загрузка...
загрузка...
На головну

Роль осмосу в біологічних процесах

  1. біологічних наук
  2. У глобальному потеплінні може бути винен недолік променів з відкритого космосу
  3. У ізохорно процесах вся теплота, повідомлена системі або виділена нею, визначається зміною внутрішньої енергії системи
  4. У хімічних процесах
  5. Взаємозв'язок біологічних і соціальних факторів у психічному розвитку особистості
  6. Взаємозв'язок біологічних і соціальних факторів у психічному розвитку.
  7. Види взаємозв'язків в масових явищах і процесах

Осмос має велике значення в життєдіяльності людини, тварин і рослинних організмів. Як відомо, всі біологічні тканини складаються з клітин, всередині яких знаходиться рідина (цитоплазма), що представляє собою розчин різних речовин в Н2О. Оболонка клітини напівпроникності і через неї досить вільно проходить вода.

Іони електролітів і молекули інших речовин оболонка пропускає строго вибірково.

Зовні клітини омиваються міжклітинної рідиною, теж представляє собою водний розчин. Причому концентрація розчинених речовин всередині клітин більше, ніж в міжклітинної рідини. Внаслідок осмосу спостерігається перехід розчинника із зовнішнього середовища в клітку, що викликає її часткове набухання або тургор. При цьому клітина набуває відповідну пружність і еластичність. Тургор сприяє збереженню певної форми органів у тварин організмів, стебел і листя у рослин. У зрізаних рослинах в результаті випаровування води об'єм між- і внутрішньоклітинної рідини зменшується, знижується осмотичний тиск, пружність клітин знижується і рослина в'яне. Зволоження рослин, переміщення їх в воду викликає осмос і знову повідомляє тканинам пружність.

Кров, лімфа, тканинні рідини людини є водні розчини молекул і іонів багатьох речовин і мають внаслідок цього певним осмотичним тиском. Причому протягом усього життя організму біологічні рідини зберігають свій тиск на постійному рівні, незалежно від стану зовнішнього середовища. Це явище називається інакше ізоосмія людського організму і є складовою частиною більш загального процесу - гомеостазу або сталості ряду фізико-хімічних показників внутрішнього середовища людини в зовнішніх умовах.

Ізоосмія особливо властива таким біологічних рідинах, як кров і лімфа. Так, осмотичний тиск крові у людини практично постійно, і при 37оЗ змінюється в межах 740-780 кПа (тобто, майже в 8 разів більше атмосферного).

Осмотичний тиск крові у різних живих організмів неоднаково. Так, у жаб воно нижче, ніж у людини, а у деяких морських тварин, навпаки, більше.

При зміні тиску крові організм прагне відновити його, видаливши з крові надлишок розчинених частинок (якщо тиск підвищується) або, навпаки, збільшуючи число кінетично активних частинок (якщо тиск знижується). Основну роль в регуляції осмотичного тиску крові грають нирки. У меншій мірі в збереженні ізоосмія беруть участь тканини печінки і підшкірної клітковини. Вони здатні накопичувати надлишкові кількості солей. При ураженні нирок внесок підшкірної клітковини в підтримку осмотичного тиску різко збільшується. Зміст солей в її клітинах зростає, що призводить внаслідок осмосу до значного збільшення обсягу клітин і появи набряклості.

Ізоосмія регулюється, перш за все, центральною нервовою системою і діяльністю залоз внутрішньої секреції.

Відхилення осмотичного тиску крові від норми викликає хворобливий стан. Так, при його зниженні спостерігаються блювота, судоми, затемнення свідомості. Підвищення осмотичного тиску супроводжується набряком, порушенням серцевої діяльності.

У деяких випадках зміни осмотичного тиску в обмежених ділянках тканин можуть бути досить великими. Так, при локальних запальних процесах білкові молекули в клітинах розпадаються на масу дрібніших фрагментів, збільшуючи, тим самим, число розчинених частинок в них. Вода з навколишніх тканин і судин спрямовується в ці клітини і значно збільшує їх обсяг. При цьому в районі запального вогнища виникає пухлина, при розрізі або проколі якої гнійна рідина витікає з неї під великим тиском.

