Sąvokos:
difuzija, molekulė, osmosas, plazmolizė
Šioje temoje jūs:
- išsiaiškinsite, kas yra difuzija;
- išnagrinėsite, kaip medžiagos juda, kaip jos nešamos į ląsteles ir iš jų;
- sužinosite, kur difuzija vyksta žmogaus organizme;
- palyginsite difuziją su osmosu ir sužinosite, kaip osmosas vyksta augalo ląstelėse.
Ar pastebėjote, kad į karštą vandenį pamerkus arbatos maišelį vanduo nusidažo jo net nemaišius? O į arbatą įdėjus cukraus ir neišmaišius po tam tikro laiko ji tampa saldi? Ar kada nors susimąstėte, kaip juda medžiagos mūsų ląstelėse, jeigu niekas jų nemaišo ir nestumdo (2.4.1 pav.)?
Dalelių judėjimas – difuzija
Ląstelės yra elementari gyvoji sistema, gebanti savarankiškai gyvuoti, augti ir daugintis. Kiekviena ląstelė turi plazminę membraną, kuri yra atrankiai laidi – joje yra mažyčių angelių, pro kurias į ląstelę ir iš jos gali judėti nedidelės molekulės. Molekulės pro plazminę membraną į ląstelę arba iš jos juda dėl difuzijos. Difuzija (lot. diffusio – sklidimas, išsiliejimas) – tai savaiminis medžiagos dalelių judėjimas iš ten, kur jų koncentracija didelė, į ten, kur jų mažai, kol tos dalelės vienodai pasiskirsto (2.4.2 pav.). Dėl difuzijos kambaryje galime užuosti pamerktas alyvas ar kitas kvapnias gėles, nes nuo žiedo atsiskiria kvapų molekulės ir pasklinda ore.
Difuziją patogu stebėti į stiklinę su vandeniu įlašinus rašalo. Įlašintame rašale dažų molekulių koncentracija didelė, todėl jos juda iš didesnės koncentracijos vietos mažesnės link. Vandens molekulės juda priešinga kryptimi nei rašalo dažų molekulės. Judant vandens ir dažų molekulėms, stiklinėje medžiagos maišosi. Praėjus tam tikram laikui, dažų ir vandens molekulės pasiskirsto tolygiai (2.4.3 pav., 1 filmukas). Vanduo nusidažo, bet molekulės ir toliau juda.
1 filmukas. Skirtingų dažų molekulių difuzija vandenyje
Difuzija vyksta ir organizmuose
Panašiai – skverbdamosi pro ląstelių plazminę membraną – žmogaus organizme juda deguonies ir anglies dioksido molekulės.
Pro optinį mikroskopą ląstelės plazminė membrana atrodo kaip paprasta linija, tačiau pro elektroninį mikroskopą galima pamatyti, kokia tai sudėtinga struktūra. Smulkiausiomis kraujagyslėmis – kapiliarais – kraujas į audinius atneša maisto medžiagų ir deguonies žymiai daugiau, nei šių medžiagų yra tų audinių ląstelėse. Vykstant difuzijai, deguonis ir maisto medžiagos pereina pro kapiliaro sieneles bei ląstelių membranas ir patenka į audinių skystį (tarpuląsčius), o iš jo – į audinių ląsteles.
Anglies dioksido, kuris susidaro kvėpuojant ląstelėms, audinių ląstelėse yra daugiau nei kraujyje, todėl šios dujos dėl koncentracijų skirtumo iš ląstelės pro plazminę membraną patenka į audinių skystį, o iš jo – į kraują (2.4.4 pav.).
Taigi tuo pat metu į ląstelę ir iš jos difunduoja skirtingos medžiagos. Difuzija kryptingai vyksta tol, kol susilygina medžiagų koncentracija ląstelės išorėje ir viduje.
Osmosas augalų ląstelėse
Jau žinome, kad augalo ląstelę gaubia plazminė membrana. Joje yra angelių, todėl pro jas gali judėti medžiagos. Plazminė membrana medžiagas ne tik praleidžia, bet ir reguliuoja jų patekimą iš ląstelės ir į ją, nes yra puslaidė – praleidžia tik tam tikro dydžio medžiagų molekules. Augalo ląstelės plazminė membrana praleidžia tik smulkias vandens, deguonies ar anglies dioksido molekules ir nepraleidžia didelių, pavyzdžiui, vandenyje ištirpusių medžiagų, molekulių. Kaip ir deguonies bei anglies dioksido molekulės, vandens molekulės juda į ląstelę ir iš jos ten, kur yra didesnė ištirpusių medžiagų koncentracija. Tokia vandens molekulių difuzija pro puslaidę membraną vadinama osmosu (gr. osmos – postūmis, slėgimas) (2 filmukas).
Citoplazma ir ląstelių sultys sudarytos iš vandens ir įvairių jame ištirpusių medžiagų. Įdėjus augalo ląsteles į gėlą vandenį, ląstelės šiek tiek padidėja, nes į jas dėl osmoso skverbiasi vandens molekulės. Ląstelė pučiasi, vakuolė didėja, joje sulčių daugėja, bet membrana atsiremia į tvirtą sienelę. Sienelė įsitempia ir neleidžia ląstelei sprogti. Koncentruotame tirpale (druskos arba cukraus) vanduo dėl osmoso skverbiasi iš ląstelės į tirpalą. Vakuolė sumažėja, membrana ir citoplazma atsitraukia nuo sienelės. Augalo ląstelė subliūkšta ir šiek tiek susitraukia, bet ne taip smarkiai kaip gyvūno ląstelė (2.4.5 pav.).
