R1OLBFpQNsMAM1

Na schemacie zilustrowana jest osmoza – dyfuzja wody przez błonę półprzepuszczalną. Błona półprzepuszczalna to membrana biologiczna lub syntetyczna, przepuszczalna dla niewielkich cząsteczek rozpuszczalnika (wody) i nieprzepuszczalna dla większych cząsteczek lub jonów substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku. Jest ona zobrazowana na ilustracji jako pionowa, przerywana linia. Po jej lewej stronie znajdują się niewielkie cząsteczki w postaci połączonych ze sobą okręgów – jeden, większy, czerwony z literą O oraz dwa białe, mniejsze z literą H. Przez przerywaną linię prowadzą poziome strzałki skierowane w prawą stronę. Po prawej stronie przerywanej linii znajdują się niewielkie cząsteczki w postaci połączonych ze sobą okręgów – jeden, większy, czerwony z literą O oraz dwa białe, mniejsze z literą H, a także duże, pojedyncze, szare cząsteczki w postaci okręgów z napisem Na indeks górny plus.

Osmoza to szczególny rodzaj dyfuzjidyfuzjadyfuzji, polegający na samorzutnym przenikaniu cząsteczek wody przez błonę półprzepuszczalnąbłona półprzepuszczalnabłonę półprzepuszczalną. W układzie osmotycznym, w którym błona półprzepuszczalna rozdziela dwa rozwory wodne różniące się stężeniem substancji rozpuszczonej, przemieszczanie się wody następuje zgodnie z gradientem stężenia wody. Oznacza to, że woda przenika z miejsca o dużym stężeniu wody do miejsca o małym stężeniu wody. Roztwór wodny wykazujący duże stężenie wody ma jednocześnie małe stężenie substancji rozpuszczonej i nazywany jest roztworem hipotonicznym. Natomiast roztwór wodny wykazujący małe stężenie wody ma jednocześnie duże stężenie substancji rozpuszczonej i nazywany jest roztworem hipertonicznym. Zatem woda przepływa z roztworu hipotonicznego do roztworu hipertonicznego.

Miarą zdolności cząsteczek wody do przenikania przez błonę półprzepuszczalną jest potencjał wody. Symbolem potencjału wody jest grecka litera psi – Ψpsi, a jednostką paskal – Pa. Potencjał czystej wody w warunkach normalnego ciśnienia atmosferycznego (o wartości 1013 hPa) i temperatury 25°C wynosi zero. Potencjał wody w roztworze jest niższy od potencjału czystej wody, czyli przyjmuje wartości poniżej zera (wartości ujemne). Dzieje się tak dlatego, że w roztworze obecne są substancje osmotycznie czynnesubstancje osmotycznie czynnesubstancje osmotycznie czynne, które powodują obniżenie potencjału wody. Roztwory wodne różniące się stężeniem rozpuszczonej substancji będą różniły się także potencjałem wody:

1. Roztwór o niskim stężeniu substancji rozpuszczonej ma wyższy potencjał wody (wartość mniej ujemną).

2. Roztwór o wyższym stężeniu substancji rozpuszczonej ma niższy potencjał wody (wartość bardziej ujemną).

Komórka roślinna stanowi układ osmotyczny, w którym roztwór wewnątrzkomórkowy – czyli silnie uwodniony cytozolcytozolcytozol i sok wakuolarnysok wakuolarnysok wakuolarny – jest oddzielony selektywnie przepuszczalną błoną komórkową od roztworu zewnątrzkomórkowego. Dla pojedynczej komórki roślinnej roztworem zewnątrzkomórkowym może być:

• roztwór glebowy – jeśli komórka styka się z glebą, np. komórka ryzodermyryzodermaryzodermy;

• roztwór obecny w przestrzeniach międzykomórkowych – jeśli dana komórka współtworzy tkankę;

• protoplastprotoplastprotoplast innej komórki – jeśli dana komórka sąsiaduje z drugą komórką roślinną.

Na potencjał wody w komórce roślinnej mają wpływ substancje osmotycznie czynne znajdujące się w cytozolu i soku wakuolarnym, takie jak: jony nieorganiczne, monosacharydy, oligosacharydy, kwasy organiczne i aminokwasy. Rozpuszczenie tych substancji powoduje obniżenie potencjału wody w komórce.

Potencjał wody jest miarą zdolności komórki do pobierania lub oddawania wody na drodze osmozy. Wartość potencjału wody w komórce roślinnej zależy od potencjału osmotycznego i potencjału ciśnienia turgorowego. Zależność tę opisuje równanie:

gdzie:
ΨpsiIndeks dolny w_w to potencjał wody
ΨpsiIndeks dolny s_s to potencjał osmotyczny
ΨpsiIndeks dolny p_p to potencjał ciśnienia turgorowego

Obecność substancji osmotycznie czynnych w roztworze wewnątrzkomórkowym powoduje powstanie tzw. ciśnienia osmotycznego, czyli siły, z jaką cząsteczki rozpuszczonych substancji przyciągają wodę przez błonę komórkową. Wartość ciśnienia osmotycznego zależy od stężenia roztworu – im wyższe stężenie roztworu wewnątrzkomórkowego, tym większe ciśnienie osmotyczne, czyli siła, z jaką komórka pobiera wodę ze środowiska. Zdolność cząsteczek wody do przenikania przez selektywnie przepuszczalną błonę komórkową nazywa się potencjałem osmotycznym. Potencjał osmotyczny jest w rzeczywistości potencjałem wody w roztworze i dlatego przyjmuje wartość ujemną.

Osmotyczny napływ wody do wnętrza komórki roślinnej sprawia, że roztwór wewnątrzkomórkowy zwiększa swoją objętość. W efekcie protoplast komórki naciska na ścianę komórkową, wywierając tzw. ciśnienie turgorowe. Początkowo elastyczna ściana komórkowa ulega rozciągnięciu, jednak z czasem pojawiające się napięcia i mechaniczna wytrzymałość powodują, że ściana komórkowa wywiera nacisk na protoplast komórki, przeciwdziałając osmotycznemu napływowi wody. Stan napięcia ściany komórkowej nazywa się turgoremturgorturgorem, a nacisk, jaki napięta ściana wywiera na protoplast komórki, to potencjał ciśnienia turgorowego. Potencjał ciśnienia turgorowego przyjmuje:

• wartość dodatnią – dla komórek w pełni uwodnionych, nasyconych wodą;

• wartość zerową – dla komórek odwodnionych, splazmolizowanych;

• wartość ujemną – dla komórek przewodzących wodę w drewnie (ksylemiedrewno (ksylem)ksylemie).

Potencjał wody w komórkach roślinnych jest na ogół mniejszy od 0 i przyjmuje wartości ujemne, np. w stosunkowo dobrze uwodnionych komórkach waha się od −0,1 do −1,0 MPa. Wyjątek stanowią komórki w stanie pełnego turgoru, których potencjał wody wynosi 0 MPa. Wartość potencjału wody w komórce roślinnej nie jest wartością stałą.

Słownik