معلومة

التناضح في خلايا الدم الحمراء والبكتيريا

التناضح في خلايا الدم الحمراء والبكتيريا



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

هذا سؤال من امتحان في مقرر علم الأحياء الخاص بي.

تم إدخال الخلايا البكتيرية وخلايا الدم الحمراء البشرية في محلول واحد. عند الاختبار بعد ساعة واحدة ، انفجرت خلايا الدم ، بينما بقيت الخلايا البكتيرية سليمة. ما الجواب الذي يفسر النتائج:

ج: حالت جدران الخلايا البكتيرية دون انفجارها.

ب. جدران خلايا الدم لم تمنع انفجارها.

C. تركيز الذائبة في المحلول يساوي خلايا الدم وتركيز البكتريا الذائبة.

د. تركيز المذاب في المحلول أعلى من تركيز خلايا الدم المذابة.

قال محاضرتي أن الإجابة الصحيحة هي "ب". اعتقدت أن الإجابة الصحيحة هي "أ". ما هي الإجابة الصحيحة ولماذا؟

حسب فهمي ، لا تحتوي خلايا الدم الحمراء على جدار خلوي ، بل غشاء ، ولهذا برأيي لا يمكنك القول إنه منع الانفجار إذا لم يكن موجودًا. من ناحية أخرى ، تحتوي البكتيريا على جدار خلوي ، ولهذا السبب اعتقدت أن هذه الإجابة هي الإجابة الصحيحة.


في حالة عدم وجود هدف تعليمي محدد للغاية ، إذا كان (ب) صحيحًا ، فهذا سؤال ضعيف. في دورة علم الأحياء التمهيدية بالمدرسة الثانوية أو الجامعية ، أود أن أقول:

(أ) حالت جدران الخلايا البكتيرية دون انفجارها

ستكون الإجابة الصحيحة ، بسبب منطقك بالضبط. هذا ما تعلمته في علم الأحياء التمهيدي. لقد علمت أن الخلايا الحيوانية لا تحتوي على جدران خلوية. تمتلك البكتيريا والخلايا النباتية جدرانًا خلوية.

انظر الخلية

الخلايا الحيوانية ليست محاطة بجدران الخلايا

بموجب مفهوم جدار الخلية هذا ، من المؤكد أن خلايا الدم الحمراء لا تحتوي عليها.

ومع ذلك ، فإن اختبار هشاشة الخلايا الحمراء التناضحي يأتي من تقليد يستخدم هذه العبارة قوة جدار الخلية لوصف استجابة الخلية الحمراء للإجهاد التناضحي. انظر Orcutt

لقد بدا منطقيًا بالنسبة لنا أن النموذج الذي يعتمد على توزيع قوى الجدار الخلوي يجب أن يعيد إنتاج التباين الملحوظ تجريبيًا لدرجة انحلال الدم كدالة للضغط التناضحي.

ومع ذلك ، إذا كنت تعمل من هذا المنظور ، كيف يمكنك التمييز بين (أ) و (ب)؟ هنا ، نحن لا نأخذ في الاعتبار حقيقة أن الآلية الأساسية للاستجابة للإجهاد التناضحي في معظم الخلايا الحيوانية ، بما في ذلك خلايا الدم الحمراء البشرية ، هي تنظيم تدفق الأيونات ، وليس ضغط مصفوفة صلبة خارج الخلية. إذا كان الحل يحتوي على ouabain ، وهو بالتأكيد لا يحتوي على كرات الدم الحمراء البشرية ، فهل سيكون من الأفضل وصف المشكلة على أنها "جدران خلايا الدم لم تمنع انفجارها"؟

أود أن أطلب من محاضرك توضيح هدف التعلم وراء السؤال. كملاحظة شخصية ، أود أن أشير إلى أن هذا يختلف تمامًا عن مطالبتهم بتبرير الإجابة الصحيحة. بعض المعلمين (العديد ...) حساسون بشكل غريب لأي اقتراح يحتاجون إليه لتبرير خبرتهم ، خاصة عندما يتعلق الأمر بأسئلة الامتحان. إذا جعلته سؤالًا حول هدف التعلم ، فمن المفترض أن يساعدك ذلك على تجنب إثارة تلك الحساسية المعينة.


لم تظهر الخلايا الموضوعة في محلول متساوي التوتر أي تغيير في الشكل. هذه النتائج هي الأساس لحقن السوائل الوريدية للمرضى من قبل المتخصصين في الرعاية الصحية. تم تحديد تأثير درجة الحرارة بوضع برمنجنات البوتاسيوم في كوب من الماء وتعريضه لدرجات حرارة مختلفة. لوحظت زيادة ملحوظة في معدل الانتشار في العينة التي تعرضت لدرجة حرارة 60 درجة مئوية مقارنة بتلك التي تعرضت لدرجات حرارة منخفضة ، ويتكون جسم الإنسان من أنظمة عضوية مختلفة تعمل معًا في الحفاظ على البيئة الأكثر فائدة للكائن الحي.

تحتوي هذه الأنظمة على العديد من الآليات التي تهدف جميعها إلى تنظيم العمليات الجسدية المختلفة. يلعب غشاء البلازما دورًا مهمًا للغاية في حماية الخلية لأنه ينظم المواد التي تدخل وتخرج من الخلية. هذا يضمن أن المواد التي تدخل داخل الخلايا حيوية لوظائف الخلية والتخلص من المواد الضارة. أجريت هذه الدراسة لإثبات الانتشار والتناضح ، لتحديد المحاليل مفرطة التوتر ، منخفضة التوتر ومتساوية التوتر ، لقياس حجم الخلية المكدسة والتحقيق في كيفية تفاعل كريات الدم الحمراء مع تركيزات الذائبة المختلفة.

لتحديد تأثير تركيزات المذاب المختلفة على خلايا الدم الحمراء ، تم خلط عينات الدم مع المواد المذابة المختلفة في أنابيب اختبار مُصنَّفة بشكل صحيح. ثم تم تحديد عكارة المحلول عن طريق وضع أنابيب الاختبار على صفحة مطبوعة من كتاب. لدعم الملاحظات على أنابيب الاختبار ، تم أيضًا جمع العينات من الأنابيب باستخدام ماصات Pasteur وتم وضعها في شرائح زجاجية وتم عرضها تحت المجهر بتكبير 10x40. تم بعد ذلك جدولة النتائج وتسجيلها في الجدول 1.

كما تم تحديد حجم الخلايا المعبأة لعينات الدم بأخذ 15 مل من عينات الدم باستخدام الأنابيب الشعرية. ثم تم إغلاق النهاية غير المملوءة للأنابيب بالكريستاسيل.


ما الذي يسبب ظهور خلايا الدم الحمراء؟

crenation. اسم. إسقاط مدور ، كما هو الحال على هامش قذيفة. حالة أو حالة الوجود كرينات. عملية ناتجة عن التناضح حيث تتعرض خلايا الدم الحمراء ، في محلول مفرط التوتر ، للتقلص وتكتسب سطحًا محززًا أو صدفيًا.

أيضا ، ماذا حدث لخلية مخدرة؟ في سياق علم الأحياء الأساسي ، ldquo وcrenation& rdquo يصف العملية أ زنزانة يخضع عندما يفقد الماء من داخله (العصارة الخلوية عبارة عن ماء إلى حد كبير) ، عبرها زنزانة الغشاء ، إلى السائل المحيط بسبب اختلاف في & ldquoosmotic pressure. هذا يسبب زنزانة تذبل مثل العنب يصبح زبيب (انظر

من هنا ، ما هو Crenation وكيف يحدث؟

crenation. أكسفورد. وجهات النظر المحدثة. crenation انكماش الخلايا التي يحدث عندما يكون المحلول المحيط مفرط التوتر في السيتوبلازم الخلوي. يترك الماء الخلايا عن طريق التناضح ، مما يؤدي إلى تجعد غشاء البلازما وتكثيف المحتويات الخلوية.

