Przeczytaj
Osmoza
Osmoza to szczególny rodzaj dyfuzjidyfuzji, polegający na samorzutnym przenikaniu cząsteczek wody przez błonę półprzepuszczalnąbłonę 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.
Osmoza a potencjał wody
Miarą zdolności cząsteczek wody do przenikania przez błonę półprzepuszczalną jest potencjał wody. Symbolem potencjału wody jest grecka litera psi – psi, 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 czynne, które powodują obniżenie potencjału wody. Roztwory wodne różniące się stężeniem rozpuszczonej substancji będą różniły się także potencjałem wody:
Roztwór o niskim stężeniu substancji rozpuszczonej ma wyższy potencjał wody (wartość mniej ujemną).
Roztwór o wyższym stężeniu substancji rozpuszczonej ma niższy potencjał wody (wartość bardziej ujemną).
Przepływ wody przez błonę półprzepuszczalną zawsze odbywa się zgodnie z gradientem potencjału wody, czyli z miejsca o wyższym potencjale wody do miejsca o niższym potencjale wody.
Komórka roślinna jako układ osmotyczny
Komórka roślinna stanowi układ osmotyczny, w którym roztwór wewnątrzkomórkowy – czyli silnie uwodniony cytozolcytozol i sok 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 ryzodermyryzodermy;
roztwór obecny w przestrzeniach międzykomórkowych – jeśli dana komórka współtworzy tkankę;
protoplastprotoplast 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 w komórce roślinnej
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:
psiIndeks dolny ww to potencjał wody
psiIndeks dolny ss to potencjał osmotyczny
psiIndeks dolny pp to potencjał ciśnienia turgorowego
Potencjał osmotyczny
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.
Potencjał ciśnienia turgorowego
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 turgoremturgorem, 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 (ksylemieksylemie).
Wartość potencjału wody w komórkach roślinnych
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
błona biologiczna lub syntetyczna, przepuszczalna dla niewielkich cząsteczek rozpuszczalnika i nieprzepuszczalna dla większych cząsteczek lub jonów substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku
wodny, koloidalny roztwór substancji nieorganicznych i organicznych, wypełniający wnętrze komórki; wraz z unoszącymi się organellami tworzy cytoplazmę komórki
(gr. ksylos – drewno) niejednorodna tkanka przewodząca; występuje u roślin naczyniowych; transportuje wodę i sole mineralne
rodzaj transportu błonowego; odbywa się przez dwuwarstwę fosfolipidową błony komórkowej zgodnie z gradientem stężenia substancji podlegającej transportowi
żywa, aktywna metabolicznie część komórki bez ściany komórkowej; składa się z cytozolu, cytoszkieletu i organelli komórkowych
pierwotna tkanka okrywająca podziemne części rośliny; tkanka niejednorodna, której wytworem są włośniki
wodny roztwór jonów nieorganicznych i związków organicznych, wypełniający wnętrze wakuoli komórki roślinnej
substancje rozpuszczone w wodzie, takie jak: jony nieorganiczne, monosacharydy, oligosacharydy, kwasy organiczne i aminokwasy, których obecność powoduje powstanie ciśnienia osmotycznego wywołującego ruch cząsteczek wody na zasadzie osmozy
stan napięcia ściany komórkowej komórki roślinnej, wywołany obecnością ciśnienia turgorowego; efektem jest jędrność komórki umożliwiająca zachowanie kształtu