Osmose

Stellen Sie sich vor, Sie haben eine Tasse mit 100 ml Wasser und geben 15 g Haushaltszucker in das Wasser. Der Zucker löst sich auf und die Mischung, die sich jetzt in der Tasse befindet, besteht aus einem gelösten Stoff (dem Zucker), der im Lösungsmittel (dem Wasser) gelöst ist. Die Mischung eines gelösten Stoffes in einem Lösungsmittel wird als bezeichnetlösung.

Stellen Sie sich jetzt vor, Sie haben eine zweite Tasse mit 100 ml Wasser und geben 45 Gramm Haushaltszucker in das Wasser. Genau wie bei der ersten Tasse ist der Zucker der gelöste Stoff und das Wasser das Lösungsmittel. Aber jetzt haben Sie zwei Mischungen verschiedener gelöster Konzentrationen. Beim Vergleich zweier Lösungen mit ungleicher Konzentration des gelösten Stoffes ist die Lösung mit der höheren Konzentration des gelösten Stoffes hypertonisch und die Lösung mit der niedrigeren Konzentration des gelösten Stoffes hypoton. Lösungen gleicher gelöster Konzentration sind isotonisch. Die erste Zuckerlösung ist hypoton zur zweiten Lösung. Die zweite Zuckerlösung ist hypertonisch zur ersten.

Sie geben nun die beiden Lösungen in ein Becherglas, das durch eine selektiv durchlässige Membran geteilt wurde, deren Poren für die Zuckermoleküle zu klein, für die Wassermoleküle jedoch groß genug sind. Die hypertonische Lösung befindet sich auf der einen Seite der Membran und die hypotonische Lösung auf der anderen. Die hypertonische Lösung hat eine niedrigere Wasserkonzentration als die hypotonische Lösung, so dass nun ein Konzentrationsgradient von Wasser über die Membran besteht. Wassermoleküle bewegen sich von der Seite höherer Wasserkonzentration zur Seite niedrigerer Konzentration, bis beide Lösungen isotonisch sind. An diesem Punkt ist das Gleichgewicht erreicht.Osmose ist die Diffusion von Wassermolekülen über eine selektiv permeable Membran von einem Bereich höherer Konzentration in einen Bereich niedrigerer Konzentration. Wasser bewegt sich durch Osmose in und aus Zellen. Wenn sich eine Zelle in einer hypertonischen Lösung befindet, hat die Lösung eine niedrigere Wasserkonzentration als das Zellzytosol, und Wasser bewegt sich aus der Zelle heraus, bis beide Lösungen isotonisch sind. Zellen, die in eine hypotonische Lösung gegeben werden, nehmen Wasser über ihre Membran auf, bis sowohl die externe Lösung als auch das Cytosol isotonisch sind.

Eine Zelle, die keine starre Zellwand hat, wie z. B. rote Blutkörperchen, schwillt an und lysiert (platzt), wenn sie in eine hypotonische Lösung gegeben wird. Zellen mit einer Zellwand schwellen an, wenn sie in eine hypotonische Lösung gegeben werden, aber sobald die Zelle prall (fest) ist, verhindert die zähe Zellwand, dass mehr Wasser in die Zelle gelangt. Wenn eine Zelle ohne Zellwand in eine hypertonische Lösung gegeben wird, verliert sie Wasser an die Umwelt, schrumpft und stirbt wahrscheinlich ab. In einer hypertonischen Lösung verliert auch eine Zelle mit einer Zellwand Wasser. Die Plasmamembran zieht sich beim Schrumpfen von der Zellwand weg, ein Prozess, der als Plasmolyse bezeichnet wird. Tierische Zellen neigen dazu, in einer isotonischen Umgebung am besten abzuschneiden, Pflanzenzellen neigen dazu, in einer hypotonischen Umgebung am besten abzuschneiden. Dies wird in Abbildung unten gezeigt.

Wenn eine tierische Zelle (wie die roten Blutkörperchen im oberen Bereich) keine Anpassung aufweist, die es ihr ermöglicht, die osmotische Aufnahme von Wasser zu verändern, verliert sie zu viel Wasser und schrumpft in einer hypertonischen Umgebung zusammen. Wenn sie in eine hypotonische Lösung gegeben werden, dringen Wassermoleküle in die Zelle ein, wodurch sie anschwellen und platzen. Pflanzenzellen (untere Platte) werden in einer hypertonischen Lösung plasmolysiert, neigen jedoch dazu, in einer hypotonischen Umgebung am besten zu funktionieren. Wasser wird in der zentralen Vakuole der Pflanzenzelle gespeichert.