كيف تبدو الخلية Crenated؟

دم أحمر Crenation الخلية هناك نكون نوعين مختلفين من كرنيد دم أحمر الخلايا: شوكيات وخلايا شوكية. بدلاً من الشكل المستدير ثنائي التقعر ، كلاهما تظهر الخلايا مع شكل مستدير وإسقاطات شوكية على زنزانة السطحية. في المشوكات ، العمود الفقري نكون قصيرة وموحدة ومتباعدة بانتظام.


11 أمثلة على التناضح في الحياة الحقيقية

التناضح هو عملية طبيعية بسيطة تحدث في كل مكان وداخلنا ، وهي واحدة من أكثر العمليات حيوية لبقائنا على قيد الحياة. كل شيء يميل إلى الوصول إلى التوازن والوصول إلى التوازن ، الدور الأكثر أهمية الذي تلعبه المياه. حتى كل خلية من خلايا أجسامنا ونباتاتنا وحيواناتنا من حولنا تعيش بسبب التناضح. يعمل التناضح باعتباره أ حزام النجاة. من مساعدة الخلايا على البقاء على قيد الحياة إلى تحلية مياه البحر ، فإن العملية المتضمنة هي التناضح. دعونا نتعمق في بعض الأمثلة المثيرة للاهتمام للتناضح في حياتنا اليومية ، ولكن قبل ذلك دعونا نفهم ، ما هو التناضح؟

تعريف التناضح

التناضح هو حركة الماء من أقل تركيزًا الى أكثر تركيزًا الحل من خلال غشاء شبه منفذ.

1. حاسمة في النبات & # 8217s بقاء

عندما نسقي النباتات ، فإننا نسقي عادةً طرف الساق والتربة التي تنمو فيها. ومن ثم فإن جذور النباتات تمتص الماء ومن الجذور تنتقل المياه إلى أجزاء مختلفة من النباتات سواء كانت أوراقًا أو ثمارًا أو أزهارًا. يعمل كل جذر كحاجز شبه نافذ ، والذي يسمح لجزيئات الماء بالانتقال من التركيز العالي (التربة) إلى التركيز المنخفض (الجذور). الجذور لها شعر ، مما يزيد من مساحة السطح وبالتالي كمية الماء التي تمتصها النباتات.

2. يساعد في تنظيم خليتنا وحياة # 8217

نحن نشرب الماء ، ولكن أيضًا خلايانا تمتصه بالتناضح بنفس الطريقة التي تعمل بها جذور النباتات. مع زيادة تركيز النفايات في الخلية ، يزداد الضغط التناضحي بين داخل وخارج جدار الخلية ، وهو غشاء شبه نافذ ، وتمتص الخلية الماء من الدم ، وهو محلول أكثر تمييعًا من ذلك الموجود في الخلية & # 8217s السيتوبلازم. حتى العناصر الغذائية الأساسية والمعادن يتم نقلها من خلال التناضح إلى الخلايا. كما أن أمعائنا تمتص العناصر الغذائية والمعادن من خلال التناضح.

3. من أي وقت مضى حاول نقع الراتنجات أو الفواكه الجافة في الماء. ماذا حدث؟

حسنًا ، عندما ننقع الراتنجات في الماء فإنها تتضخم وهذا كل ما يحدث بسبب التناضح. ينتقل الماء من التركيز العالي إلى التركيز المنخفض ويستمر في التحرك بالتناضح حتى يتم الوصول إلى التوازن ، أي عندما يكون تركيز كلا الحلين هو نفسه.

4. مسؤولة عن أصابعك مجعدة أو مجعدة

عندما نجلس في حوض الاستحمام أو نغمر أصابعنا في الماء لفترة من الوقت تتجعد. وهذا أيضًا بسبب التناضح. يمتص جلد أصابعنا الماء ويتوسع أو ينتفخ مما يؤدي إلى تقليم الأصابع أو تجعدها.

5. قد يقتل التناضح الرخويات أو القواقع

لا بد أنك سمعت عن قتل الرخويات أو القواقع بوضع الملح عليها. حسنًا ، لا شيء سوى عملية التناضح التي تقتلهم. يخرج السائل الموجود بداخلها ويحاول تخفيف تركيز الملح والحفاظ على الطبقة المخاطية ، وبالتالي ينتهي بهم الأمر بإلقاء الماء. الكثير من الملح والرخويات أو القواقع سوف يجف ويموت!

6. السبب وراء الشعور بالعطش

عادة ما نشعر بالعطش بعد تناول الطعام المالح لأن الملح مذاب وبعد تناول الكثير من الملح تصبح خلايانا مركزة بالملح مما يؤدي إلى عملية العطش. لذلك ، تمتص خلايانا الماء ونشعر بالعطش ، وبالتالي نبدأ في شرب الماء.

7. يساعدك على التخلص من التهاب الحلق

في حالة الإصابة بالتهاب الحلق ، تتورم الخلايا والأنسجة المحيطة بالحنجرة بسبب فائض الماء. الماء المالح الذي نستخدمه للغرغرة يحتوي على تركيز ماء أقل من خلايا الحلق. لذلك ، تنتقل جزيئات الماء من خلايا الحلق المنتفخة إلى الماء المالح لتقليل الألم والتورم.

8. يساعد في الحفاظ على طعامك

السبب الذي يجعلنا نتمتع بالمخللات والمربيات لفترة أطول من الوقت دون أي خوف من تلفها هو التناضح. تم استخدام المخللات والمربى على مدى عقود من الزمان كطعام سريع الانتشار وجاهز لتناول الطعام للأطفال وكذلك البالغين. كلاهما يحتويان على نسب عالية من الملح والسكر ، والتي تعمل على التوالي كمادة حافظة طبيعية للفواكه والخضروات. على الرغم من أن الخضار والفواكه معرضة جدًا للهجوم البكتيري إلا أن تركيز الملح والسكر العالي يكون مفرط التوتر لخلايا البكتيريا ، وتفقد خلايا البكتيريا الماء وتقتلها بالجفاف قبل أن تتسبب في حدوث ذلك. غذاء لتفسد.

9. يساعدك في الحصول على الماء النقي

تم تثبيت RO & # 8217s في كل منزل تقريبًا في سيناريو اليوم & # 8217s. في الواقع ، هذا ليس تناضحًا ، بالمعنى الدقيق للكلمة ، ولكن التناضح العكسي هو ما يمثله RO. التناضح العكسي هو عملية التناضح العكسي. بينما يحدث التناضح بشكل طبيعي ، دون تدخل الطاقة ومع ذلك ، لعكس عملية التناضح ، تحتاج إلى تطبيق الطاقة على المحلول الأكثر ملوحة. غشاء التناضح العكسي هو غشاء شبه منفذ يسمح بمرور جزيئات الماء ولكن ليس غالبية الأملاح الذائبة والمواد العضوية والبكتيريا والبيروجينات. ومع ذلك ، فأنت بحاجة إلى & # 8216 دفع & # 8217 الماء من خلال غشاء التناضح العكسي عن طريق الضغط على ضغط أكبر من الضغط الاسموزي الذي يحدث بشكل طبيعي من أجل تحلية (إزالة المعادن أو نزع الأيونات) من المياه في العملية للسماح بمرور الماء النقي أثناء الإمساك عودة غالبية الملوثات. يستخدم التناضح العكسي أيضًا في تحلية مياه البحر على نطاق واسع وتحويلها إلى مياه شرب.

10. يحمي العيون من جفاف العدسات اللاصقة

تتكون العدسات اللاصقة اللينة من مواد شبه منفذة. إذا كنت ترتدي العدسات اللاصقة بعد تخزينها في محلول ملحي معقم ، فإن تركيز المحلول الملحي في العدسات يطابق محتوى الملح في السائل الطبيعي الذي يرطب عينيك ، وتبقى جهات الاتصال رطبة وناعمة ومريحة. إذا قمت بتخزين العدسات اللاصقة في ماء مقطر ، فإن تركيز الملح يكون أعلى في سائل العين ويتدفق الماء من العدسات اللاصقة ويجففها ببطء.

