Osmose • Prinzip, Anwendungen und Osmoregulation (2023)

Was ist es?Osmose, wie wird es in pflanzlichen und tierischen Zellen produziert und warum ist es gefährlich, zu viel Wasser auf einmal zu trinken oder wenn Kinder Desserts mit Salz statt Zucker essen? Wir erklären es hier!

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Osmose einfach erklärt

Unter Osmose (griech.Osmose= schieben, fahren) kannst du esDiffusionvon einem Lösungsmittel zu asemiselektive durchlässige Membranverstehen. Bei der Osmose ist es nur für das Lösungsmittel (meist Wasser) und nicht für gelöste Stoffe durchlässig.

Wasser diffundiert aus dem Kompartiment (Raum), in dem es sich befindetkonzentrierter(geringere Konzentration von Partikeln), in dem Fach, wo seine Konzentrationuntereist (größere Partikelkonzentration). Die Bewegung wird fortgesetzt, bis die Konzentrationen der Substanzen auf beiden Seiten ausgeglichen sind.

Osmose kommt zum EinsatzTrinkwasseraufbereitungr (Umkehrosmose), in Osmoseanlagen, inDialysezur Blutreinigung oder Lebensmittelkonservierung. Sie ist für uns Menschen lebensnotwendig, weil sie als Transportprozess in unserem Körper in jeder Zelle stattfindet.

Außerdem finden wir sie oft in derJeden Tag:Kirschen knallen, wenn es regnet, oder unsere Haut kräuselt sich, wenn wir duschen. Durch die hohe Zuckerkonzentration in reifen Kirschen kommt es zu einem osmotischen Wasserzufluss, dem die Kirschzellen nicht standhalten und zum Platzen bringen. Auch unsere Hautzellen haben eine höhere Konzentration an Salzionen als Badewasser. Dies führt dazu, dass Wasser in unsere Zellen eindringt, um die Konzentration auszugleichen, wodurch unsere Haut anschwillt.

Was ist Osmose?

Was genau ist Osmose und was passiert bei der Osmose? Der Begriff „Osmose“ stammt aus dem Griechischen (Osmose) und bedeutet „Durchdringung“, „Impuls“ oder „Vortrieb“. Dies ist das gerichtete „Durchdringen“ von gelösten Partikeln durch eine semipermeable Barriere. Man kann diese Barriere auch als Membran bezeichnen. Da es semipermeabel, also semipermeabel ist, lässt es manche Stoffe passieren, andere nicht.

Bei Osmose kann man sich das so vorstellennurdas Lösungsmittel (normalerweise Wasser) kann die Membran passieren. Gelöste Partikel wie Salzmoleküle sind zu groß oder zu geladen, um die Membran zu passieren.

Es ist jedoch wichtig, sich daran zu erinnern, dass dies einepassivVerfahren. so wird es seinnoch Energienotwendig. Jetzt fragt ihr euch bestimmt, warum Wasser freiwillig durch die Membran geht und in welche Richtung der Transport erfolgt. Wir erklären hier.

Ist es für Sie einfacher, die Prozesse zu verstehen, wenn sie an einem konkreten Beispiel erklärt werden? Dann schau dir unseren Beitrag anOsmose einfach erklärte!

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Diffusion und Osmose

Bevor wir uns mit Osmose befassen, ist es wichtig, dass Sie verstehen, dass Osmose eine spezielle Form der Diffusion ist.

Diffusion bewirkt, dass sich in einem Lösungsmittel gelöste Partikel gleichmäßig und spontan ausbreiten, bis überall die gleiche Anzahl von Partikeln vorhanden ist. Sie können auch eine gleichmäßige Partikelbewegung als verwendenBrownsche Bewegungbeschreiben.

Diffusion ist ein natürlicher passiver Prozess. Sie setzt sich fort, bis überall die gleichen Partikelkonzentrationen vorhanden sind. Sie können das Phänomen der Diffusion beobachten, indem Sie einen Tropfen Tinte in ein Glas Wasser geben. Nach einiger Zeit nimmt das Wasser eine einheitliche blaue Farbe an. Aber es ist auch wichtig, sich daran zu erinnern, dass die Partikel in Bewegung bleiben und es dort kein Halten gibt.