Розчини, осмотичний тиск яких дорівнює осмотичного тиску розчину, прийнятого за стандарт, називаються ізотонічними. У медицині осмотичнийтиск розчинів порівнюють з осмотичним тиском крові. Ізотонічними по відношенню до крові є 0,9% (0,15 М) розчин NaCl і 4,5-5% розчин глюкози. У цих розчинах концентрація частинок розчиненої речовини така ж, як і в плазмі крові. Відмінність полягає лише в тому, що до складу крові входить не тільки NaCl або глюкоза, але і цілий ряд інших речовин. Їх сумарна концентрація зветься осмолярності (изотонической концентрації) І являє собою хімічну кількість всіх кінетично активних (тобто здатних до самостійного руху) частинок (незалежно від їх форми, розмірів і природи), що містяться в 1 літрі плазми крові.

Осмолярність концентрація крові у людини становить 0,287-0,303 моль / л.

Ізотонічні розчини NaCl і глюкози називають часто фізіологічними розчинами. Хоча в даний час цей термін для них визнаний невдалим, тому що, строго кажучи, істинним фізіологічним розчином є розчин, за своїм кількісним і якісним складом максимально наближений до плазми крові.

Розчини, що володіють більш високим осмотичним тиском, ніж плазма крові, називаються гіпертонічними, А розчини, що мають більш низький тиск - гіпотонічними.

При різних лікувальних процедурах в кров людини в великих кількостях слід вводити тільки ізотонічні розчини, щоб не викликати осмотичний конфлікт через різке невідповідності між осмотичним тиском біологічної рідини і введеного розчину.

При контакті клітини з гіпертонічним розчином відбувається відтік води з клітини через мембрану в навколишнє середовище. Клітка при цьому втрачає свою пружність внаслідок зневоднення і зменшується в обсязі (зморщується). Нормальний перебіг фізичних і хімічних процесів в ній порушується (рис. 25).

Мал. 25. Схематичне зображення процесів плазмолізу (а) і лізису (б), що протікають в результаті приміщення клітини, відповідно, в гіпертонічний або гіпотонічний розчини

Дане явище називається плазмоліз або екзосмосом.

Плазмоліз в більшості випадків є оборотним процесом. Плазмолізірованние клітини, поміщені в ізотонічний розчин, знову набухають, відновлюючи свою життєдіяльність. Але при занадто сильному і тривалому зневодненні клітина може втратити свою життєздатність.

При контакті з гіпотонічним розчином вода з зовнішнього середовища переходить всередину клітини. В результаті цього клітина збільшується, і може статися розрив її оболонки. Дане явище називається лизисом або ендосмосом(Рис. 25).

Якщо в якості клітинної культури використовувати еритроцити, то внаслідок розриву їх оболонок зовнішнє середовище забарвиться гемоглобіном в червоний колір. В цьому випадку дане явище називають інакше гемолизом (або ерітроцітолізом).

Гемоліз є окремим випадком більш загального явища - цитолізу (Руйнування тваринних і рослинних клітин під впливом різних причин).

У крові руйнування оболонки у всіх еритроцитів настає якщо її осмотичний тиск знижується до 260-300 кПа. Колір крові при цьому частково змінюється і приймає характерний, «лаковий» відтінок.

У клінічній практиці в деяких випадках можуть застосовуватися не тільки изотонические, але і гіпертонічні розчини. Наприклад, в хірургії використовують марлеві смужки, змочені в гіпертонічному розчині NaCl, для накладення на гнійні рани. При цьому внаслідок осмосу ток рідини направляється по марлі назовні з рани, що сприяє постійному очищенню рани від гною, мікроорганізмів, продуктів розпаду і т.д. (Рис. 26).

Мал. 26. Принцип застосування гіпертонічних пов'язок для очищення уражених тканин від гною і продуктів розпаду

Гіпертонічні розчини вводять внутрішньовенно при глаукомі, щоб знизити внутрішньоочний тиск через підвищеного вмісту рідини в передній камері ока.

Явищем осмосу пояснюють проносну дію глауберовой (Na2SO4 · 10H2O) і гіркого (MgSO4 · 7H2O) солей.

Ці солі погано всмоктуються в кров і тому їх висока концентрація в кишечнику викликає інтенсивний перехід води всередину його з навколишніх тканин, сприяючи послаблювальну дію.

Багато бактеріальні клітини мають високий осмотичний тиск. При дії антибіотиків (наприклад, пеніциліну) відзначено зниження процес біосинтезу стінок зростаючих стрептококів. Вони стають неміцними і під дією внутрішнього осмотичного тиску легко руйнуються.