11. يساعد في الحفاظ على توازن الماء في أجسامنا

الكلى هي العضو الحيوي في الجسم ، والتي تساعد في التخلص من الفضلات والمواد السامة. يحدث التناضح لاستعادة المياه من النفايات. غسيل الكلى هو مثال على التناضح. في هذه العملية ، يقوم جهاز غسيل الكلى بإزالة الفضلات من دم المريض من خلال غشاء غسيل (يعمل كغشاء شبه منفذ) ويمررها إلى خزان محلول غسيل الكلى. لا يمكن لخلايا الدم الحمراء الكبيرة الحجم أن تمر عبر الغشاء ويتم الاحتفاظ بها في الدم. وبالتالي ، من خلال عملية التناضح ، يتم إزالة النفايات باستمرار من الدم.


في الأساس ، يصبح هذا المفهوم مهمًا عندما نبدأ في إدارة حلول مفرطة التوتر أو منخفضة التوتر. نحن نفهم أنه إذا كنا سنقبل الماء المعقم بنسبة 100٪ داخل الخلايا للمرضى الذين يعانون من الجفاف ، فإن الخلايا الموجودة داخل الأوعية الدموية (الأوعية الدموية) ستسحب كل هذا السائل بسبب التحول التناضحي (وهذا يعني أساسًا أن السائل سيرغب في ذلك. التحول إلى الخلايا) وسيؤدي ذلك إلى تضخم الخلايا المحلية وتعفنها (تمزق). هذا يعني أن خلايا الدم الحمراء نفسها لن تكون قادرة على حمل الأكسجين وخدمة الغرض منها.

وبالمثل ، إذا كنت ستعطى 50٪ من الجلوكوز عن طريق الوريد ، فإن المحلول مفرط التوتر (الكثير من المواد المذابة) سوف يتسبب في تحول الكثير من السوائل نحوه. الآن ، طالما أن القناة في وريد كبير ، ستكون قادرة على سحب السوائل من منطقة كبيرة. ومع ذلك ، إذا تم إدخال القناة في وريد صغير أو تم إدخالها عن طريق الخطأ في الحيز البيني وليس الوريد ، فلن تتمكن من سحب السائل من كل مكان ، وبالتالي سحب كل السائل من الخلايا المحيطة. سيؤدي ذلك إلى تقلص الخلايا (كرينات) ومرة ​​أخرى ، تصبح غير قادرة على الحفاظ على الحياة. في هذه الظروف ، قد يصاب المرضى بالتهاب النسيج الخلوي أو الأوردة التالفة.

أمثلة على التناضح في الخلايا؟

يصبح هذا مهمًا عند النظر إلى بنية الخلايا في علم الأحياء.

إذا كانت الخلية تحتوي على تركيز عالٍ من المذاب (الملح) ، فسوف تسحب السائل إلى خليتها. إذا سمح له بالاستمرار في القيام بذلك ، فسوف ينتفخ في النهاية ويتمزق (وهذا ما يسمى تحلل الخلية).

إذا كانت الخلية تحتوي على تركيز منخفض من مادة مذابة ، فإنها ستفقد السوائل حيث يُسمح بسحب السائل الموجود داخل الخلية من الخلية من خلال التناضح إلى الفضاء البيني. سيؤدي هذا إلى تقلص الخلية (وهذا ما يسمى تسلسل الخلية).

أمثلة على تطبيق التناضح

فيما يلي أمثلة على التناضح لأولئك منكم الذين يحتاجون إلى رؤية مثال لفهم العلم بوضوح (مثلي) & # 8230

مثال على التناضح 1.

إذا وضعت الأرز في وعاء من الماء ، فسوف ينتقل الماء إلى الأرز مما يتسبب في انتفاخه ، بينما يتسبب في انخفاض مستوى الماء.

مثال على التناضح 2.

إذا تم وضع خلية في حاوية مليئة بمحلول منخفض التوتر (ليس الكثير من المواد المذابة) ، فإن السائل الموجود في تلك الحاوية سيرغب بشكل طبيعي في أن يتم سحبه إلى الخلية وهذا سيؤدي إلى تضخم الخلية وتمزقها (الليز).

مثال على التناضح 3.

إذا تم وضع خلية في حاوية مليئة بمحلول مفرط التوتر ، فإن الخلية ستفقد السوائل لأنها تنتشر خارج الخلية إلى منطقة تركيز مذاب أكبر. سيؤدي هذا إلى تقلص الخلية (كرينات).

مثال على التناضح 4.

في الطب ، إذا سحب المريض في الماء المالح ، فإن الماء مفرط التوتر في الرئتين سيؤدي إلى سحب المزيد من السوائل من الشرايين الرئوية إلى الألفيولي والرئتين. سيؤدي هذا في كثير من الأحيان إلى وذمة رئوية أكثر من المريض الذي سحب المياه العذبة.

مثال على التناضح 5.

إذا كنت تعترف بالمحلول الملحي الطبيعي للمريض داخل الجين (الذي له نفس الأسمولية مثل الدم / نفس كمية المواد المذابة مثل الدم) ، فهذا يعني أن السائل يبقى دون تغيير ، لأنه ليس تدرجًا تناضحيًا (بشكل أساسي يبقى كل السائل كما هو) . الآن ، إذا كنت ستعطي مانيتول (وهو محلول مفرط التوتر للغاية) ، فسيتم سحب السائل الموجود في الدم من الخلايا إلى محلول المانيتول.

مثال على التناضح 6

عندما يتم قطع جذع النبات ووضعه في الماء (على سبيل المثال إناء) ، فإن الماء سوف يتحرك لأعلى عبر الجذع من خلال عملية التناضح ، حيث يتدفق الماء إلى تركيز أعلى من المذيبات (الموجودة في النبات ).

من خلال فهم هذه الأمثلة على التناضح ، ستتمكن من تطبيق مفهوم التناضح بشكل أفضل على الاستخدامات العملية في الطب ، والمسعفين ، والتمريض ، والعديد من مجالات العلوم العامة.


حقوق النشر: مسعف الطوارئ الطبية 2010-2018. كل الحقوق محفوظة.
يتم توفير جميع المعلومات للأغراض التعليمية فقط ولا ينبغي اعتبارها نصيحة طبية.
المؤلفون سياسة الخصوصية إخلاء المسؤولية سياسة الإعلانات اتصل بنا أهدافنا


معدات ولوازم

المعدات واللوازم التالية مطلوبة.

حلول

ماء مقطر (20 مل لكل زوج من الطلاب).

2.7٪ وزن / حجم محلول كلوريد الصوديوم (2.7 جم كلوريد الصوديوم لكل 100 مل من الماء المقطر) (20 مل لكل زوج من الطلاب بالإضافة إلى ذلك المطلوب لتحضير الدم غير المحلل بالدم). يستخدم محلول المخزون هذا لإعداد جميع حلول كلوريد الصوديوم الأخرى في التجربة.

محلول اليوريا متساوي التناسق (17.1 جم / لتر) (5 مل لكل زوج من الطلاب بالإضافة إلى ذلك المطلوب لتحضير الدم المتحلل).

دم الثدييات الطازجة. يشار إلى هذا الدم في بقية التجربة على أنه دم غير متحلل. وجدنا أنه لا توجد اختلافات ملحوظة في نتيجة التجربة اعتمادًا على نوع الدم المستخدم ، على الرغم من أن قيم انحلال الدم يمكن أن تختلف. قد يكون الحصول على إمدادات الدم من الثدييات مشكلة إذا تم الحصول عليها محليًا مباشرة من مسلخ ، ومع ذلك ، يمكن أيضًا شراء الدم عبر الإنترنت (على سبيل المثال ، http://www.rockland-inc.com/blood-products.aspx). لفصل يضم حوالي 200 طالب يعملون في أزواج ،

مطلوب 1.5 لتر من الدم (

11 مل من الدم لكل زوج من الطلاب والسماح بتكرار التجارب إذا لزم الأمر). يجب معالجة الدم بالهيبارين قبل استخدامه لمنع التجلط عن طريق إضافة الهيبارين الصوديوم (5000 وحدة دولية / مل لكل 1.5 لتر من الدم). ثم يتم استخدام هذا الدم لإنتاج الدم المنحل وغير المنحل على النحو التالي.

