Glossar: Osmose

PaGe · Moderator Anmeldungsdatum: 19.03.2007 Beiträge: 3549 Wohnort: Hannover

______Osmose______

Definition:
Osmose beschreibt die Bewegung von Teilchen eines Stoffes durch eine selektiv permeable Membran aufgrund eines Konzentrationsunterschieds einer anderen Teilchensorte, die die selektiv permeable Membran nicht durchdringen kann. Die sich bewegenden Teilchen gehen vom Bereich der geringeren Konzentration des anderen Stoffs zum Bereich der höheren Konzentration.
Je größer der Konzentrationsgradient und je höher die Temperatur ist, umso schneller läuft die Osmose ab. Die Osmose endet spätestens, wenn die Konzentration des anderen Stoffes ausgeglichen ist.

Erklärung:
Um die Osmose zu verstehen, machen wir erneut ein Gedankenexperiment:
Wir nehmen zwei gleichgroße Behälter. In Behälter 1 sind 50 ml reines Wasser, im Behälter 2 sind 50 ml einer Zuckerlösung. Die Teilchen "fliegen" durch die Behälter, prallen gegen die Wände und werden dabei zurückgestoßen. Wie bereits bei der Diffusion beschrieben, führt dies zur Gleichverteilung der Stoffe.
Nun stellen wir die beiden Behälter nebeneinander und trennen sie mit einer Membran. Nun können drei Fälle eintreten:

Die Membran lässt weder Zucker noch Wasser durch.
Dann ändert sich logischerweise nichts.
Die Membran lässt Zucker und Wasser durch.
Dann ist die Membran völlig irrelevant für unsere Betrachtung. Es findet eine Diffusion statt.
Die Membran lässt nur Wasser, aber keinen Zucker hindurch.
Dann dringt Wasser vom Behälter 1 in Behälter 2 ein. Dies bezeichnet man als Osmose. Doch weshalb passiert das?

In dem Behälter 1 treffen Wasserteilchen auf die Membran. Wenn sie die Löcher der Membran treffen, können sie durch die Membran treten. (Zumindest, wenn nicht gleichzeitig eine anderes Teilchen von der anderen Seite kommt.)
Im Behälter 2 treffen ebenfalls Teilchen auf die Membran. Wenn es Wasserteilchen sind, können sie durch die Membran. Sind es aber Zuckerteilchen, können sie nicht durch die Löcher der Membran und werden zurückgestoßen.
Nun können von beiden Seiten Wasserteilchen durch die Membran. Weshalb beobachtet man dann aber, dass Wasser nur in eine Richtung fließt?
Gehen wir einmal davon aus, dass in beiden Behältern gleich viele Teilchen sind.* Im Behälter 1 sind alle Teilchen Wasserteilchen. Also können auch alle (100%) durch die Membran durchdringen. In Behälter 2 gibt es aber Wasserteilchen und Zuckerteilchen. Somit können nicht alle Teilchen durch die Membran dringen (=> 99 %). Wenn die Anzahl der Teilchen gleich gewesen sein soll, bedeutet dies, dass mehr Teilchen von Behälter 1 in Behälter 2 übergehen, als in die andere Richtung. Es gibt somit einen Nettostrom (100% - 99% = 1%) von Wasser in Behälter 1. Dies bezeichnet man als Osmose.

Die Osmose endet, wenn eine der folgenden Bedingungen eintritt:

