วัตถุประสงค์การเรียนรู้
ในบทเรียนนี้ นักเรียนจะ
- อธิบายออสโมซิสและแรงดันออสโมติก
- อธิบายตัวทำละลายและตัวถูกละลาย
- อธิบายวิธีแก้ปัญหาและวิธีแก้ปัญหาประเภทต่างๆ
- ทำความเข้าใจผลของการดูดซึมในเซลล์พืช
- ทำความเข้าใจผลของการดูดซึมในเซลล์สัตว์
ออสโมซิสคืออะไร?
ออสโมซิสคือการเคลื่อนที่ของน้ำจากความเข้มข้นสูงไปสู่ความเข้มข้นต่ำผ่านเมมเบรนแบบกึ่งซึมผ่านได้ ออสโมซิสหมายถึงการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของน้ำเท่านั้น เป็นการแพร่แบบพิเศษ
เป็นการขนส่งแบบพาสซีฟซึ่งหมายความว่าไม่จำเป็นต้องใช้พลังงาน
สารละลายเจือจางมีโมเลกุลของน้ำที่มีความเข้มข้นสูง ในขณะที่สารละลายที่มีความเข้มข้นมีโมเลกุลของน้ำที่มีความเข้มข้นต่ำ
ความเข้มข้นที่แตกต่างกันของตัวถูกละลายบนทั้งสองด้านของเมมเบรนทำให้เกิดแรงดันออสโมติก เมื่อออสโมซิสเกิดขึ้น น้ำจะเคลื่อนจากด้านข้างของเมมเบรนด้วยแรงดันออสโมติกในปริมาณที่ต่ำกว่าไปยังด้านข้างของเมมเบรนด้วยปริมาณแรงดันออสโมติกที่สูงขึ้น
เมื่อความเข้มข้นของน้ำเท่ากันทั้งสองด้านของเมมเบรน การเคลื่อนที่ของโมเลกุลของน้ำจะเท่ากันทั้งสองทิศทาง จะไม่มีการเคลื่อนที่สุทธิของโมเลกุลของน้ำ
ออสโมซิสในเซลล์ที่มีชีวิต
เซลล์มีสารละลายเจือจางของไอออน น้ำตาล และกรดอะมิโน
เยื่อหุ้มเซลล์ซึมผ่านได้บางส่วน น้ำจะเคลื่อนเข้าและออกจากเซลล์โดยการออสโมซิส
ตัวอย่างที่สำคัญของการออสโมซิสคือการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของเหลว (ตัวทำละลาย) ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ไปยังเซลล์ที่มีความเข้มข้นของตัวถูกละลายสูงกว่า
แรงดันออสโมติกคืออะไร?
แรงดันออสโมติกคือแรงดันที่ทำให้เกิดการแพร่กระจายของน้ำผ่านเยื่อกึ่งซึมผ่านได้ มันเพิ่มขึ้นเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของตัวถูกละลายในสารละลาย
ตัวทำละลายและตัวทำละลายคืออะไร?
ออสโมซิสเกี่ยวข้องกับการแก้ปัญหาทางเคมี สารละลายมีสองส่วนคือตัวทำละลายและตัวถูกละลาย
เมื่อตัวถูกละลายละลายในตัวทำละลาย ผลิตภัณฑ์สุดท้ายจะเรียกว่าสารละลาย น้ำเค็มเป็นตัวอย่างของการแก้ปัญหา เกลือเป็นตัวถูกละลาย และน้ำเป็นตัวทำละลาย
โซลูชั่นประเภทต่าง ๆ มีอะไรบ้าง?
