від чистого розчинника до розчину (або від розведеного розчину до концентрованого).

Якщо занурити розчин, відділений від зовнішнього простору мембраною, у чистий розчинник (рис. 2.3) при однаковому гідростатичному тиску, відбудеться сумарна дифузія розчинника у розчин. Дифузія припиниться, коли буде досягнутий певний осмотичний тиск у розчині. Осмотичний тиск можна виміряти - він дорівнює тому надлишковому тиску, який потрібно прикласти з боку розчину, щоб припинити осмос. Біологічні рідини являють собою розведені водні розчини, в яких Вода займає до 95 % об'єму; отже, осмотичні потоки через біологічні мембрани викликають водні потоки з областей високої концентрації води (розведені розчини) в області низької концентрації води (більш концентровані розчини). У вакуолях рослинних клітин містяться розчини солей, цукри, органічні кислоти та амінокислоти. Внаслідок цього клітини постійно осмотично поглинають воду та утворюють внутрішній гідростатичний тиск, який називають тургорним. Цей тиск направлений на клітинну оболонку і робить її пружною. Одночасно Клітинна оболонка протидіє осмотичному тиску; ця дія клітинної оболонки на цитоплазму характеризується осмотичним потенціалом. Коли встановлюється динамічна рівновага, надходження води у клітину припиняється. Осмотична концентрація вакуолярного соку в клітинах кореня становить 0,3-1,2 МПа, тоді як у клітинах надземної частини рослини 1,0-2,6 МПа [Мусієнко, 2001]. Саме завдяки цьому вертикальному градієнту осмотичної концентрації сік досягає верхівки рослини.

Рис. 2.3. Сумарна дифузія розчинника у розчин через напівпроникну мембрану: а - початковий стан; б - кінцевий стан; 1 - розчин; 2 - мембрана; 3 - вода; Ар - надлишковий тиск.

Таким чином, осмотичний тиск - це тиск розчину на напівпроникну мембрану, яка відокремлює його від розчинника або від розчину з меншою концентрацією. Осмос і дифузні мають схожі, але й відмінні риси. Обидва процеси проходять спонтанно, у напрямку від більших концентрацій до менших внаслідок випадкового руху молекул і залежать від температури. У той же час осмос відрізняється тим, що з ним пов'язане зміщення об'єму речовини, тоді як дифузні відбувається у тому ж самому об'ємі.

Осмотичний тиск визначається виразом, який називається рівнянням Вант-Гоффа:

де R - універсальна газова стала (R = 8,31 Дж·моль^-1К^-1), Т - абсолютна Температура, С_А - молярна концентрація розчиненої речовини.

Наприклад, якщо молярна концентрації! розчиненої речовини дорівнює 450 моль·м³ при температурі 300 К, то осмотичний тиск згідно з рівнянням Вант-Гоффа становить р_осм — 1,12 МПа, тобто перевищує атмосферний тиск майже на порядок.

Таким чином, осмотичний тиск у рослині - один із найважливіших факторів, який впливає на розподіл води і розчинених речовин у рослинних тканинах.

Контрольні запитання

1. Назвати функції біологічних мембран.

2. Що називають ліпідним бішаром?

3. Поясніть суть рідинно-мозаїчної моделі мембрани.

4. Що таке дифузія?

5. Від чого залежить коефіцієнт дифузії?

6. Яка рушійна сила обумовлює дифузію молекул у клітину або з клітини?

7. Від чого залежить коефіцієнт проникності мембрани?

8. Що називають осмосом?

9. Записати рівняння Вант-Гоффа.