Die Konzentration in beiden Gefäßen ist gleich.
Wenn die Konzentration gleich ist, ist der Anteil an Wasserteilchen, die durch die Membran dringen können, in beide Richtungen gleich. Es findet kein Nettostrom mehr statt.
Wenn man allerdings in einem Behälter reines Wasser hat, muss das gesamte Wasser durch die Membran treten, da dann erst ein "Konzentrationsausgleich" erreicht ist.
Der Druck genauso viel Wasser aus der konzentrierten Lösung (Behälter2) hinausdrückt, wie Wasser in den Behälter hineinfließt.
Wenn man Druck auf den Behälter 2 bzw. die Zuckerlösung ausübt, presst man die Teilchen etwas dichter zusammen. Dadurch sind nun dieselbe Anzahl an Teilchen in einem (etwas) kleineren Volumen. Deshalb befinden sich auch im Bereich der Membran mehr Teilchen. Von diesen gehen weiterhin nur 99% hindurch (die Membran und das Verhältnis Zucker:Wasser hat sich ja nicht verändert). Wenn bei unserem Beispiel etwa 1% mehr Teilchen im Bereich der Membran sind, ist der Fluss von Wasserteilchen von Behälter 2 in Behälter 1 auf einmal genauso groß wie vom Behälter 1 in 2 (101 * 0,99 = 100). Es findet somit kein Nettostrom statt.

Bedeutung für die Biologie:
Die Osmose spielt bei folgenden Vorgängen eine große Rolle:

Lebensfähigkeit von Organismen in Süß- bzw. Salzwasser
Aufnahme von Wasser in den Wurzeln der Pflanzen
Hydroskelett (Turgor der Pflanzenzelle)
Regulation der Spaltöffnung bei Pflanzen
Wasser- und Salzrückgewinnung in der Niere
Grund für die Stärke- bzw. Glykogenbildung

Anmerkungen:
Osmose und Diffusion führen letztendlich beide zu einem Konzentrationsausgleich gelöster Teilchen. Der entscheidende Unterschied ist, dass einmal Teilchen, die den Konzentrationsunterschied aufweisen, durch die Biomembran wandern (Diffusion) und beim anderen Phänomen, die Teilchen des Lösungsmittels (meist Wasser) oder ein anderer gelöster Stoff durch die Membran hindurch treten, da die Teilchen, die den Konzentrationsunterschied aufweisen nicht durch die Biomembran gelangen können (Osmose).

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* Diese Näherung ist streng genommen falsch. Zwei Behälter mit jeweils 50 m wasser haben wirklich dieselbe Teilchenanzahl. Sobald man aber 50 ml Wasser mit 50 ml Glukose vergleicht, ist dies falsch.
Wasser hat eine Molmasse von

und eine Dichte von

. Demnach enthalten 18 g und damit auch 18 ml Wasser

Teilchen und 50 ml somit etwa

Teilchen.
Glukose hat eine Molmasse von

und eine Dichte von

. Demnach enthalten 180 g und damit 115 ml Glucose

Teilchen. 50 ml enthalten somit etwa

Teilchen. Ein deutlicher Unterschied. Wenn man zwei Stoffe mischt, kann es außerdem zu einer Volumenkontraktion kommen (beliebtes Beispiel: 50 ml Wasser + 50 ml Ethanol = 96 ml Gemisch).
Da allerdings Wasser immer Wasser bzw. wässrige Lösungen betrachtet und die "Verunreinigung" des Wassers durch andere Stoffe verhältnismäßig gering ist, kann man diese Näherung dennoch mit guten Gewissen machen.

PaGe · Moderator Anmeldungsdatum: 19.03.2007 Beiträge: 3549 Wohnort: Hannover

Kommentare eurerseits sind erbeten.

edit:
Ich habe nun die Erklärung ebenfalls eingearbeitet.
Die Umfrage habe ich gelöscht, da sie ja eh mit jeder Änderung des Eingangspost wieder auf Null gesetzt wird.

cajo · Anmeldungsdatum: 26.10.2008 Beiträge: 162

Ich finde den Definitionstext ohne Beispiele irgendwie verwirrend und musste den 2x lesen, bis mir 100%ig klar war, was du genau meinst...

PaGe · Moderator Anmeldungsdatum: 19.03.2007 Beiträge: 3549 Wohnort: Hannover

Fexx · Anmeldungsdatum: 05.11.2011 Beiträge: 279

PaGe · Moderator Anmeldungsdatum: 19.03.2007 Beiträge: 3549 Wohnort: Hannover

Es zählen bei der Osmose nur gelöste Teilchen, denn ungelöste Teilchen "liegen in der Ecke" und machen nichts. Gelöste Teilchen bewegen sich in der Lösung hin und her und gelangen dadurch an die Stellen, wo es Kanäle gibt. Die passen aber nicht durch, sodass es ein "wertloses" Aufeinandertreffen ist.