สารละลายออสโมซิสมีสามประเภท ได้แก่ สารละลายไอโซโทนิก สารละลายไฮโปโทนิก และสารละลายไฮเปอร์โทนิก สารละลายประเภทต่างๆ มีผลกระทบต่อเซลล์เนื่องจากการออสโมซิสต่างกัน
1. Hypertonic – สารละลายไฮเปอร์โทนิกเป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับสารละลาย ไฮโปโทนิก มีตัวละลายนอกเซลล์มากกว่าภายใน ในสารละลายประเภทนี้ น้ำจะเคลื่อนออกจากเซลล์และทำให้เซลล์หดตัว
2. ไอ โซโทนิก – สารละลายไอโซโทนิกมีความเข้มข้นเท่ากันทั้งภายในและภายนอกเซลล์ ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ จะไม่มีการเคลื่อนที่สุทธิของตัวทำละลาย ในกรณีนี้ ปริมาณน้ำที่เข้าและออกจากเยื่อหุ้มเซลล์จะเท่ากัน
3. Hypotonic – ในสารละลาย hypotonic มีความเข้มข้นของตัวถูกละลายภายในเซลล์มากกว่าภายนอกเซลล์ ในสารละลายไฮโปโทนิก น้ำจะเคลื่อนเข้าสู่เซลล์และอาจทำให้เซลล์บวมได้ เซลล์ที่ไม่มีผนังเซลล์ เช่น เซลล์สัตว์ สามารถระเบิดได้ในสารละลายประเภทนี้
ผลของการดูดซึมในเซลล์พืช
- Hypotonic
- Hypertonic
- เซลล์พืชล้อมรอบด้วยผนังเซลล์แข็ง เมื่อเซลล์พืชถูกวางในสารละลายไฮโปโทนิก มันจะดูดซับน้ำโดยการดูดซึมและเริ่มบวม แต่ผนังเซลล์ป้องกันไม่ให้เกิดการแตกออก กล่าวกันว่าเซลล์พืชกลายเป็น 'ขุ่น' เช่น บวมและแข็ง ความดันภายในเซลล์เพิ่มขึ้นจนความดันภายในนี้เท่ากับความดันภายนอก แรงดันของเหลวหรือไฮโดรสแตติกนี้เรียกว่า 'แรงดันเทอร์กอร์' และป้องกันไม่ให้น้ำเข้าสุทธิอีก
- ความขุ่นมีความสำคัญมากสำหรับพืช เนื่องจากช่วยรักษาความแข็งแรงและความเสถียรของเนื้อเยื่อพืช และเมื่อแต่ละเซลล์สร้างแรงกดดันต่อเพื่อนบ้าน ก็จะสร้างความตึงเครียดของเนื้อเยื่อพืช ซึ่งช่วยให้ส่วนสีเขียวของพืชยืนขึ้นได้ สู่แสงแดด
- เมื่อเซลล์พืชถูกวางในสารละลายไฮเปอร์โทนิก น้ำจากภายในไซโตพลาสซึมของเซลล์จะกระจายออกและเซลล์พืชจะ 'อ่อนแอ' หากสังเกตเซลล์พืชภายใต้กล้องจุลทรรศน์ จะสังเกตได้ว่าไซโตพลาสซึมหดตัวและดึงออกจากผนังเซลล์ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าพลาสโมไลซิส กระบวนการนี้จะย้อนกลับทันทีที่เซลล์ถูกถ่ายโอนไปยังสารละลายไฮโปโทนิก (deplasmolysis)
- เมื่อเซลล์พืชถูกวางในสารละลายไอโซโทนิก จะเกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "incipient plasmolysis" 'Incipient' หมายถึง 'กำลังจะเป็น' แม้ว่าเซลล์จะไม่ถูกสลายด้วยพลาสโมสไลซ์ แต่ก็ไม่ได้มีความขุ่นเช่นกัน เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น ส่วนสีเขียวของพืชจะเหี่ยวเฉาและไม่สามารถจับใบในแสงแดดได้
ผลของการดูดซึมในเซลล์สัตว์
- เซลล์สัตว์ไม่มีผนังเซลล์ ดังนั้นในสารละลายไฮโปโทนิก เซลล์สัตว์จึงพองตัวและระเบิด หากน้ำเข้าสู่เซลล์สัตว์มากเกินไป น้ำจะแตกออกได้ นี่เรียกว่าการสลาย (lysis) พวกเขาไม่สามารถกลายเป็นตัวแข็งเพราะไม่มีผนังเซลล์ที่จะป้องกันไม่ให้เซลล์ระเบิด เมื่อเซลล์ตกอยู่ในอันตรายจากการแตกออก ออร์แกเนลล์ที่เรียกว่าคอนทราไทล์แวคิวโอลจะสูบน้ำออกจากเซลล์เพื่อป้องกันไม่ให้สิ่งนี้เกิดขึ้น
- ในสารละลายไฮเปอร์โทนิก น้ำจะกระจายออกจากเซลล์เนื่องจากการออสโมซิสและเซลล์หดตัว หากน้ำออกจากเซลล์สัตว์มากเกินไป เซลล์ของสัตว์อาจหดตัวได้ ซึ่งเรียกว่าการสร้างเซลล์ ดังนั้น เซลล์สัตว์จึงต้องล้อมรอบด้วยสารละลายไอโซโทนิกเสมอ ในร่างกายมนุษย์ ไตมีกลไกควบคุมที่จำเป็นสำหรับเลือดในพลาสมา ความเข้มข้นของน้ำและเกลือที่ไตขับออกจากเลือดนั้นควบคุมโดยสมองส่วนหนึ่งที่เรียกว่าไฮโปทาลามัส กระบวนการควบคุมความเข้มข้นของน้ำและเกลือแร่ในเลือดเรียกว่าออสโมเรกูเลชัน
- สัตว์ที่อาศัยอยู่บนดินแห้งจะต้องอนุรักษ์น้ำ เช่นเดียวกับสัตว์ที่อาศัยอยู่ในน้ำทะเลเค็ม สัตว์ที่อาศัยอยู่ในน้ำจืดมีปัญหาตรงกันข้าม พวกเขาจะต้องกำจัดน้ำส่วนเกินให้เร็วที่สุดที่เข้าสู่ร่างกายโดยการดูดซึม
