Осмотические свойства клетки

Многие растворы поступают в клетку осмотически. Осмосом (от греч. osmos — давление) называется одностороннее проникновение воды через полупроницаемую оболочку. Его можно наблюдать, если два раствора различной концентрации разъединить полупроницаемой перегородкой, доступной для воды, но не пропускающей растворенного вещества. Вода с определенной силой, зависящей от разности концентраций, станет притягиваться более насыщенным раствором из более разбавленного. Возникающее давление на полупроницаемую мембрану получило название осмотического давления. Начало исследованию осмотических свойств клеток положено крупным голландским ботаником Г. де Фризом (1848−1935), отрывшим тургор у растений. Опыты де Фриза, по заявлению ван Гоффа, легли в основу теории осмотического давления, разработанной этим известным физиком.

Клетки животных и растений содержат растворы солей и других осмотически активных веществ (Сахаров, мочевины). Этим обусловлено определенное осмотическое давление. В клетках наземных животных оно составляет около 8 атм., у морских беспозвоночных увеличивается до 38 атм. Растительные клетки обычно имеют осмотическое давление от 5 до 20 атм., но в некоторых случаях оно может достигать 100 и даже 140 атм. Здесь основное значение имеют условия существования, а не систематическое положение. У представителей одного вида, произрастающих в разных условиях, различное осмотическое давление клеточного сока.

Растворы, в которых осмотическое давление такое же, как и в клетках, получили название изотонических. При погружении клеток в изотонические растворы объем их остается неизменным. Изотонические растворы солей называются физиологическими. Для различных объектов концентрация поваренной соли в физиологическом растворе не одинакова. Так, для животных из класса земноводных она равна 0,75% раствору NaCl, для млекопитающих — 0,9%, для насекомых- 1%, а для морских беспозвоночных она соответствует концентрации солей в морской воде — 3% NaCl. Физиологическими растворами и другими изотоническими жидкостями пользуются в медицине. Их применяют при сильном обезвоживании и потере крови больными.

Раствор, осмотическое давление которого выше, чем в клетках, называется гипертоническим. Растительные клетки, погруженные в такой раствор, начинают терять воду, протоплазма клетки сжимается и отслаивается от оболочки. Это явление называется плазмолизом (рис 20). При уменьшении осмотического давления в растительных клетках падает тургор. Под тургором понимается напряженное состояние оболочек клеток, вызываемое давлением на них изнутри. Растение, в клетках которого снижен тургор, становится дряблым. Это явление легко проследить на сорванных и увядающих растениях и их плодах. При некоторых заболеваниях, например при холере, в результате сильного обезвоживания клеток больного все его тело становится дряблым, кожа — «тестообразной» .

В хирургии при лечении инфицированных ран широко применяется гипертонический раствор попаренной соли. Марлевая повязка, смоченная Гипертоническим раствором, хорошо впитывает гной, что способствует заживлению ран.

Противоположная плазмолизу картина наблюдается при погружении растительных клеток в гипотонический раствор. В этом растворе осмотическое давление меньше, чем в клетках. Вода начинает устремляться в клетку, клетка набухает, давление на оболочки становится больше, тургор увеличивается. При значительной разнице осмотического давления клетка может лопнуть.

Изолированные животные клетки в гипотонических растворах разрушаются. То же произойдет с эритроцитами, если ввести в кровь человека «ли животного гипотонический раствор. Они сначала набухают, а затем их наружная мембрана разрывается (рис. 21).

Наружный слой клетки, т. е. ее мембрана, пропускает не только воду, но и в какой-то мере растворенные в ней вещества. Живая клетка активно регулирует осмотическое давление, изменяя концентрации осмотически активных веществ. У одноклеточных животных, обитающих в пресной воде, выработались специальные приспособления (пульсирующие вакуоли), удаляющие из клеток избыточную воду. Одноклеточные организмы, не имеющие пульсирующих вакуолей, излишнюю воду удаляют через клеточную мембрану. У высших животных осмотическое давление в целом организме регулируется системой органов выделения (почками).