الدم المنحل. لتحضير الدم المتحلل بأحجام يمكن التحكم فيها ، يتم قياس 250 مل من الدم غير المتحلل في دورق سعة 600 مل ، مع 250 مل من محلول اليوريا (17.1 جم / لتر) ، ويتم التقليب. ينتج عن توتر اليوريا وحركة الماء التناضحي الناتجة تحلل الخلايا ، وهذا سيشكل الدم المستخدم لإنتاج معايير الهيموجلوبين التي سيتم استخدامها لتقييم درجة انحلال الدم في التجربة. صب 10 مل من الدم المنحل في 50 أنبوبًا للطرد المركزي (واحد لكل زوج من الطلاب) ، المسمى "H" للدم المتحلل ، وجهاز الطرد المركزي عند 6000 دورة في الدقيقة لمدة دقيقتين. كرر حسب كميات الدم المطلوبة ، أي إذا تطلب الأمر 1 لتر ، كرر مرة واحدة.

الدم غير المحلل. لتحضير الدم غير المحلل بالدم بكميات يمكن التحكم فيها ، يتم تحضير 275 مل من الدم غير المحلل للدم (من دم الثدييات الأصلي الطازج المملح بالهيبارين) بإضافة 275 مل من 0.9٪ وزن / حجم ملحي ويتم التقليب برفق. هذا يشكل الدم غير المتحلل ، والذي سيتم استخدامه للجزء الرئيسي من التجربة بتركيز مساوٍ للدم المنحلل. صب 11 مل من الدم غير المحلل في 50 أنبوبًا للطرد المركزي (واحد لكل زوج من الطلاب) مكتوب عليه "N" للدم غير المحلل بالدم. كرر حسب كميات الدم المطلوبة ، أي إذا تطلب الأمر 1 لتر ، كرر مرة واحدة. يُفترض أن تركيز الهيموجلوبين لعينة الدم الأصلية هو 15 جم / ديسيلتر ، ولكن ، حيث يتم تخفيف الدم المنحل 1: 1 مع اليوريا متساوي (17.1 جم / لتر) ويتم تخفيف الدم المكافئ غير المحلل بنسبة 1: 1 باستخدام متساوي (0.9٪ وزن / حجم كلوريد الصوديوم) ، لذلك يُفترض أن يكون تركيز الهيموجلوبين في عينتي الدم 7.5 جم / ديسيلتر (75 جم / لتر).

ادوات

أكواب زجاجية سعة 600 مل (2 لتحضير الدم)

أسطوانات قياس سعة 500 مل (2 لتحضير الدم)

قضبان التحريك (2 لتحضير الدم)

أكواب زجاجية سعة 25 مل للمياه ، 2.7٪ وزن / حجم من كلوريد الصوديوم وتوزيع اليوريا (3 لكل زوج من الطلاب)

1.5 مل من أنابيب إيبندورف البلاستيكية ذات الغطاء المفصلي (11 لكل زوج من الطلاب)

أنابيب طرد مركزي بلاستيكية سعة 10 مل مع غطاء (10 لكل زوج من الطلاب)

رفوف أنبوب الطرد المركزي (1 لكل زوج من الطلاب)

أنابيب زجاجية ميكروية 75 ميكرولتر (كتالوج Hawksley رقم 01603) (6 لكل زوج من الطلاب)

جهاز طرد مركزي مع دوار أنبوب الطرد المركزي ودوار أنبوب دقيق (جهاز طرد مركزي Hettich EBA21 مع دوار 1416 ودوار هيماتوكريت 1450)

قارئات الهيماتوكريت (Hawksley) أو مساطر 30 سم (يمكن مشاركة عدد من القراء / المساطر بين أزواج من الطلاب)

1.5 مل ماصات بلاستيكية يمكن التخلص منها أو ما يعادلها من ماصات Gilson إذا كانت متوفرة (3 ماصات يمكن التخلص منها لكل زوج من الطلاب)

أقلام ماركر (1 لكل زوج من الطلاب)

مستند تعريفي تمهيدي (ورقة واحدة لكل زوج من الطلاب)


التناضح والضغط الاسموزي

الضغط الاسموزي هو العضو الرابع في الرباعية من الخصائص التجميعية التي تنشأ من تخفيف المذيب بواسطة المواد المذابة غير المتطايرة. نظرًا لأهميته الكبيرة ، فإننا نخصص قسمًا منفصلاً لهذا الموضوع مع التركيز بشكل خاص على بعض تطبيقاته العملية العديدة.

أغشية شبه منفذة وتدفق تناضحي

التناضح هو العملية التي يمر فيها السائل عبر غشاء تسمح مسامه بمرور جزيئات المذيبات ولكنها صغيرة جدًا بحيث لا يمكن للجزيئات الذائبة الأكبر أن تمر من خلالها.

يوضح الشكل خلية تناضحية بسيطة. يحتوي كلا الجزأين على ماء ، لكن الجزء الموجود على اليسار يحتوي أيضًا على مادة مذابة تكون جزيئاتها (ممثلة بدوائر زرقاء) كبيرة جدًا بحيث لا يمكن أن تمر عبر الغشاء. العديد من المواد الاصطناعية والطبيعية قادرة على العمل كأغشية شبه منفذة. تندرج جدران معظم الخلايا النباتية والحيوانية ضمن هذه الفئة.

إذا تم إعداد الخلية بحيث يكون مستوى السائل في البداية متماثلًا في كلا الجزأين ، فستلاحظ قريبًا أن السائل يرتفع في الحجرة اليسرى ويسقط في الجانب الأيمن ، مما يشير إلى أن جزيئات الماء من المقصورة اليمنى تهاجر عبر غشاء شبه نافذ وفي الحجرة اليسرى. تُعرف هجرة المذيب هذه بالتدفق الاسموزي ، أو ببساطة التناضح.

ما هي القوة التي تدفع الجزيئات عبر الغشاء؟ هذا سؤال مضلل ، لأنه لا توجد "قوة" حقيقية بالمعنى المادي بخلاف الطاقات الحرارية التي تمتلكها جميع الجزيئات. التناضح هو نتيجة الإحصائيات البسيطة: ستؤدي الحركات الموجهة عشوائيًا لمجموعة من الجزيئات إلى ترك منطقة ذات تركيز عالٍ أكثر من العودة إليها ، حيث يزيد ميل مادة ما من الطور للهروب مع زيادة تركيزها في المرحلة.

الانتشار والتدفق الاسموزي

افترض أنك أسقطت قطعة من السكر في كوب من الشاي دون تحريك. في البداية سيكون هناك تركيز عالٍ جدًا من السكر المذاب في قاع الكوب ، وتركيز منخفض جدًا بالقرب من القمة. نظرًا لأن الجزيئات في حركة عشوائية ، فسيكون هناك المزيد من جزيئات السكر التي تنتقل من منطقة التركيز العالي إلى منطقة التركيز المنخفض أكثر من الاتجاه المعاكس. تُعرف حركة مادة من منطقة عالية التركيز إلى منطقة ذات تركيز منخفض باسم. الانتشار هو نتيجة أ تدرج التركيز (وهو مقياس للاختلاف في ميل المادة في الهروب في مناطق مختلفة من المحلول.

يجب أن تفهم بوضوح أنه لا يوجد في الواقع أي قوة خاصة على الجزيئات الفردية ، فإن انتشار الجزيئات هو مجرد نتيجة للإحصاءات.

الآن نأخذ حلين بتركيز مذيب مختلف ، ويفصل بينهما بواسطة غشاء شبه نافذ. نظرًا لكونه شبه نافذ ، فإن الغشاء غير مرئي بشكل أساسي لجزيئات المذيب ، لذلك ينتشر من منطقة التركيز العالي إلى منطقة التركيز المنخفض تمامًا كما كان من قبل. هذا التدفق من المذيب يشكل ، أو.

يُظهر هذا الرسم التوضيحي جزيئات الماء (الزرقاء) تمر بحرية في كلا الاتجاهين عبر الغشاء شبه القابل للنفاذ ، بينما تظل جزيئات الذائبة الأكبر محاصرة في الحجرة اليسرى ، مما يؤدي إلى تخفيف الماء وتقليل ميله للهروب من هذه الخلية ، مقارنةً بالماء في الجانب الأيمن . ينتج عن هذا التدفق الصافي للمياه من الجانب الأيمن والذي يستمر حتى يؤدي الضغط الهيدروستاتيكي المتزايد على الجانب الأيسر إلى زيادة ميل الماء المخفف للهروب إلى الماء النقي عند 1 ضغط جوي ، وعند هذه النقطة يتحقق التوازن التناضحي.