Dein Größenargument ist in Teilen verständlich. Große Teilchen nehmen natürlich mehr Platz ein und verdrängen dann die potentielle Wassermoleküle. Aber besonders große Teilchen bewegen sich auch langsamer, sodass sie nun auch wieder seltener auf den Kanal treffen. Das könnte die "fehlenden Teilchen" ausgleichen.

Fexx · Anmeldungsdatum: 05.11.2011 Beiträge: 279

Inwiefern gleicht die lagsame Bewegung großer Teilchen die "fehlenden Teilchen" aus? So lange innerhlab der Zelle weniger permeable teilchen sind als außen, sollte doch ein Nettoeinestrom der permeablen Teilchen herrschen, egal ob sich die nichtpermeablem Moleküle in der Zelle bewegen oder nicht.

Oder meintest du es anders:

Spielen unlösliche, nicht permeable Moleküle osmotisch deshalb keine Rolle, weil sie sich aufgrund iher hydrophoben Eigenschaften zusammenlagern und somit die Konzentration der löslichen Teilchen um sich herum quasi nicht verändern und stattdessen lediglich Raum in der Zelle einnehmen, was zur Folge hat, dass sich die absolute Anzahl löslicher Moleküle in der Zelle veringert.
Die Konzentration löslicher, permeabler Teilchen in der Nähe der Membran bleibt aber gleich (..es sie denn sämtliche Stärkerkörner würden sich von innen an die Membran anlagern...) und damit ist die Warscheinlichkeit, dass ein Teilchen durch die Mebran wandert innen gleich groß wie außen, obwohl innerhlab der Zelle insgesamt weniger lösliche, permeable Teilchen vorliegen. es würde also tatsächlich kein nettostrom stattfinden.
Für die Osmose sollte schließlich nur die Teilchenkonzetration in unmittwlbarer Nähe der Membran eine Rolle spielen.

Macht das Sinn?

Gruß,
Fexx

PaGe · Moderator Anmeldungsdatum: 19.03.2007 Beiträge: 3549 Wohnort: Hannover

Mit den unlöslichen Teilchen hast du vollkommen recht.

Worauf ich noch eingehen wollte, ist die Tatsache, dass es ja Glucose und Saccharose gibt. Die Saccharose-Moleküle sind (vereinfacht) doppelt so groß wie Glucose-Moleküle. Damit müsste das Saccharose-Molekül weniger Platz für Wasserteilchen lassen. Trotzdem hängt es nur nur von der Anzahl der gelösten Teilchen ab. Das liegt zum einen daran, dass die Wassermoleküle im massiven Überschuss vorhanden und diesen kleinen Unterschied bei der Wassermolekül-Anzahl kann man dann evtl. noch auf die Geschwindigkeit der Teilchen zurückführen.

Als Beispiel: Wenn man 30 Personen in einer Stadt ohne Plan aussetzt, finden schnelle Personen früher den Bahnhof und können abfahren als langsamere. Damit "behindern" sie andere Reisewillige eher als die langsamen (wenn man mal von der Blockade auf der Treppe absieht Zwinkern

).
Aber du hast natürlich recht, dass dies auch für die andere Seite gilt und der Wassereinstrom natürlich auch blockiert wird. Allerdings passiert dies (aufgrund der geringeren Konzentration) etwas seltener. Und man will schließlich nur die 0,0001 % geringere Wasserkonz. erklären.
Andererseits könnte es natürlich auch daran liegen, dass es den Unterschied zwischen 10 mol/l Glucose und 10 mol/l Saccharose tatsächlich gibt (Es gibt ja auch zahlreiche andere Effekte, die eine Rolle spielen, weshalb die tatsächlichen Werte von den theoretischen Werten leicht abweichen.) und ich mir hier unnötige Theorien überlege.

