Osmose og diffusion
Det er en god ide at begynde med en restudyvideo om diffusion og osmose.
Diffusion
Transport af stoffer fra høj til lav koncentration. Hvis du sender røg ud i et lokale, vil molekylbevægelserne efterhånden fordele røgen ligeligt i hele rummet, altså fra høj koncentration (røgkilden) til lav koncentration (den del af rummet der ikke er fyldt af røg). Diffusion er passiv, dvs. det kræver ikke ATP for at ske (modsat aktiv transport). Diffusion er også transport af temperatur. I biologien møder vi diffusion, når ilt skal over cellemembraner og ind i celler, og CO2 som skal ud af cellerne. Biologiordbogen
Osmose
Transport af vand fra høj til lav koncentration over en semipermeabel membran. Hvis man tilsætter salt uden for en celle, så vil koncentrationen af vand være størst inde i cellen, og vandet vil trænge ud gennem cellemembranen (semipermeabel) og cellen vil skrumpe. Er saltkoncentrationen højest inde i cellen vil det omvendte ske. Biologiordbogen
Diffusion
Osmose
Hvis du sender røg ud i et lokale, vil molekylerne i luften dumpe ind i røgpartiklerne og efterhånden vil røgen blive ligeligt fordelt i hele rummet, altså fra høj koncentration (røgkilden) til lav koncentration (den del af rummet der ikke er fyldt af røg). Vi kan konkludere at diffusion er transport af stoffer fra høj til lav koncentration og det ikke kræver energi.
Det kan godt virke som om røgmolekylerne ved hvilken vej de skal, når de skubbes fra høj til lav koncentration, men det sker ved helt tilfældige sammenstød med molekylerne i luften.
I biologien møder vi diffusion overalt, fx når ilt skal ind i celler eller CO2 skal ud af cellerne. Diffusion er også transport af temperatur.
Få en forklaring af sidens figurer om osmose og diffusion
Osmose er transport af vand. Ligesom ved diffusion sker transporten fra høj til lav koncentration. Men hvornår er en vandkoncentration høj eller lav?
Forsøget viser hvordan det fungerer. Et U-rør i glas er adskilt af en semipermeabel membran. Semipermeabel betyder at kun små molekyler som vand, CO2 og O2 kan komme igennem, men ioner som Na+ og Cl– fra salt og store molekyler som glukose bliver holdt tilbage. Cellens membran fungere på samme måde.
Vi kan ikke se det, men vandmolekylerne suser rundt mellem hinanden. Nogle går igennem membranen over på den anden side, men der går lige mange begge veje fordi der er lige mange vandmolekyler på begge sider. Vi siger at koncentrationen af vand er ens.
Næste trin: Vi tilsætter salt eller sukker til højre side. Saltet bliver til ioner der har en + eller – ladning, og på overfalden af sukker er de en ladning (enten fordi stoffet er polært, eller det er en ion). De ladninger binder vandmolekylerne fast, og nu kan de ikke længere bevæge frit igennem membranen.
Nu har vi altså flere vandmolekyler i venstre side der kan bevæge sig over membranen til højre (høj vandkoncentration). Men i højre side har vi ikke længere så mange frie vandmolekyler som kan bevæge sig til venstre (lav vandkoncentration).
Resultat: vandmolekyler vandrer mod højre og vandstanden stiger i højre side. Den transport af vand kalder vi osmose.
Sådan virker osmose
Det virker som voodoo at vand diffunderer fra høj til lav koncentration. Molekylerne har ingen fri vilje. Ser vi i figuren, hvor der er tilsat salt (NaCl) på venstre side, ser vi at mange af vandmolekylerne bundes til de ladede Na+ og Cl– ioner. Det er fordi vand er polært.
Der er tegnet 42 vandmolekyler på hver side af membranen, og 42 kan diffundere fra højre mod venstre, men kun 16 kan diffundere den anden vej, fordi de er bundet til ionerne. Derfor vil flere vandmolekyler diffundere mod venstre og vandstanden vil stige. Vandkoncentrationen er altså højest i højre side.
Diffusion i celler
Celler er også omgivet af en membran, og afstanden mellem de enkelte fedtmolekyler i cellemembranen er ganske lille, så det er kun små molekyler uden ladning som vand, ilt, kuldioxid og nitrogen, der kan diffundere igennem.