في حالة عدم وجود غشاء شبه نافذ ، سيستمر الانتشار حتى تصبح تركيزات جميع المواد موحدة طوال المرحلة السائلة. مع وجود الغشاء شبه القابل للنفاذ في مكانه ، وإذا احتوت مقصورة واحدة على مذيب نقي ، فلن يحدث هذا أبدًا بغض النظر عن كمية السائل التي تتدفق عبر الغشاء ، فإن المذيب الموجود في الجانب الأيمن سيكون دائمًا أكثر تركيزًا من ذلك الموجود في الجانب الأيسر. سيستمر التناضح إلى أجل غير مسمى حتى نفاد المذيب ، أو يوقفه شيء آخر.

أعلى اليسار: تجربة رائعة للطلاب (الرسم التوضيحي لا يكشف عن النتائج ، لكن انظر إلى الصورة الرائعة في القسم 3 أدناه). [تفاصيل]

التوازن الاسموزي والضغط الاسموزي

تتمثل إحدى طرق إيقاف التناضح في رفع الضغط الهيدروستاتيكي على جانب المحلول من الغشاء. يقوم هذا الضغط بضغط جزيئات المذيب بالقرب من بعضها البعض ، مما يزيد من ميلها للهروب من المرحلة. إذا طبقنا ضغطًا كافيًا (أو تركنا الضغط يتراكم عن طريق التدفق التناضحي للسائل إلى منطقة مغلقة) ، فإن ميل جزيئات المذيب من المحلول إلى الهروب سيرتفع في النهاية إلى اتجاه الجزيئات في المذيب النقي ، وسيحدث التدفق التناضحي . الضغط المطلوب لتحقيقه التوازن التناضحي يُعرف باسم. لاحظ أن الضغط الاسموزي هو الضغط المطلوب قف التناضح ، وليس للحفاظ عليه.

الضغط الاسموزي والتركيز المذاب

الضغط الاسموزي و Pi (بي) من محلول يحتوي على ن مولات الجسيمات المذابة في محلول الحجم الخامس من خلال معادلة فانت هوف:

بحيث ر هو ثابت الغاز (0.0821 L atm mol & ndash1 K & ndash1) و تي هي درجة الحرارة المطلقة.

لاحظ أن الكسر غير متوفر يتوافق مع مولارية محلول مذاب غير مفكك ، أو ضعف مولارية مذاب منفصل تمامًا مثل NaCl. في هذا السياق ، تشير المولارية إلى المجموع الكلي لتركيزات جميع الأنواع المذابة.

مع الإشارة إلى أن & Pi هو المعادل اليوناني لـ ص، الشكل المعاد ترتيبها & Piالخامس = nRT من المعادلة أعلاه يجب أن تبدو مألوفة. تم بذل الكثير من الجهد في نهاية القرن التاسع عشر لشرح التشابه بين هذه العلاقة و ، ولكن في الواقع ، تبين أن معادلة Van't Hoff ليست سوى تقريب تقريبي للغاية لقانون الضغط الاسموزي الحقيقي ، وهو إلى حد كبير أكثر تعقيدًا وتم اشتقاقه بعد صياغة فانت هوف. على هذا النحو ، تعطي هذه المعادلة نتائج صحيحة فقط للحلول المخففة للغاية (& quotideal & quot).

وفقًا لمعادلة Van't Hoff ، فإن المحلول المثالي الذي يحتوي على 1 مول من الجسيمات الذائبة لكل لتر من المذيب عند 0 درجة مئوية سيكون له ضغط تناضحي يبلغ 22.4 ضغط جوي.

تحتوي مياه البحر على أملاح ذائبة بتركيز أيوني كلي يبلغ حوالي
1.13 مول L & ndash1. ما هو الضغط الذي يجب تطبيقه لمنع التدفق التناضحي للمياه النقية إلى مياه البحر من خلال غشاء منفذ فقط لجزيئات الماء؟

& Pi = MRT = (1.13 mol L & ndash1) (0.0821 L atm mol & ndash1 K & ndash1) (298 K) = 27.6 أجهزة الصراف الآلي

تحديد الوزن الجزيئي بالضغط الاسموزي

نظرًا لأن جميع الخصائص التجميعية للحلول تعتمد على تركيز المذيب ، يمكن أن يكون قياسها بمثابة أداة تجريبية ملائمة لتحديد التركيز ، وبالتالي الوزن الجزيئي للمذاب.

يعتبر الضغط التناضحي مفيدًا بشكل خاص في هذا الصدد ، لأن كمية صغيرة من المذاب ستنتج تغيرًا أكبر بكثير في هذه الكمية مقارنة بنقطة الغليان أو نقطة التجمد أو ضغط البخار. حتى المحلول المولي 10 و ndash6 سيكون له ضغط تناضحي قابل للقياس. كثيرًا ما يتم تحديد الوزن الجزيئي على البروتينات أو البوليمرات الأخرى ذات الوزن الجزيئي العالي. تميل هذه المواد ، نظرًا لحجمها الجزيئي الكبير ، إلى أن تكون قليلة الذوبان فقط في معظم المذيبات ، لذلك غالبًا ما يكون قياس الضغط الاسموزي هو الطريقة العملية الوحيدة لتحديد أوزانها الجزيئية.

وجد أن الضغط التناضحي لمحلول بنزين يحتوي على 5.0 جم من البوليسترين لكل لتر هو 7.6 تور عند 25 درجة مئوية. تقدير متوسط ​​الوزن الجزيئي للبوليسترين في هذه العينة.

الضغط الاسموزي: & Pi = (7.6 torr) / (760 torr atm & ndash1) = 0.0100 atm

باستخدام صيغة معادلة فانت هوف PV = nRT، عدد مولات البوليسترين هو
ن = (0.0100 atm) (1 L) & قسمة (0.0821 L atm mol & ndash1 K & ndash1) (298 K) = 4.09 x 10 & ndash4 mol

الكتلة المولية للبوليسترين: (5.0 جم) وتقسم (4.09 × 10 & ndash4 مول) = 12200 جم مول & ndash1 .

التجربة بسيطة للغاية: يتم إدخال مذيب نقي في جانب واحد من الخلية يتم فصله إلى جزأين بواسطة غشاء شبه نافذ. يتم وضع محلول البوليمر في الجانب الآخر ، والذي يكون مغلقًا ومتصلًا بمقياس ضغط أو نوع آخر من أجهزة قياس الضغط. عندما تنتشر جزيئات المذيب في خلية المحلول ، يتراكم الضغط في نهاية المطاف ، يتطابق هذا الضغط مع الضغط الاسموزي للمحلول ويكون النظام في حالة توازن تناضحي. يُقرأ الضغط الاسموزي من جهاز القياس ويستبدل في معادلة فان ليس هوف لإيجاد عدد مولات المذاب.

التناضح العكسي

إذا تطلب الأمر ضغطًا من & Pi atm لإحداث توازن تناضحي ، فسيترتب على ذلك أن تطبيق ضغط هيدروستاتيكي أكبر من هذا على الجانب عالي الذوبان للخلية التناضحية سيجبر الماء على التدفق مرة أخرى إلى جانب المياه العذبة. هذه العملية ، المعروفة باسم ، هي الآن التكنولوجيا الرئيسية المستخدمة لتحلية مياه المحيطات واستصلاح ونقل المياه من محطات توليد الكهرباء ، والجريان السطحي ، وحتى من مياه الصرف الصحي. كما أنه يستخدم على نطاق واسع لإزالة الأيونات من المياه العادية وتنقيتها للاستخدامات الصناعية (خاصة صناعة المشروبات والأغذية) ولأغراض الشرب.