Таким чином, розуміння осмотических процесів і контроль за ними, а також вміння надавати на їх перебіг той чи інший вплив має вкрай важливе значення в біології та медицині.

Тиск насиченої пари розчинника
над розчином. закон Рауля

Якщо в замкнутий посудину, з якого попередньо видалили повітря, помістити чистий розчинник, наприклад, воду (рис. 27), то в результаті природного процесу випаровування над рідиною утворюється пара. Він буде складатися з молекул рідини, що відірвалися від її верхнього шару в результаті свого хаотичного теплового руху і перейшли в газову фазу. На вчинення даного процесу необхідно затратити певну кількість енергії, щоб подолати сили тяжіння між молекулами рідкої фази. Ендотермічний процес випаровування звернемо. У міру накопичення молекул в газовій фазі над поверхнею рідини одночасно почне протікати і зворотний процес - конденсація пара, тобто перехід молекул розчинника назад в рідину. Причому конденсація є екзотермічним процесом і супроводжується виділенням теплоти.

Мал. 27. Рівновага рідина - пара (схема)

Згодом швидкості обох процесів зрівняються і в системі встановиться динамічна рівновага, при якому число молекул розчинника, що випарувалися з поверхні рідини за одиницю часу, буде дорівнює числу молекул, що перейшли в рідину з газоподібного середовища. Але при цьому якесь постійне і не змінюється в часі число молекул розчинника буде перебувати над його поверхнею, утворюючи насичений пар. Тиск цього пара на рідину називають тиском насиченої пари чистого розчинника (р0). Його можна виміряти за допомогою манометра (рис. 27).

При незмінній температурі і зовнішньому тиску р0 залишається постійним, залежить тільки від природи рідини і тому є однією з її фізичних характеристик.

Так, при температурі 293 K (20оС) тиск насиченої пари Н2Про одно 2,319 кПа; етилового спирту - 5,85 кПа; діетилового ефіру - 58,93 кПа.

При підвищенні температури відповідно до принципу Ле-Шательє рівновага зміщується в бік ендотермічного процесу випаровування. В результаті чого кількість молекул рідини над її поверхнею почне збільшуватися. Це призведе до зростання тиску насиченої пари, коли система знову прийде в рівновагу.

Якщо розчинити невелику кількість якого-небудь нелетучего речовини [1] (молекули якого не можуть переходити в газову фазу), концентрація вільних молекул розчинника в верхньому шарі рідини зменшиться, тому що частина місць там займуть частки розчиненої речовини. Вони до того ж будуть утримувати навколо себе (пов'язувати) найближчі молекули розчинника, формуючи з них сольватні оболонки.

В цьому випадку рівновага між рідиною і її насиченим паром встановлюється при більш низькому тиску (р) в порівнянні з тиском насиченої пари над чистим розчинником (р0).

Досвідченим шляхом було встановлено, що для розчинів зниження тиску насиченої пари розчинника (р0 - Р = D р) не залежить від природи розчиненої речовини, а визначається тільки його концентрацією.

Французький фізик Франсуа Рауль встановив математичну залежність між р і мольной часткою розчинника, яка називається законом Рауля:

р = р0c2,

де c2 - Молярна частка розчинника в розчині.

Франсуа Марі Рауль (1830 - 1901)- Французький хімік і фізик, член-кореспондент Паризької АН (1890). З 1867 працював в Гренобльському університеті (професор з 1870). Член-кореспондент Петербурзької АН (1899). Досліджуючи в 1882-1888 зниження температури кристалізації, а також зниження тиску пара (або підвищення температури кипіння) розчинника при введенні в нього розчиненої речовини, відкрив закон, що застосовується для визначення молекулярних мас речовин в розчиненому стані (закон Рауля).

 




Справжні розчини в залежності від свого агрегатного стану поділяються на газоподібні, тверді і рідкі. | До твердих розчинів і газових сумішей поняття розчинник і розчинена речовина не застосовують. | Механізм утворення розчинів | Вплив природи речовин на розчинність | Вплив тиску на розчинність речовин | Вплив температури на розчинність речовин | Взаємна розчинність рідин | На різній розчинності одного і того ж речовини в несмешивающихся рідинах заснований метод його вилучення з розведеного розчину. | Способи вираження складу розчинів | Термодинамічні аспекти процесу розчинення. ідеальні розчини |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати