Difúze a osmóza jsou oba pasivní transportní procesy, což znamená, že nevyžadují žádný vstup energie Přesouvejte látky. Oba procesy jsou nezbytné pro správné fungování biologických procesů, jako je transport vody nebo živin mezi buňkami.
Hlavní rozdíl mezi nimi spočívá v tom, že k difúzi může docházet v jakékoli směsi, i když dva řešení nejsou oddělena semipermeabilní membránou, zatímco osmóza se vyskytuje výhradně přes semipermeabilní membránu.
Ve skutečnosti existují tři typy pasivních transportních procesů. Kromě difúze a osmózy existují i usnadněná difúze. Zatímco difúze a osmóza nezahrnují proteiny při transportu látek, usnadněná difúze vyžaduje pomoc proteinů.
Co je to difúze?
Difúze je pasivní pohyb molekul z oblasti s vysokou koncentrací molekul do oblasti s nižší koncentrace. Difuze uvnitř buněk je transport malých molekul přes buněčnou membránu.
Molekuly jsou vždy v pohybu. Teplota, fyzická kvalita, kterou lidé běžně používají ve svém každodenním životě, přímo souvisí s molekulárním pohybem. Je to míra průměrné kinetické energie molekul v materiálu. Energie molekul způsobuje náhodný pohyb, který zase spouští difúzi. Srážky mezi molekulami jsou běžné: dokonce i ve vzduchu za atmosférického tlaku se molekula srazí se sousedem každých několik nanosekund.
Na celé planetě má vzduch uvnitř atmosféry stejné složení a skládá se z dusíku (78%), kyslíku (asi 21%), argonu (téměř 1 %) a další plyny, jako je CO2, které jsou přítomny v malém množství (ale stále dost na to, aby zahřály planetu zrychlujícím se tempem).
Díky difúzi je rovnoměrné složení vzduchu redistribucí chemických látek, jako je kyslík vzduchu, dokud není dosaženo rovnováhy: jinými slovy, dokud nebude eliminován koncentrační gradient – rozdíl v koncentraci mezi dvěma oblastmi. Pokud koncentrace druhu není zpočátku jednotná, v průběhu času difúze způsobí hromadný přenos ve prospěch rovnoměrnější koncentrace.
Jakmile je rovnováha v pohybu, pohyb molekul se nezastaví, protože jejich kinetická energie je stejná . Nyní existuje stejný pohyb chemických látek v obou směrech.
Faktory ovlivňující difúzi jsou:
- koncentrační gradient;
- teplota;
- částice vzdálenosti musí cestovat.
Podívejme se na několik příkladů difúze v akci. Stříkání parfému v místnosti způsobí, že na chvíli bude příjemně vonět, ale v průběhu času bude difúze distribuovat molekuly zápachu, dokud nebude jejich koncentrace pro lidský nos nepostřehnutelná. Vržení potravinářského barviva do šálku vody, které změní barvu celého rozpouštědla (vody), je dalším skvělým příkladem difúze.
Difúze je rozšířený a důležitý proces pro neživé i živé systémy. Pro vstup a výstup z buňky musí látky jako voda nebo živiny projít semipermeabilní membránou. Difúze je jedním z procesů, které to umožňují. Semipermeabilní nebo selektivně propustná membrána je membrána, která umožňuje snadný průchod některých látek, zatímco jiné látky procházejí velmi pomalu nebo vůbec.
Protože k difúzi dochází za různých podmínek, vědci klasifikují několik typů difúze.
- Jednoduchá difúze je nejběžnějším druhem difúze, kdy jsou látky transportovány bez pomoci proteinů.
- Usnadněná difúze vyžaduje transportní proteiny k difúzi látek napříč buňkou membrána.
- Dialýza je difúze rozpuštěných látek přes selektivně propustnou membránu.
- Osmóza je obvykle definována jako difúze vody, rozpouštědla volby ve všech živých systémech, selektivně propustná membrána.
Co je osmóza
Osmóza, typ difúze, představuje pohyb vody přes částečně propustnou membránu, z oblasti s vysokou koncentrací vody do oblasti nízké koncentrace vody.
Osmóza probíhá ve všech buňkách. Například když jsou umístěny do vody, červené krvinky nechají vodu plazit se přes jejich membránu. Po umístění do koncentrovaného roztoku cukru se červené krvinky ve skutečnosti zmenšují, protože voda se pohybuje osmózou směrem k oblasti s nižší koncentrací vody. Proto se buňky při pohledu přes mikroskop zdají zvrásněné. Naštěstí se to nikdy neděje uvnitř těla, protože ledviny zajišťují, že koncentrace krve zůstane přibližně stejná jako koncentrace roztoku uvnitř červených krvinek.
Na rozdíl od červených krvinek mají rostlinné buňky mnohem silnější a pevnější buněčná stěna na vnější straně buněčné membrány. To umožňuje rostlinným buňkám absorbovat více vody osmózou bez prasknutí. Bez osmózy by rostliny nebyly schopny absorbovat vodu z půdy. Jelikož se absorbuje více vody, buňka sama díky tlaku ztuhne – to je velmi užitečné, protože rostliny nemají kostry. Pokud rostlinné buňky ztratí příliš mnoho vody osmózou, stanou se méně tuhými a nakonec se buněčná membrána zmenší od buněčné stěny.
Když se k vyrovnání koncentrací na obou stranách membrány používá osmóza, vyvíjí sílu zvanou osmotický tlak. Například si představte dva oddíly v nádrži oddělené polopropustnou membránou, která umožňuje průchod pouze molekulám vody. Jedna komora je naplněna solným roztokem, zatímco druhá sousední komora je roztokem čisté vody. Jediného způsobu, jak lze dosáhnout rovnováhy, je doprava vody z oddílu pro čistou vodu do oddílu se slanou vodou. Přitom osmóza zvyšuje hladinu kapaliny v oddělení se slanou vodou, dokud proces nezastaví dostatečný tlak způsobený rozdílem hladin mezi oběma odděleními. Tlak potřebný k dosažení této rovnováhy se nazývá osmotický tlak.
Existuje také něco jako reverzní osmóza, což je doslova reverzní proces osmózy, kdy rozpouštědlo odfiltruje z vysokého koncentrátu do nižší koncentrátový roztok. Jinými slovy, místo hledání stejné rovnováhy mezi rozpouštědlem a solutem v obou řešeních, reverzní osmóza odděluje solut od rozpouštědla.
Reverzní osmóza je velmi užitečná pro aplikace, jako je odsolování vody (odstraňování soli z mořské vody). . Po celém světě je nyní na světě více než 13 000 odsolovací zařízení. V reverzní osmóze pouze (doslova) reverzujeme proces tím, že náš rozpouštědlový filtr děláme z našeho vysokého koncentrátu a do roztoku s nižším koncentrátem, takže místo toho, abychom vytvořili stejnou rovnováhu rozpouštědla a rozpuštěné látky v obou roztocích, odděluje rozpuštěnou látku z rozpouštědla.