- a
- b
- c
Procesas, per kurį augalo ląstelė praranda vandenį, dėl to citoplazma ir joje esančios organelės traukiasi nuo sienelių ir ląstelė subliūkšta, vadinamas plazmolize.
Osmosas gyvūnų ląstelėse
Visų organizmų ląstelių membranos yra puslaidės. Įsivaizduokite, kad žmogaus kraujo ląstelės patenka į skirtingos koncentracijos tirpalus. Kas galėtų su jomis atsitikti? Distiliuotame vandenyje raudonieji kraujo kūneliai (eritrocitai) išsipučia, nes į juos dėl osmoso skverbiasi vandens molekulės. Ląstelė neturi tvirtos sienelės, todėl pučiasi ir sprogsta. Druskos tirpale vyksta priešingas procesas – vanduo dėl osmoso išeina iš ląstelės. Ši susitraukia ir susiraukšlėja (2.4.6 pav.). Taip pakitusi ji tampa negyvybinga – negali pernešti deguonies ir juo aprūpinti organizmo.
- a
- b
- c
Tikriausiai teko matyti arba girdėti, kad sunkiai sužeistiems ar išsekusiems žmonėms lašinamos lašinės. Pamanytume – žmonės tada gauna daug maisto medžiagų, druskų, gliukozės, kad greitai atgautų jėgas. Pasirodo, lašinamas fiziologinis tirpalas, kurio koncentracija tokia pati kaip ir kraujo (2.4.7 pav.). Jeigu tirpalas būtų kitokios koncentracijos nei ligonio kraujas, jo gyvybei grėstų pavojus.
Difuzijos greitis priklauso nuo aplinkos sąlygų:
- temperatūros. Šiltoje aplinkoje medžiagų molekulės juda greičiau, todėl šiltame vandenyje difuzija vyks greičiau. Štai kodėl šiltoje aplinkoje ląstelėse medžiagų apykaita greitesnė;
- medžiagų koncentracijos skirtumo. Kuo didesnis maišomų medžiagų koncentracijos skirtumas, tuo difuzija vyksta greičiau;
- medžiagos molekulių dydžio. Smulkesnės molekulės, pavyzdžiui, deguonies ar anglies dioksido, judės greičiau ir lengviau nei didesnės molekulės, pavyzdžiui, gliukozės.
Klausimai ir užduotys
- Paaiškinkite, kas yra difuzija.
- Nurodykite, nuo ko priklauso difuzijos greitis.
- Paaiškinkite, kuo osmosas skiriasi nuo difuzijos.
- Paaiškinkite, kodėl plazminė membrana vadinama puslaide.
- Palyginkite koncentruoto tirpalo poveikį augalo ir gyvūno ląstelei.
- Pasvarstykite, kur galima pritaikyti žinias apie plazmolizę.
Praktinė veikla „Osmoso reiškinio tyrimas“
Praėjusioje temoje sužinojote apie osmoso ir difuzijos vyksmą augalo ir gyvūno ląstelėse. Šioje praktinėje veikloje stebėsite, kaip vyksta osmosas žalioje ir virtoje bulvėje.
Darbo tikslas: stebėti, kaip osmosas vyksta žalioje ir virtoje bulvėje.
Priemonės ir medžiagos: žalia ir virta bulvės, peiliukas, distiliuotas vanduo, druska, lėkštelės.
Darbo eiga:
- Bulves perpjaukite per pusę ir viduryje išskaptuokite duobutes (žr. 2.4.8 pav.).
- Paruoštas bulves įdėkite į lėkšteles su distiliuotu vandeniu.
- Į vienos virtos ir vienos žalios bulvės duobutes įberkite žiupsnelį druskos, o kitas palikite tuščiomis duobutėmis.
- Mėginius palikite stovėti 15–20 minučių. Kol lauksite, galite susitvarkyti darbo vietą.
- Stebėkite pokyčius bulvių duobutėse ir rezultatus užrašykite sąsiuviniuose.
- Gautus rezultatus aptarkite su bendraklasiais.
- Parašykite tyrimo išvadą.
- Atlikite užduotis ir atsakykite į klausimus.
8.1. Aprašykite, kaip tiriamos bulvės pasikeitė bandymo pabaigoje.
8.2. Kuriame mėginyje vyko osmosas?
8.3. Kokių pokyčių pastebėjote virtos bulvės duobutėse? Kodėl?
8.4. Paaiškinkite, kodėl sūriame vandenyje mirkstančios daržovės suminkštėja.
8.5. Pasvarstykite, kokie būtų tyrimo rezultatai, jeigu tyrime naudotume ne bulvę, o morką ar saliero lapkotį.
8.6. Pamąstykite, į kokį tirpalą pamerkus augalas atgytų.
Apibendrinimas
- Vykstant difuzijai molekulės juda iš ten, kur jų daugiausia, į ten, kur jų mažiau.
- Vykstant difuzijai maisto medžiagos ir deguonis patenka į ląsteles, o iš jų pašalinamas anglies dioksidas ir nereikalingos medžiagos.
- Vanduo į ląsteles patenka ir pašalinamas vykstant osmosui.
- Osmosas – vandens molekulių difuzija pro atrankiai laidžią membraną.
- Paslaugą teikia UAB "Biznio mašinų kompanija" ir "Star Cloud OÜ"