דיפוזיה ואוסמוזה

דיפוזיה ואוסמוזה הם מושגים חשובים המסבירים כיצד מים וחומרים אחרים שהתאים זקוקים להם מועברים דרך קרום התא.

בואו נדבר קודם על דיפוזיה. הוא מוגדר כתנועה נטו של חלקיקים מאזור של ריכוז גבוה לאזור של ריכוז נמוך יותר. השינוי המדורג בריכוז בין שני האזורים מכונה שיפוע ריכוז. למרות שהדיפוזיה היא נטו-כיוונית, החלקיקים נעים כל הזמן בשני הכיוונים עקב תנועה אקראית, כך שגם בשיווי משקל כאשר צפיפות החלקיקים זהה לאורך כל שיפוע הריכוז, החלקיקים ממשיכים לנוע בשני הכיוונים בקצב חליפין קבוע.

באופן דומה, מים נעים על פני קרום התא על ידי דיפוזיה בתהליך שנקרא אוסמוזה, אבל לא כל דבר יכול לעבור בחופשיות דרך קרום התא, ולכן הם מכונים חצי-חדיר. זה חשוב, כי זה אומר שתאים יכולים לווסת ולשמור על ריכוזים שונים של מומסים בתוך לעומת מחוץ לממברנות שלהם. בהתאם לריכוזים המומסים היחסיים של תמיסות המופרדות על ידי ממברנות חדירות למחצה אנו מתייחסים אליהם כהיפוטוניים, איזוטוניים או היפרטוניים. היפוטוני הוא כאשר ריכוז המומסים גדול יותר בתוך התא בהשוואה לחוץ. איזוטוני הוא כאשר ריכוז המומס הפנימי שווה לריכוז החיצוני. היפרטוני הוא מצב שבו ריכוז המומס החיצוני עולה על ריכוז המומס הפנימי. זה יכול להשפיע על תנועת המים לתוך התא ומחוצה לו כאשר המים נעים לאזור של ריכוז מומסים גבוה יותר. בתורו, זה יכול להשפיע על צורות התאים גורם נפיחות התא בתמיסות היפוטוניות, אין שינויי צורה בתמיסות איזוטוניות והתא מתכווץ בנוכחות תמיסות היפרטוניות.

יכולת המעבר של מים לתאים שונה בין תאי צמחים לתאי בעלי חיים בגלל נוכחותו של דופן תא הצמח הנוספת. דפנות התא קשיחות וחדירות רק למולקולות קטנות. כאשר מים נעים לתוך תאי הצמח, הממברנה נדחפת כלפי מעלה כנגד דופן התא ויוצרת לחץ הידרוסטטי או טורגור. לחץ זה מגביל את כמות וקצב כניסת המים לתא.

דיפוזיה היא גם גורם מגביל עיקרי לגודל התא ועוזרת להסביר מדוע אורגניזמים חד-תאיים הם בדרך כלל קטנים מאוד. אורגניזמים רב-תאיים מורכבים מתאים קטנים רבים, מה שמעניק יחס שטח פנים כולל לנפח גדול יותר ומגביר את שיעורי הדיפוזיה. היבטים רבים של הפיזיולוגיה שלנו, כמו נשימה ועיכול, מסתמכים על דיפוזיה. לדוגמה, לריאות אנושיות יש הרבה נאדיות קטנות שהן כמו כיסים קטנים. שטח הפנים הנוסף הזה הופך את הריאה ליעילה יותר בפיזור גזים פנימה והחוצה מזרם הדם.

במעבדה זו תשתמשו בשני מודלים של תאים, קוביית אגר וצינורות דיאליזה כדי לבחון את עקרונות הדיפוזיה והאוסמוזה.