Diffusion und Osmose sind fundamental wichtige Prozess die das auf Zellen basierende Leben erst ermöglichen. In diesem Tafelbild werden dir die Prozesse gezeigt und die Konsequenzen für die Zellen erklärt.
Diffusion
Als Diffusion wird der Prozess der gleichmässigen Verteilung eines Stoffes in einer Flüssigkeit von einem Ort der höheren Konzentration zu einem Ort der tieferen Konzentration verstanden. Diffusion findet statt, weil sich im flüssigen und gasförmigen Aggregatzustand alle Teilchen in Bewegung befinden und sich gegenseitig abstossen. Diese Bewegung wird als Brown’sche Molekularbewegung bezeichnet. Dank dieser Bewegung verteilen sich nach einer gewissen Zeit Teilchen, die an einem Ort konzentriert vorkommen, über das ganze zur Verfügung stehende Volumen gleichmässig.
Osmose
Die Osmose findet an einer semipermeablen Membran statt, also an einer Membran, die gewisse Stoffe wie etwa H2O (Wasser) durchlässt, während andere Stoffe wie beispielsweise NaCl (Kochsalz) zurückgehalten werden. Ein gutes Beispiel für eine solche semipermeable Membran ist die Zellmembran, die eine Zelle umgibt. Bei der Osmose wird wie bei der Diffusion ein Konzentrationsausgleich angestrebt. Da NaCl jedoch nicht über die semipermeable Membran hinweg diffundieren kann, besteht die einzige Möglichkeit darin, dass das Wasser vom Ort der niederen Konzentration zum Ort der höheren Knonzentration diffundiert und so ein Konzentrationsausgleich angestrebt wird. Der durch die unterschiedliche Wasserstandshöhe entstehende Druck, wird “osmotischer Druck” genannt.
Konsequenzen für die Zellen
Diffusion und Osmose stellen wichtige Grundlagen für das Funktionieren von Lebewesen dar, da die gleichmässige Verteilung von Stoffen in einer wässrigen Lösung wie etwa dem Cytoplasma fundamental wichtig für das Funktionieren einer Zelle ist. Wenn nun jedoch einzelne Zellen unterschiedlichen Bedingungen in Bezug auf die Stoffkonzentrationen (NaCl) ausserhalb der Zelle ausgesetzt werden, führt dies zu Ein- oder Ausstrom von Wasser.
Wenn eine Zelle einem hypertonen Medium, also einem Medium mit einer höheren NaCl-Konzentration als die Zelle selbst ausgesetzt wird, findet eine Plasmolyse statt. Dabei verliert die Zelle durch Osmose Wasser und wird kleiner. Wenn eine Zelle einem hypotonen Medium, also einem Medium mit einer tieferen NaCl-Konzentration als die Zelle selbst ausgesetzt wird, findet eine Deplasmolyse statt. Dabei diffundiert Wasser im Zuge der Osmose in die Zelle hinein, was zu einem anschwellen der Zelle führt. Unter isotonischen Bedingungen, also wenn die Konzentration in der Zelle und ausserhalb der Zelle gleich sind, diffundiert das Wasser gleichermassen in die Zelle hinein wie auch hinaus, weshalb die Zellgrösse konstant bleibt.
Die in diesem Tafelbild beschriebenen Eigenschaften der Zellmembran als passive semipermeable Membran sind stark vereinfachend. Neben der blosen passiven Diffusion durch die Membran gibt es abhängig von den zu transportierenden Teilchen auch aktive Formen des Transports, welche durch Membranproteine unterstützt werden und insbesondere für die Versorgung der Zelle mit energiereichen Verbindungen oder die Entsorgung der Abfallstoffe der Zelle wichtig sind.
Quelle:
Voet et al.; Grundlagen der Biochemie