Fexx · Anmeldungsdatum: 05.11.2011 Beiträge: 279

Ich bin mir nicht sicher, ob ich dich richtig verstanden hab, was den das beispiel mit der Sacchrarose angeht (interessanter Punkt, übrigens):

Sacchrarose kann genau wie Glucose im Cytosol umheridiffundieren und so die Wassermoleküle innerhab der Zelle dabei behindern, die Zelle zu verlassen. Ein Zweichachzucker nimmt hier bei gleicher Konzetration mehr Raum in der Zelle ein und sollte damit als lösliches Molekül effetkiver dabei sein, Wassermoleküle am Durfluss durch die Mebran zu hindern. Ein Einfachzucker bewegt sich aufgrund der geringeren Masse bei gleicher Energie aber schneller ist ist somit statistisch gesehen häufiger z.B. an den Wasserporen in der Membran, sodass diese "blockiert" werden (sehr plakativ ausgedrückt, sie werden wohl kaum direkt blockiert).
Hab ich das richtig verstanden?

Das würde dann vorraussetzen, dass die höhere Geschwindigkeit der kleinen Zuckermoleküle exakt den Größenunterschied zu Zweifachzuckern ausgleicht, wenn es darum geht, Wassermoleküle letztlich am Duchrtritt durch die Membran zu hindern (bzw. die Konzentration an Wassermoleküöen an der Membran zu verringern).
Das könnte ja schon sein, aber ich könnte mir fast eher vorstellen, dass es osmotisch vielleicht doch einen geringen Unterschied ausmacht, ob z.B. 10 mol/l eines Einfach- oder eines Zweichfachzuckers in der Lösung vorliegen, nur wird der, weil sehr klein, üblicherweise vernachlässigt.

Gruß,
Fexx

PaGe · Moderator Anmeldungsdatum: 19.03.2007 Beiträge: 3549 Wohnort: Hannover

So habe ich es gemeint und komme zu demselben Schluss.

Fexx · Anmeldungsdatum: 05.11.2011 Beiträge: 279

Sehr gut, danke dir!

Daniel35 · Anmeldungsdatum: 10.09.2012 Beiträge: 511

Das ist ja nicht alles. Zu berücksichtigen ist auch die Hydrathülle der Moleküle. Denn das gebundene Wasser kann nicht difundieren. Und ein Saccharose-Molekül hat eben weniger Möglichkeiten zur Hydratisierung.

PaGe · Moderator Anmeldungsdatum: 19.03.2007 Beiträge: 3549 Wohnort: Hannover

Zwischen einem Saccharose-Molekül und zwei Glucose-Molekülen ist kaum ein Unterschied zu erwarten. Wobei wir allerdings auch um Kleinigkeit geredet haben. Allerdings müsste dann die Saccharose-Lösung mehr freibewegliche Wassermoleküle haben.

bleifrei · Anmeldungsdatum: 01.02.2015 Beiträge: 6

Hallo,
begründet sich die geringe Geschwindigkeit bei der O. und D. allein durch die geringen Entfernungen und die Tatsache, dass die Konzentrationsunterschiede und die Temperaturen nie so hoch sind oder hab ich da etwas wichtiges ausgelassen?

und warum reicht diese geringe Geschwindigkeit für die Zelle aus und ist nicht zu langsam? Liegt das daran, dass es verschiedene Transportmechnismen gibt?

Vielen Dank und Gruß

Sabine

Firelion · Anmeldungsdatum: 27.08.2009 Beiträge: 1878

Hi,

die Zellen haben für manche Fälle auch aktive Transportmechanismen (Pumpen) oder bedienen sich der Endozytose.
Für den Transport aus den Zwischenzellrauj in die Zelle oder die Atmung reicht die Geschwindigkeit aus, da die Distanzen sehr gering sind.

Für den Transport durch den ganzen Körper, würde die Geschwinsdigkeit nicnt ausreichen. Deshalb gibt es das Herzkreislaufsystem.

LG Firelion