تستخدم المعالجة المسبقة عادةً ترشيح الكربون المنشط لإزالة المواد العضوية والكلور (الذي يميل إلى إتلاف أغشية التناضح العكسي). على الرغم من أن البكتيريا غير قادرة على المرور عبر الأغشية شبه القابلة للنفاذ ، إلا أن الأخيرة يمكن أن تتسبب في حدوث تسربات ذات ثقوب ، لذلك يُنصح غالبًا ببعض أشكال التطهير.

أغشية للتناضح العكسي

تعتمد الكفاءة والتكلفة أو RO بشكل أساسي على خصائص الغشاء شبه القابل للنفاذ.

تستخدم محطات التناضح العكسي واسعة النطاق خراطيش غشائية متعددة. هذا واحد ، في تامبا باي فلوريدا ، يوفر مياه الشرب المحلاة إلى 2.4 مليون من السكان.

يستهلك مصنع كبير في بيرث بأستراليا حوالي 3.8 كيلو وات ساعة من الطاقة لكل متر مكعب من المياه المعالجة.

العديد من وحدات التناضح العكسي الأصغر ، المناسبة للاستخدام المنزلي ، يمكن وضعها تحت حوض المطبخ. [صورة]

يمكن أن يولد تناضح مياه البحر طاقة كهربائية

وفقًا للمثال 2 أعلاه ، يبلغ الضغط الأسموزي لمياه البحر 26 ضغط جوي. نظرًا لأن ضغطًا قدره 1 ضغط جوي سيدعم عمودًا من الماء يبلغ ارتفاعه 10.6 مترًا ، فهذا يعني أن التدفق التناضحي للمياه العذبة عبر غشاء شبه نافذ إلى مياه البحر يمكن من حيث المبدأ أن يدعم عمودًا من هذا الأخير بمقدار 26 × 10.3 = 276 مترًا (904 قدمًا) !

لذلك تخيل خلية تناضحية يتم فيها تزويد جانب واحد بالمياه العذبة من نهر ، والجانب الآخر بمياه البحر. Osmotic flow of fresh water into the seawater side forces the latter up through a riser containing a turbine connected to a generator, thus providing a constant and fuel-less source of electricity.

The key component of such a scheme, first proposed by an Israeli scientist in 1973 and known as pressure-retarded osmosis (PRO) is of course a semipermeable membrane capable of passing water at a sufficiently high rate.

The world's first experimental PRO plant was opened in 2009 in Norway. Its capacity is only 4 kW, but it serves as proof-in-principle of a scheme that is estimated capable of supplying up to 2000 terawatt-hours of energy worldwide.

The semipermeable membrane operates at a pressure of about 10 atm and passes 10 L of water per second, generating about 1 watt per m 2 of membrane.

PRO is but one form of salinity gradient power that depends on the difference between the salt concentrations in different bodies of water.

Because many plant and animal cell membranes and tissues tend to be permeable to water and other small molecules, osmotic flow plays an essential role in many physiological processes.

Using "normal saline solution" to prevent osmotic disruption of cells

The interiors of cells contain salts and other solutes that dilute the intracellular water. If the cell membrane is permeable to water, placing the cell in contact with pure water will draw water into the cell, tending to rupture it.

This is easily and dramatically seen if red blood cells are placed in a drop of water and observed through a microscope as they burst. This is the reason that "normal saline solution", rather than pure water, is administered in order to maintain blood volume or to infuse therapeutic agents during medical procedures. [image]

In order to prevent irritation of sensitive membranes, one should always add some salt to water used to irrigate the eyes, nose, throat or bowel.

Normal saline contains 0.91% w/v of sodium chloride, corresponding to 0.154 M, making its osmotic pressure close to that of blood.

Osmotic pressure and food preservation

The drying of fruit, the use of sugar to preserve jams and jellies, and the use of salt to preserve certain meats, are age-old methods of preserving food. The idea is to reduce the water concentration to a level below that in living organisms. Any bacterial cell that wanders into such a medium will have water osmotically drawn out of it, and will die of dehydration. A similar effect is noticed by anyone who holds a hard sugar candy against the inner wall of the mouth for an extended time the affected surface becomes dehydrated and noticeably rough when touched by the tongue.

In the food industry, what is known as ماء نشاط is measured on a scale of 0 to 1, where 0 indicates no water and 1 indicates all water. Food spoilage micro-organisms, in general, are inhibited in food where the water activity is below 0.6. However, if the pH of the food is less than 4.6, micro-organisms are inhibited (but not immediately killed] when the water activity is below 0.85.

Osmosis and diarrhea

The presence of excessive solutes in the bowel draws water from the intestinal walls, giving rise to diarrhea. This can occur when a food is eaten that cannot be properly digested (as, for example, milk in lactose-intolerant people). The undigested material contributes to the solute concentration, raising its osmotic pressure. The situation is made even worse if the material undergoes bacterial fermentation which results in the formation of methane and carbon dioxide, producing a frothy discharge. [image]

Water transport in plants: osmosis pushes, hydrogen-bonding pulls

Osmotic flow plays an important role in the transport of water from its source in the soil to its release by transpiration from the leaves, it is helped along by hydrogen-bonding forces between the water molecules. Capillary rise is not believed to be a significant factor.

Carrot power:
root pressure in action

Water enters the roots via osmosis, driven by the low water concentration inside the roots that is maintained by both the active [non-osmotic] transport of ionic nutrients from the soil and by the supply of sugars that are photosynthesized in the leaves. This generates a certain amount of root pressure which sends the water molecules on their way up through the vascular channels of the stem or trunk. But the maximum root pressures that have been measured can push water up only about 20 meters, whereas the tallest trees exceed 100 meters. Root pressure can be the sole driver of water transport in short plants, or even in tall ones such as trees that are not in leaf. Anyone who has seen apparently tender and fragile plants pushing their way up through asphalt pavement cannot help but be impressed! [ knotweed image]

But when taller plants are actively transpiring (losing water to the atmosphere], osmosis gets a boost from what plant physiologists call cohesion tension أو transpirational pull. As each H2O molecule emerges from the opening in the leaf it pulls along the chain of molecules beneath it. So hydrogen-bonding is no less important than osmosis in the overall water transport process.

If the soil becomes dry or saline, the osmotic pressure outside the root becomes greater than that inside the plant, and the plant suffers from “water tension”, i.e., wilting.

Osmosis and evolution: Do fish drink water? Do they pee?

The following section is a bit long, but for those who are interested in biology it offers a beautiful example of how the constraints imposed by osmosis have guided the evolution of ocean-living creatures into fresh-water species . It concerns ammonia NH3, a product of protein metabolism that is generated within all animals, but is highly toxic and must be eliminated.

Marine invertebrates (those that live in seawater) are covered in membranes that are fairly permeable to water and to small molecules such as ammonia. So water can diffuse in either direction as required, and ammonia can diffuse out as quickly as it forms. Nothing special here.

But invertebrates that live in fresh water have a problem: the salt concentrations within their bodies are around 1%, much greater than in fresh water. For this reason they have evolved surrounding membranes that are largely impermeable to salts (to prevent their diffusion out of the body) and to water (to prevent osmotic flow in.) But these organisms must also be able to exchange oxygen and carbon dioxide with their environment. The special respiratory organs (gills) that mediate this process, as a consequence of being permeable to these two gases, will also allow water molecules (whose sizes are comparable to those of the respiratory gases) to pass through. In order to protect fresh-water invertebrates from the disastrous effects of unlimited water inflow through the gill membranes, these animals possess special excretory organs that expel excess water back into the environment. Thus in such animals, there is a constant flow of water passing through the body. Ammonia and other substances that need to be excreted are taken up by this stream which constitutes a continual flow of dilute urine.

Fishes fall into two general classes: most fish have bony skeletons and are known as teleosts. Sharks and rays have cartilage instead of bones, and are called elasmobranchs.

For the teleosts that live in fresh water, the situation is very much the same as with fresh-water invertebrates they take in and excrete water continuously.

Marine teleosts have a more difficult problem. Their gills are permeable to water, as are those of marine invertebrates. But the salt content of seawater (about 3%), being higher than the about 1% in the fish’s blood, would draw water out of the fish. Thus these animals are constantly losing water, and would be liable to desiccation if water could freely pass out of their gills. Some does, of course, and with it goes most of its nitrogen in the form of NH3.

