ozmózis és dialízis-diffúzió membránokon keresztül
a diffúzió néhány legérdekesebb példája a diffúzió sebességét befolyásoló akadályokon keresztül történik. Például, amikor duzzadt bokát áztat Epsom-sóba, a víz diffundál a bőrén. Sok anyag rendszeresen mozog a sejtmembránokon; az oxigén beköltözik, a szén-dioxid kimegy, a tápanyagok bejutnak, a hulladékok pedig például kijutnak. Mivel a membránok vékony szerkezetek (jellemzően 6.5-10-9-10-10 m átmérőjű) a diffúziós sebesség magas lehet. A membránokon keresztüli diffúzió fontos szállítási módszer. A membránok általában szelektíven áteresztőek vagy féligáteresztőek. (Lásd A 3. Ábrát.) A féligáteresztő membrán egyik típusának kis pórusai vannak, amelyek csak kis molekulák átjutását teszik lehetővé. Más típusú membránokban a molekulák valóban feloldódhatnak a membránban, vagy reagálhatnak a membrán molekuláival, miközben áthaladnak. A membránfunkció valójában sok jelenlegi kutatás tárgya, amely nemcsak a fiziológiát, hanem a kémiát és a fizikát is magában foglalja.
3.ábra. (a) féligáteresztő membrán kis pórusokkal, amelyek csak kis molekulák áthaladását teszik lehetővé. B) bizonyos molekulák feloldódnak ebben a membránban és diffundálnak rajta.
az ozmózis a víz féligáteresztő membránon keresztüli szállítása a magas koncentrációjú régióból az alacsony koncentrációjú régióba. Az ozmózist a vízkoncentráció egyensúlyhiánya vezérli. Például a víz koncentráltabb a szervezetben, mint az Epsom sóban. Amikor duzzadt bokát áztat az Epsom-sóban, a víz a testéből a só alacsonyabb koncentrációjú régiójába kerül. Hasonlóképpen, a dialízis bármely más molekula transzportja egy féligáteresztő membránon keresztül koncentrációs különbsége miatt. Mind az ozmózist, mind a dialízist a vesék használják a vér tisztítására. Az ozmózis jelentős nyomást okozhat.
fontolja meg, mi történik, ha az ozmózis egy ideig folytatódik, amint azt a 4.ábra szemlélteti. A víz ozmózissal mozog balról a jobb oldali régióba, ahol kevésbé koncentrált, aminek következtében a jobb oldali oldat megemelkedik. Ez a mozgás addig folytatódik, amíg a jobb oldali folyadék extra magassága által létrehozott pgh nyomás elég nagy ahhoz, hogy megállítsa a további ozmózist. Ezt a nyomást ellennyomásnak nevezzük. Az ozmózist megállító PGH ellennyomást relatív ozmotikus nyomásnak is nevezzük, ha egyik oldat sem tiszta víz, és ozmotikus nyomásnak nevezzük, ha az egyik oldat tiszta víz. Az ozmotikus nyomás nagy lehet, A koncentrációkülönbség méretétől függően. Például, ha a tiszta vizet és a tengervizet egy féligáteresztő membrán választja el, amely nem halad át sót, az ozmotikus nyomás 25,9 atm lesz. Ez az érték azt jelenti, hogy a víz diffundál a membránon keresztül, amíg a sós víz felülete 268 m-rel a tiszta víz felszíne fölé nem emelkedik! Az ozmózis által létrehozott nyomás egyik példája a turgor a növényekben (sokan túl szárazon hervadnak). A Turgor egy olyan növény állapotát írja le, amelyben a sejtben lévő folyadék nyomást gyakorol a sejtfalra. Ez a nyomás támogatja a növényt. A dialízis hasonlóan jelentős nyomást okozhat.
4.ábra. a) két különböző koncentrációjú cukor-víz oldat, amelyeket féligáteresztő membrán választ el egymástól, amely a vizet átengedi, de a cukrot nem. Az ozmózis jobbra lesz, mivel a víz kevésbé koncentrálódik ott. (b) a folyadék szintje addig emelkedik, amíg a PGH ellennyomás megegyezik a relatív ozmotikus nyomással; ezután a víz nettó átadása nulla.
A fordított ozmózis és a fordított dialízis (más néven szűrés) olyan folyamatok, amelyek akkor fordulnak elő, amikor az ellennyomás elegendő az anyagok normál irányának megfordításához a membránokon keresztül. Az ellennyomás természetesen létrehozható, mint a 4. ábra jobb oldalán. (A dugattyú is létrehozhatja ezt a nyomást.) A fordított ozmózis felhasználható a víz sótalanítására, egyszerűen egy membránon keresztül kényszerítve, amely nem engedi át a sót. Hasonlóképpen, a fordított dialízis felhasználható minden olyan anyag kiszűrésére, amelyet egy adott membrán nem fog átadni.
említést érdemel az anyagok membránokon keresztüli mozgásának egy további példája. Néha azt tapasztaljuk, hogy az anyagok az elvárásokkal ellentétes irányba haladnak. A ciprusfa gyökerei például tiszta vizet nyernek ki a sós vízből, bár az ozmózis az ellenkező irányba mozgatná. Ez nem fordított ozmózis,mert nincs ellennyomás. Ami történik, az aktív transzport, egy olyan folyamat,amelyben egy élő membrán energiát költ az anyagok mozgatására. Sok élő membrán mozgatja a vizet és más anyagokat aktív szállítással. A vesék például nemcsak ozmózist és dialízist alkalmaznak—hanem jelentős aktív transzportot is alkalmaznak az anyagok vérbe történő és onnan történő mozgatására. Valójában a becslések szerint a test energiájának legalább 25% – át az anyagok aktív sejtszintű szállítására fordítják. Az aktív közlekedés tanulmányozása a mikrobiológia, a biofizika és a biokémia birodalmába vezet, és a természet törvényeinek lenyűgöző alkalmazása az élő struktúrákra.