A diffúzió és az ozmózis egyaránt passzív transzportfolyamat, vagyis nem igényel energiabevitelt mozgatni az anyagokat. Mindkét folyamat elengedhetetlen a biológiai folyamatok megfelelő működéséhez, például a víz vagy a tápanyagok sejtek közötti szállításához.
A kettő közötti fő különbség az, hogy a diffúzió bármely keverékben előfordulhat, még akkor is, ha kettő az oldatokat nem választja el féligáteresztő membrán, míg az ozmózis kizárólag egy féligáteresztő membránon megy végbe.
A passzív transzportfolyamatoknak valójában három típusa van. A diffúzió és az ozmózis mellett vannak még megkönnyített diffúzió. Míg a diffúzió és az ozmózis nem vesz részt a fehérjékben az anyagok szállítása során, a megkönnyített diffúzióhoz a fehérjék segítségére van szükség.
Mi a diffúzió?
A diffúzió a molekulák passzív mozgása a molekulák magas koncentrációjú területeitől alacsonyabb koncentráció. A sejtekben a diffúzió a kis molekulák transzportja a sejtmembránon.
A molekulák mindig mozgásban vannak. A hőmérséklet, amely fizikai minőség az emberek általánosan hivatkozik a mindennapi életükre, közvetlenül kapcsolódik a molekuláris mozgáshoz. Ez az anyag molekuláinak átlagos kinetikus energiájának mértéke. A molekulák energiája véletlenszerű mozgást okoz, ami viszont diffúziót vált ki. A molekulák közötti ütközések gyakoriak: még a levegőben is, légköri nyomáson, egy molekula néhány nanoszekundumonként ütközik a szomszéddal.
A bolygón keresztül a légkör belsejében lévő levegő összetétele azonos és nitrogén (78%), oxigén (kb. 21%), argon (majdnem 1 %), és más olyan gázok, mint a CO2, amelyek percenkénti mennyiségben vannak jelen (de még mindig elegendőek ahhoz, hogy a bolygót gyorsuló sebességgel felmelegítsék). levegő, az egyensúly eléréséig: más szóval, amíg a koncentrációgradiens – a két terület közötti koncentrációkülönbség – megszűnik. Ha egy faj koncentrációja kezdetben nem egyenletes, az idő múlásával a diffúzió tömegtranszfert eredményez az egyenletesebb koncentráció mellett.
Az egyensúlyba kerülve a molekulák mozgása nem áll le, mert kinetikus energiájuk azonos . A vegyi anyagok mindkét irányban egyenlően mozognak.
A diffúziót befolyásoló tényezők a következők:
- koncentráció gradiens;
- hőmérséklet;
- a távolságrészecskéknek meg kell haladniuk.
Nézzünk meg néhány példát a működésbeli diffúzióra. A parfüm permetezése egy szobába egy ideig kellemes illatot kölcsönöz, de az idő múlásával a diffúzió eloszlatja a szagmolekulákat, amíg koncentrációjuk észrevehetetlen az emberi orr számára. Az ételfesték csésze vízbe dobása, amely megváltoztatja az egész oldószer (víz) színét, a diffúzió másik nagy példája.
A diffúzió széles körben elterjedt és fontos folyamat nem élő és élő rendszerek egyaránt. A sejtbe való be- és kilépéshez olyan anyagoknak, mint a víz vagy a tápanyagok, át kell haladniuk a féligáteresztő membránon. A diffúzió az egyik folyamat, amely ezt lehetővé teszi. A féligáteresztő vagy szelektíven áteresztő membrán olyan membrán, amely lehetővé teszi egyes anyagok könnyű áthaladását, míg más anyagok nagyon lassan vagy egyáltalán nem.
Mivel a diffúzió különféle körülmények között történik, a tudósok többféle diffúzió.
- Az egyszerű diffúzió a leggyakoribb diffúzió, ahol az anyagokat fehérjék segítsége nélkül szállítják.
- A megkönnyített diffúzióhoz transzportfehérjékre van szükség az anyagok diffundálásához a sejteken. membrán.
- A dialízis az oldott anyagok diffúziója egy szelektíven áteresztő membránon.
- Az ozmózis általában a víz, az összes élő rendszerben választott oldószer diffúziója szelektíven áteresztő membrán.
Mi az ozmózis
Az ozmózis, a diffúzió egyik típusa, a víz részlegesen áteresztő membránon keresztüli mozgását jelenti a magas vízkoncentrációjú területről a területre alacsony vízkoncentrációjú.
Az ozmózis minden sejtben lejátszódik. Például vízbe helyezve a vörösvérsejtek átengedik a vizet a membránjukon. Ha koncentrált cukoroldatba helyezzük, a vörösvérsejt valójában összezsugorodik, mert a víz ozmózis révén az alacsonyabb vízkoncentrációjú terület felé mozog. Ezért a sejtek mikroszkóppal nézve ráncosnak tűnnek. Szerencsére ez soha nem fordul elő a test belsejében, mert a vesék gondoskodnak arról, hogy a vér koncentrációja körülbelül megegyezzen a vörösvérsejtben lévő oldat koncentrációjával.
A vörösvérsejtekkel ellentétben a növényi sejtek sokkal erősebb és merevebb sejtfal a sejtmembrán külsején. Ez lehetővé teszi a növényi sejtek számára, hogy több vizet szívjanak fel ozmózis útján repedés nélkül. Ozmózis nélkül a növények nem képesek felszívni a vizet a talajból. Amint több víz felszívódik, a sejtek maguk is merevek lesznek a nyomás miatt – ez nagyon hasznos, mivel a növényeknek nincsenek csontvázaik. Ha a növényi sejtek az ozmózis révén túl sok vizet veszítenek, kevésbé merevek lesznek, és végül a sejtmembrán elvonul a sejtfaltól.
Amikor ozmózist használnak a membrán mindkét oldalán lévő koncentrációk kiegyenlítésére, az ozmotikus nyomásnak nevezett erőt fejt ki. Például ábrázoljon egy tartály két rekeszt egy féligáteresztő membránnal elválasztva, amely csak a vízmolekulákat engedi át. Az egyik rekesz sós oldattal van töltve, míg a másik szomszédos rekesz tiszta vizes oldat. Az egyensúly csak úgy érhető el, ha vizet szállítunk a tiszta víz rekeszéből a sós rekeszbe. Ennek során az ozmózis addig emeli a sósvíz rekesz folyadék szintjét, amíg a két rekesz közötti szintkülönbség okozta kellő nyomás leállítja a folyamatokat. Az egyensúly eléréséhez szükséges nyomást ozmotikus nyomásnak nevezzük.
Létezik egy fordított ozmózis is, amely szó szerint az ozmózis fordított folyamata, ahol az oldószer a magas koncentrátumból kiszűrődik a alacsonyabb koncentrátumú oldat. Más szavakkal, ahelyett, hogy mindkét oldatban egyenlő egyensúlyt keresne az oldószer és az oldott anyag között, a fordított ozmózis elválasztja az oldott anyagot az oldószertől.
A fordított ozmózis nagyon hasznos olyan alkalmazásokban, mint a víz sótalanítása (a só eltávolítása a tengervízből). . Világszerte ma már több mint 13 000 sótalanító üzem működik a világon. A fordított ozmózisban (szó szerint) éppen megfordítjuk a folyamatot azáltal, hogy oldószerünket szűrjük a magas koncentrátumunkból és az alacsonyabb koncentrátumú oldatba, így ahelyett, hogy mindkét oldatban egyenlő egyensúlyt teremtenénk az oldószer és az oldott anyag között, az oldott anyagot elválasztjuk. az oldószertől.