Thus most of the waste nitrogen exits not through the usual excretory organs as with most vertebrates, but through the gills. But in order to prevent excessive loss of water, the gills have reduced permeability to this water, and with it, to comparably-sized NH3. So in order to prevent ammonia toxicity, the remainder of it is converted to a non-toxic substance (trimethylamine oxide (CH3)3NO) which is excreted via the kidneys.

The marine elasmobranchs solve the loss-of-water problem in another way: they convert waste ammonia to urea (NH3)2CO which is highly soluble and non-toxic. Their kidneys are able to control the quantity of urea excreted so that their blood retains about 2-2.5 percent of this substance. Combined with the 1 percent of salts and other substances in their blood, this raises the osmotic pressure within the animal to slightly above that of seawater, Thus the same mechanism that protects them from ammonia poisoning also ensures them an adequate water supply.

The fresh-water elasmobranchs, which are believed to be descended from their marine relatives, also convert ammonia into urea, but their kidneys excrete nearly all of it.

For more on osmoregulation in fish evolution, see
From Sea to Freshwater
(U. Manchester, UK)

Further evidence that detoxification of ammonia evolved primarily as an adaptation to limited water supply is seen in many other organisms. For example, tadpoles excrete ammonia directly into the water in which they hatch, but when they develop into frogs, the kidneys excrete urea. Humans, as animals that have descended from reptiles, retain the mechanism that converts ammonia into urea.

Make sure you thoroughly understand the following essential concepts that have been presented above.

  • Define a semipermeable membrane in the context of osmotic flow.
  • Explain, in simple terms, what fundamental process "drives" osmotic flow.
  • What is osmotic pressure, and how is it measured?
  • Osmotic pressure can be a useful means of estimating the molecular weight of a substance, particularly if its molecular weight is quite large. Explain in your own words how this works.
  • What is reverse osmosis, and what is its principal application?
  • Explain the role of osmotic pressure in food preservation, and give an example.
  • Describe the role osmosis plays in the rise of water in plants (where is the semipermeable membrane?), and why it cannot be the only cause in very tall trees.

© 2010-2018 by Stephen Lower - last modified 2018-03-06

For information about this Web site or to contact the author,
please see the Chem1 Virtual Textbook الصفحة الرئيسية.

The Chem1 Virtual Textbook home page is at http://www.chem1.com/acad/virtualtextbook.html

Chem1 Osmosis and osmotic pressure covers this topicfor a course in General Chemistry . إنه جزء من General Chemistry Virtual Textbook , a free, online reference textbook for General Chemistry by Stephen Lower of Simon Fraser University .

This chapter covers the following topics: semipermeable membranes and osmotic flow, osmotic equilibrium, osmotic pressure practical applications of osmosis, reverse osmosis, osmosis in biology and physiology. . It can be accessed directly at http://www.chem1.com/acad/webtext/solut/solut-4.html .

This material is directed mainly at the first-year college level, but much of it is also suitable for high-school students. It is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 Unported License .


Active Transport

النقل النشط mechanisms require the use of the cell’s energy, usually in the form of adenosine triphosphate (ATP). إذا كان لابد من انتقال مادة إلى الخلية عكس تدرج تركيزها - أي إذا كان تركيز المادة داخل الخلية أكبر من تركيزها في السائل خارج الخلية (والعكس صحيح) - فيجب على الخلية استخدام الطاقة لتحريك المادة. تقوم بعض آليات النقل النشطة بنقل المواد ذات الوزن الجزيئي الصغير ، مثل الأيونات ، عبر الغشاء. آليات أخرى تنقل جزيئات أكبر بكثير.

Electrochemical Gradient

لقد ناقشنا تدرجات التركيز البسيطة - التراكيز التفاضلية للمادة عبر الفضاء أو الغشاء - ولكن في الأنظمة الحية ، تكون التدرجات أكثر تعقيدًا. Because ions move into and out of cells and because cells contain proteins that do not move across the membrane and are mostly negatively charged, there is also an electrical gradient, a difference of charge, across the plasma membrane. يكون الجزء الداخلي من الخلايا الحية سالبًا كهربائيًا فيما يتعلق بالسائل خارج الخلية الذي يتم الاستحمام فيه ، وفي الوقت نفسه ، تحتوي الخلايا على تركيزات أعلى من البوتاسيوم (K +) وتركيزات أقل من الصوديوم (Na +) مقارنة بالسائل خارج الخلية . لذلك في الخلية الحية ، يميل تدرج تركيز Na + إلى دفعه إلى الخلية ، ويميل التدرج الكهربائي لـ Na + (أيون موجب) أيضًا إلى دفعه إلى الداخل إلى الداخل سالب الشحنة. ومع ذلك ، فإن الوضع أكثر تعقيدًا بالنسبة لعناصر أخرى مثل البوتاسيوم. يميل التدرج الكهربائي لـ K + ، أيون موجب ، أيضًا إلى دفعه إلى الخلية ، لكن تدرج التركيز لـ K + يميل إلى دفع K + خارج من الخلية (الشكل 1). يُطلق على التدرج المركب للتركيز والشحنة الكهربائية التي تؤثر على أيون اسمها electrochemical gradient.

سؤال الممارسة

الشكل 1. تنشأ التدرجات الكهروكيميائية من التأثيرات المجمعة لتدرجات التركيز والتدرجات الكهربائية. (الائتمان: & # 8220Synaptitude & # 8221 / ويكيميديا ​​كومنز)

يعتبر حقن محلول البوتاسيوم في دم الشخص مميتًا ، ويستخدم في عقوبة الإعدام والقتل الرحيم. Why do you think a potassium solution injection is lethal?

Moving Against a Gradient

لتحريك المواد عكس التركيز أو التدرج الكهروكيميائي ، يجب أن تستخدم الخلية الطاقة. يتم حصاد هذه الطاقة من ATP المتولدة من خلال استقلاب الخلية & # 8217s. آليات النقل النشطة ، تسمى مجتمعة مضخاتتعمل ضد التدرجات الكهروكيميائية. تمر المواد الصغيرة باستمرار عبر أغشية البلازما. يحافظ النقل النشط على تركيزات الأيونات والمواد الأخرى التي تحتاجها الخلايا الحية في مواجهة هذه الحركات السلبية. قد يتم إنفاق الكثير من إمدادات الخلية من الطاقة الأيضية في الحفاظ على هذه العمليات. (تُستخدم معظم الطاقة الأيضية لخلايا الدم الحمراء & # 8217s للحفاظ على عدم التوازن بين مستويات الصوديوم والبوتاسيوم الخارجية والداخلية التي تتطلبها الخلية.) نظرًا لأن آليات النقل النشطة تعتمد على استقلاب الخلية و # 8217s للحصول على الطاقة ، فهي حساسة للكثيرين السموم الأيضية التي تتداخل مع إمداد الـ ATP.

توجد آليتان لنقل المواد ذات الوزن الجزيئي الصغير والجزيئات الصغيرة. النقل النشط الأساسي يحرك الأيونات عبر الغشاء ويحدث فرقًا في الشحنة عبر هذا الغشاء ، والذي يعتمد بشكل مباشر على ATP. النقل النشط الثانوي يصف حركة المادة التي ترجع إلى التدرج الكهروكيميائي الذي تم إنشاؤه بواسطة النقل النشط الأولي الذي لا يتطلب ATP بشكل مباشر.