Wie Sie wahrscheinlich bemerkt haben, spielt eine Membran keine Rolle. Diffusion ist daher ein TransportprozessNEINauf Membranen beschränkt.

Osmose ist jetzt im GangeSonderfall der Diffusion. Hier kommt eine Membran ins Spiel, die zwei Kompartimente trennt. Es ist durchlässig für das Lösungsmittel (Wasser), aber nicht für den gelösten Stoff. Aber es spielt keine Rolle, welcher Stoff gelöst wird, denn es funktioniertnur für deine nummer, nicht der Typ. Man kann auch die Anzahl der gelösten Partikel (= osmotisch aktive Partikel) pro Volumeneinheit als verwendenOsmolalitätbeschreiben.

Biomembran

Bisher haben wir uns ganz allgemein mit dem Phänomen der Osmose beschäftigt. Sehen wir uns nun an, was Osmose in der Biologie bedeutet. Wie Sie bereits wissen, impliziert Osmose das Vorhandensein von aLösungsmitteles ist eindurchlässige MembranEin Papier.

Sterbeneine Biomembran eEukaryotenjprokaryotischZellen sind diese semipermeablen Membranen. Sie bestehen aus einer Doppelschicht.Phospholipidsie konstruieren und begrenzen gewisse Kompartimente. Im Falle der Zellmembran trennen sie die Zellen voneinander. Die Biomembran ermöglichtselektivnur kleine ungeladene Teilchen oder Wasser (=Lösemittel) diffundieren. Damit Wasser die Membran leichter passieren kann, gibt es spezielle Kanalproteine, die sogAquaporina. Salzmoleküle, andere Ionen oder größere Moleküle können Biomembranen nicht ohne weiteres passieren.

Der Transport von Wasser zwischen Zellen oder Zellorganellen erfolgt immer vom Ort derhöherzum Ort vongeringere Konzentrationin gelöste Partikel. Der Wassertransport ist in Pflanzenzellen besonders wichtig. Aber auch viele tierische Zellen sind in wässriger Umgebung von Blut und Lymphe umgeben, denn der menschliche Körper besteht zu 60 bis 75 Prozent aus Wasser. Osmose setzt also einunentbehrlicher Nahverkehrim menschlichen Körper.

osmotischer Druck

Je größer der Unterschied an gelösten Partikeln auf den jeweiligen Seiten ist, desto größer ist die Tendenz der Seite mit mehr gelösten Partikeln, Wasser aufzunehmen. Sie können diese Kraft auch als verwendenosmotischer Druckbeschreiben. Dies ist der Druck, der durch in einem Lösungsmittel gelöste Moleküle auf der konzentrierteren Seite verursacht wird. Es stellt die treibende Kraft für das Lösungsmittel dar, um die Membran zu durchqueren.

Dieser Druck kann seinOsmômetroVerlängerung. Der deutsche Botaniker Wilhelm Pfeffer entwickelte eine Apparatur zur Messung des osmotischen Drucks in wässrigen Lösungen – diePfefferzelle. Sie können die Osmometrie-Messmethode aufrufen.

Osmotischer Druck ist die Hauptvoraussetzung für diesen Stoffaustauschprozess. In einem Lösungsmittel gelöste Moleküle verursachen den osmotischen Druck auf der Seite der Trennschicht mit der höchsten Konzentration. Die resultierenden Druckverhältnisse treiben den Fluss des Lösungsmittels durch die jeweilige Membran. Auf diese Weise bewegt sich das Lösungsmittel durch die Membran von der Seite mit geringerer Partikelkonzentration zu der Seite mit höherer Konzentration, auf der osmotischer Druck herrscht. Dies geschieht so lange, bis sich die Druckverhältnisse auf beiden Seiten angeglichen haben.

Osmose in pflanzlichen und tierischen Zellen

Wie Sie bereits gelernt haben, tritt Osmose als ein Prozess auf, bei dem Wasser zwischen Zellen transportiert wird. Im Allgemeinen gibt es drei Begriffe, um Konzentrationen von Stoffen zu beschreiben, die durch Membranen getrennt werden:hypertonisch, isotonischjhypoton.