De diffunderer fra høj til lav koncentration.
En celle har brug for ilt, og for at komme af med CO2
Det sker ved diffusion.
CO2: Ved respirationen dannes der mange CO2 molekyler inde i cellen og koncentrationen bliver høj. Udenfor kommer blodårerne forbi og de har en lav koncentration af CO2 – Derfor vil der ske en diffusion ud af cellen fra høj til lav koncentration.
O2: Ilten bruges i respirationen, så derfor er koncentrationen af O2 lav, men til gengæld kommer blodet med friske forsyninger af ilt udenfor cellen, så her er koncentrationen høj. O2 diffunderer derfor ind i cellen – fra høj til lav koncentration.
Osmose i celler
Som i forsøget med glasrøret, så vi hvordan vand diffunderede fra høj til lav koncentration.
På et eller andet tidspunkt er væskesøjlen steget så meget, at det tryk sukkeropløsningen udøver netop opvejer diffusionen af vandmolekyler. Det tryk, der findes ved ligevægtstrykket, kaldes det osmotiske tryk. Man kan sige, at diffusionen fører lige så mange vandmolekyler ind, som trykket ved tyngdekraften presser tilbage.
Membranen i forsøget fungerer som cellemembranen – den er semipermeabel og tillader kun små og uladede stoffer at komme igennem. I dyreceller må der ikke være overtryk, men det skal der være i planteceller.
Osmose i dyreceller
Spiser vi for meget salt, så dør vi, og hvis vi ikke får salt nok, kan vi også blive alvorligt syge.
Figuren viser hvad der sker ved forskellig koncentration af salt. Hvis en rød blodcelle er omgivet af rent vand, vil vandet trænge ind i cellen, fordi der er salte i cellen. Cellemembranen springer og cellen dør.
Har vi derimod for meget salt omkring vores celler, så vil osmosen suge vandet ud af cellen og ødelægge den.
Kroppen sørger for konstant at holde den rigtige koncentration af salt i kroppen, så der er samme saltholdighed udenfor cellen, som der er indeni. Vandet er isotonisk – iso betyder ens. Der diffunderer stadig vandmolekyler ind i cellen, men lige så mange diffunderer ud igen og cellen beholder sin form.
Osmose i planteceller
Har en fast cellevæg, og den kan holde til et tryk på 8 atmosfærers tryk (normalt tryk omkring os er 1 atmosfæres tryk). Det osmotiske tryk er så højt, at det kan få en mælkebøtte til at sprænge sig vej op gennem asfalten!
Figuren viser planteceller i forskellig koncentration af salt. Til højre ligger plantecellen i rent vand og overtrykket presser på cellevæggens sider. I modsætning til dyrecellen så springer den ikke. Planteceller skal have et overtryk for at overleve.
Øger vi koncentrationen af salt får vi (i midten) samme koncentration indeni som udenfor – isotonisk.
Tilsætter vi salt, så suges vandet ud af cellerne og planten vil dø. Det sker fx ved træer langs vejsiden, når der saltes.
Mange planter udnytter det osmotiske tryk til afstivning af plantevævet, hvor de vil indeholde så meget salt og sukker, at det giver et overtryk i cellen. Overtrykket er nødvendigt for at transportere vand op igennem planten.
Cellemembranen er semipermeabel
Cellemembranen er semipermeabel, dvs. kun små molekyler uden ladning kan trænge igennem. Store samt ladede molekyler kan ikke komme igennem membranen. De kan dog godt komme ind i cellen, men det er vha. transportproteiner.
Et udsnit af cellemembranen. Den består af fedt og er som et flydende hav. “dimserne” der flyder rundt, er proteiner – det kan fx være kanaler der lukker udvalgte store molekyler som glukose ind i cellen. Kolesterol er med til at regulere hvor flydende membranen skal være.
Aktiv transport
Hvis diffusion sker fra høj til lav koncentration koster det ikke energi – det kaldes også kaldet passiv diffusion. Nogle gange er det nødvendigt at gå den modsatte vej fra lav til høj koncentration og så koster det energi. Cellen betaler med, energi i form af ATP (Adenosin Tri Phosphat) som cellen har lavet under respirationen. Transport, der koster cellen energi, kaldes aktiv transport.