Carrier Proteins for Active Transport

من أهم تكيفات الغشاء للنقل النشط وجود بروتينات أو مضخات حاملة محددة لتسهيل الحركة: هناك ثلاثة أنواع من هذه البروتينات أو الناقلون (الشكل 2). أ أحادي القارب يحمل أيونًا أو جزيءًا محددًا. أ المتناغم يحمل اثنين من الأيونات أو الجزيئات المختلفة ، وكلاهما في نفس الاتجاه. ان مضاد الحمى يحمل أيضًا اثنين من الأيونات أو الجزيئات المختلفة ، ولكن في اتجاهات مختلفة. All of these transporters can also transport small, uncharged organic molecules like glucose. توجد هذه الأنواع الثلاثة من البروتينات الحاملة أيضًا في الانتشار الميسر ، لكنها لا تتطلب ATP للعمل في هذه العملية. بعض الأمثلة على مضخات النقل النشط هي Na + - K + ATPase ، التي تحمل أيونات الصوديوم والبوتاسيوم ، و H + - K + ATPase ، التي تحمل أيونات الهيدروجين والبوتاسيوم. Both of these are antiporter carrier proteins. هناك نوعان من البروتينات الحاملة الأخرى هما Ca2 + ATPase و H + ATPase ، والتي تحمل الكالسيوم وأيونات الهيدروجين فقط ، على التوالي. كلاهما مضخات.

الشكل 2. أحادي القارب يحمل جزيء أو أيونًا واحدًا. يحمل المتناظر جزيئين أو أيونات مختلفة ، كلاهما في نفس الاتجاه. يحمل مضاد الحمى أيضًا جزيئين أو أيونات مختلفة ، ولكن في اتجاهات مختلفة. (الائتمان: تعديل العمل بواسطة & # 8220Lupask & # 8221 / ويكيميديا ​​كومنز)

Primary Active Transport

The primary active transport that functions with the active transport of sodium and potassium allows secondary active transport to occur. The second transport method is still considered active because it depends on the use of energy as does primary transport (Figure 3).

Figure 3. Primary active transport moves ions across a membrane, creating an electrochemical gradient (electrogenic transport). (الائتمان: تعديل العمل لماريانا رويز فيلاريال)

One of the most important pumps in animals cells is the sodium-potassium pump (Na + -K + ATPase), which maintains the electrochemical gradient (and the correct concentrations of Na + and K + ) in living cells. The sodium-potassium pump moves K + into the cell while moving Na+ out at the same time, at a ratio of three Na + for every two K + ions moved in. The Na + -K + ATPase exists in two forms, depending on its orientation to the interior or exterior of the cell and its affinity for either sodium or potassium ions. The process consists of the following six steps.

  1. مع توجيه الإنزيم نحو الجزء الداخلي للخلية ، يكون للناقل تقارب كبير لأيونات الصوديوم. ترتبط ثلاثة أيونات بالبروتين.
  2. ATP is hydrolyzed by the protein carrier and a low-energy phosphate group attaches to it.
  3. نتيجة لذلك ، يغير الناقل شكله ويعيد توجيه نفسه نحو الجزء الخارجي من الغشاء. The protein’s affinity for sodium decreases and the three sodium ions leave the carrier.
  4. The shape change increases the carrier’s affinity for potassium ions, and two such ions attach to the protein. بعد ذلك ، تنفصل مجموعة الفوسفات منخفضة الطاقة عن الناقل.
  5. مع إزالة مجموعة الفوسفات وإرفاق أيونات البوتاسيوم ، يعيد البروتين الحامل وضعه نحو داخل الخلية.
  6. The carrier protein, in its new configuration, has a decreased affinity for potassium, and the two ions are released into the cytoplasm. يمتلك البروتين الآن تقاربًا أكبر مع أيونات الصوديوم ، وتبدأ العملية مرة أخرى.

Several things have happened as a result of this process. At this point, there are more sodium ions outside of the cell than inside and more potassium ions inside than out. لكل ثلاثة أيونات من الصوديوم تتحرك للخارج ، يتحرك اثنان من أيونات البوتاسيوم إلى الداخل. ينتج عن ذلك أن يكون الجزء الداخلي أكثر سالبة قليلاً بالنسبة إلى الخارج. هذا الاختلاف في المسؤولية مهم في تهيئة الظروف اللازمة للعملية الثانوية. The sodium-potassium pump is, therefore, an electrogenic pump (a pump that creates a charge imbalance), creating an electrical imbalance across the membrane and contributing to the membrane potential.

Secondary Active Transport (Co-transport)

يجلب النقل النشط الثانوي أيونات الصوديوم ، وربما مركبات أخرى ، إلى الخلية. نظرًا لأن تركيزات أيون الصوديوم تتراكم خارج غشاء البلازما بسبب عمل عملية النقل الأولية النشطة ، يتم إنشاء تدرج كهروكيميائي. If a channel protein exists and is open, the sodium ions will be pulled through the membrane. This movement is used to transport other substances that can attach themselves to the transport protein through the membrane (Figure 4). Many amino acids, as well as glucose, enter a cell this way. This secondary process is also used to store high-energy hydrogen ions in the mitochondria of plant and animal cells for the production of ATP. يتم ترجمة الطاقة الكامنة التي تتراكم في أيونات الهيدروجين المخزنة إلى طاقة حركية حيث تتدفق الأيونات عبر بروتين القناة سينسيز ATP ، وتستخدم هذه الطاقة لتحويل ADP إلى ATP.

سؤال الممارسة

An electrochemical gradient, created by primary active transport, can move other substances against their concentration gradients, a process called co-transport or secondary active transport.

Figure 4. (credit: modification of work by Mariana Ruiz Villareal)


Osmosis in red blood cells and bacteria - Biology

Plagiarism-free Papers Producing unique texts is what drives our service. We check every paper for plagiarism before sending it you. Our bespoke software ensures that what you receive hasn’t been published before. Our developers keep the scanner updated with the latest algorithms. Thus, it runs with great accuracy without any downtimes. We give you the confidence to subject your paper to the scrutiny of course tools, like Turnitin.

Loyalty Discounts We reward return customers with discounts. And not just any discounts – we increase the price cuts depending on how much you spend over time. Let’s say you pay for more than 10 orders for the duration of a course. We’ll give you 15% off on all the other papers you order. الأمر بهذه البساطة.

Free Revisions Our team of writers will make your experience fulfilling by getting it right the first time. But, where necessary, you could always ask for some tweaks. Since we’re as obsessed with perfection as you are, we will revise your paper until you are fully satisfied with it. And, if you don’t introduce new requirements or ask for a change of approach, we will not charge you anything extra.

Money Back Guarantee We give 100% money-back guarantees on all orders. If a paper falls way below your expectations, you’re entitled to a full refund. You could even get a partial refund if you raise concerns about quality, and we substantiate them.

Safe & Secure Payments We work with PayPal to ensure that you pay in a safe and secure way. We don’t get any access to your card details when you pay through PayPal. This approach protects you against online fraud and identity theft. It also gives you an added layer of security by making the transactions reversible.

Round-the-clock Support The Support Team is the main interface between us and you. Thus, we keep our communication lines open at all hours of the day, every day. The service is friendly and responsive to make your experience as smooth as possible. Call, chat, or email – we will not keep you waiting.

Plagiarism free We at ExtraEssay.com take the uniqueness of every delivered paper seriously. We consistently check for plagiarism before the papers are sent to you. This ensures the originality of our writers’ work. Each paper is run with a robust and up to date specially designed plagiarism software tool. Furthermore, our plagiarism software tool is consistently upgraded to ensure that it detects plagiarized texts with high certainty and accuracy.

Rewarding discounts for returned customers We have elaborated a loyalty system where your lifetime discount grows progressively depending on the overall amount spent with us. If you want to defer more than 10 papers to us - you will get 15% discount on all the next papers. The more you order - the bigger discount you get. No strings attached!

Free Revisions Perfection can take multiple efforts, and it is especially significant to know that you can request free corrections according to your comments if you dislike the paper, or want it to be refined. No additional cost is applied for your requests, as long as they are not new or contradictory ones.

Money Back Guarantee If you see that the paper is not completed per your guidelines, you are eligible for a 100% money-back before you accept the paper, or a partial refund for whatever quality concerns.

Secure Payments and Confidentiality We cooperate with PayPal, where you can pay both with your balance and credit/debit card. PayPal is a secure payment method that we work exclusively with to avoid any possible fraud..

Round-the-clock Support The Support Team is the main interface between us and you. Thus, we keep our communication lines open at all hours of the day, every day. The service is friendly and responsive to make your experience as smooth as possible. Call, chat, or email – we will not keep you waiting.


شاهد الفيديو: Red blood cells under the microscope, hypo and hypertonic solutions (سبتمبر 2022).