Einshypertonisch(hyper= fertig,viele= Spannung) Die Lösung hat eine höhere Konzentration an gelösten Stoffen als die Referenzlösung. Inisotonisch(sie sind so= gleich), finden sich auf beiden Seiten die gleichen Konzentrationen an gelösten Stoffen. Einshypoton(Schluckauf= Hintergrund) Die Lösung hat eine geringere Konzentration an gelösten Stoffen als die Vergleichslösung.

Natürlich gibt es immer ein Hin und Her. Entscheidend ist hier der Trend in eine Richtung, also in welches Kompartiment das meiste Wasser zum Konzentrationsausgleich fließt.

Die Hauptunterschiede zwischen Tier- und Pflanzenzellen bestehen darin, dass Pflanzenzellen aZellenwandes ist einVakuolenhaben. Mal sehen, ob diese Unterschiede den Osmoseprozess beeinflussen:

tierische Zellen

Wir betrachten tierische Zellen als Beispiel.rote Blutkörperchen(= Blutkörperchen, Erythrozyten). Sie werden normalerweise im Blutplasma gefunden. Sie können es sich als wässrige Lösung vorstellen, die unter anderem Salze und Proteine ​​enthält.

Im Normalzustand sind rote Blutkörperchen scheibenförmig (= bikonkav). Verdünnt man nun die Blutstropfen mit klarem Wasser, schwellen die Zellen an und platzen. Daher ist reines Wasser im Vergleich zum hypertonischen Medium in den roten Blutkörperchen hypotonisch. Die Plasmamembran kann dem Druck des eindringenden Wassers nicht standhalten, was zum Zellbruch führt.

Wenn andererseits dem Blut eine relativ konzentrierte Kochsalzlösung zugesetzt wird, wird das Zytoplasma der Blutzellen im Vergleich zur äußeren Umgebung hypotonisch. Dadurch entweicht Wasser durch Osmose und die Blutkörperchen nehmen eine faltige Form an (Kaktusapfelform). Diese können keinen Sauerstoff mehr transportieren, was schwerwiegende Folgen hat. Deshalb muss man beim Kochen gerade mit kleinen Kindern aufpassen, dass sich Zucker und Salz nicht vermischen.

Pflanzenzellen

Betrachten wir nun Salat als Beispiel für Pflanzenzellen. Wenn wir welken Salat in destilliertes Wasser geben, werden seine Zellen im Gegensatz zu Blutzellen nicht platzen. Stattdessen wird es wieder knusprig. Das liegt an der robusten Zellwand. Es garantiert, dass nur eine bestimmte Menge Wasser von den Zellen, genauer gesagt von den Vakuolen, aufgenommen werden kann. Die Vakuole übt somit eine starkeDruckenan der Zellwand. Sie können es sich wie die Luft in einem Ballon vorstellen, die gegen die Wand des Ballons drückt.

Wenn Wasser eintritt, erhöht die Zellwand den Druck: dieSchlepper. Bis zu 7 bar kann es in der Zelle sein (zum Vergleich: dreimal mehr als bei einem Autoreifen). Man könnte diese "pralle" Zelle auch als voll prall bezeichnen und den Vorgang alsdeplasmolysierenbeschreiben.

Legen wir nun das Salatblatt in eine konzentrierte Kochsalzlösung, tritt Wasser aus der Vakuole aus und der Tugordruck sinkt. Der Zellkörper (Protoplasto) wird von der Zellwand getrennt. Sie können dies auch alsplasmolisierenbeschreiben.

Der Wurzelwassertransport ist für Pflanzen extrem wichtig. Hier wird Wasser passiv von den Wurzeln durch Osmose aufgenommen. Der Begriff spielt häufig in biologischen Systemen eine Rolle.Wasserpotentialeine Rolle bei der Beschreibung des Wasserhaushalts. Sie beschreibt die Verfügbarkeit von Wasser in einem System wie Luft oder Boden und setzt sich aus dem osmotischen Druck, also der Anzahl der gelösten Teilchen, und dem Turgordruck zusammen. Wichtig: Wasser fließt immer von der Stelle mit dem höchsten Wasserpotential zu der Stelle mit dem niedrigsten Wasserpotential.

Osmoregulation

Sie sehen also, dass gerade in tierischen Zellen die Regulation osmotischer Verhältnisse (= Osmoregulation) extrem wichtig ist. Sie müssen darauf achten, dass die Menge an gelösten Partikeln nicht zu hoch oder zu niedrig wird. Dies hängt natürlich auch von Ihrem Lebensstil ab.

Viele Wassertiere müssen mit unterschiedlichen Wasser- und Salzkonzentrationen zurechtkommen. Sie können hier eintretenOsmokonformerjOsmoregulierernunterscheiden. Osmokonformer sind in erster Linie Wirbellose und passen ihre Osmolarität an ihre Umgebung an.

Osmoregulatoren regulieren, wie ihr Name schon sagt, dass ihr Salzgehalt fast immer konstant ist, unabhängig von der Umgebung. Süßwasserfische müssen beispielsweise das Problem lösen, dass Wasser durch Osmose ständig fließt. Salzwasserfische (Halophile) müssen darauf achten, nicht zu viel Wasser zu verlieren.

Protozoenwie erPantoffeltierchen(Parameticum), Euglena-Algen oder Amöben haben eine spezielle Lösung, um ihren Wasserhaushalt zu regulieren. du besitzt einenzum VertragVakuolen,die zunehmen und abnehmen kann. Dadurch kann überschüssiges Wasser aus dem Zytoplasma durch Osmose in die Vakuole fließen und über die Zellmembran freigesetzt werden.

Pflanzen haben Anpassungen wie eine dicke Kutikula oder eingesunkene Spaltöffnungen zum Schutz vor Austrocknung. Aber mit wenigen Ausnahmen fehlen höheren Pflanzen Strukturen für die Osmoregulation.

Umkehrosmose-Anwendungen

Das Prinzip der Osmose findet Anwendung in Technik und Medizin, erklärt aber auch viele alltägliche Phänomene. Bei der medizinischen Dialyse werden beispielsweise mit Hilfe der Osmose Schadstoffe aus dem Blut entfernt.

Eine weitere Möglichkeit der Osmosenutzung ist dieUmkehrosmose. Bei der Umkehrosmose handelt es sich, wie der Name schon sagt, um Umkehrosmose. Mit Hilfe eines äußeren Drucks wird ein Stoff gegen seinen Konzentrationsgradienten konzentriert. Dieses Verfahren wird in der Trinkwasseraufbereitung eingesetzt.

Darüber hinaus wird in Osmoseanlagen osmotische Arbeit in Energie umgewandelt und zur Stromerzeugung genutzt.

Das Phänomen der Osmose begegnet uns im Alltag oft. Beim Kochen von Gemüse verwenden wir zum Beispiel Salzwasser. Dadurch wird verhindert, dass Wasser in das leicht gesalzene Gemüse gelangt, was den Geschmack beeinträchtigen würde. Auch Zucker oder (Pökel-)Salz wird der Lebensmittelkonservierung häufig zugesetzt, um den Lebensmitteln Wasser zu „entziehen“. Reife Früchte wie Kirschen platzen oft bei Regen aufgrund eines osmotischen Wasserflusses. Faltige Haut nach dem Duschen ist übrigens auch das Ergebnis von Osmose.

Besonders tragisch sind Fälle, in denen Menschen in kurzer Zeit durch zu viel Wassertrinken sterben können, etwa bei einem Marathonlauf. Durch die Wasseraufnahme sinkt die Salzkonzentration in den Zellen und Wasser fließt zu den nun konzentrierteren Gehirnzellen. Dies führt zu einer Gehirnentzündung, die im schlimmsten Fall zum Tod führen kann.

Osmose und Osmoregulation

Doch wie funktioniert Osmose in pflanzlichen und tierischen Zellen? Und was versteht man unter Osmoregulation? Das erfährst du im zweiten Teil über Osmose! schau dir unsere anVideodefinitiv dabei!

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• Dauer des osmotischen Drucks: 04:42
• Sendetag: 06:36
• Turgor-Dauer: 04:28