Hvorfor bliver en kartoffel blød i saltvand? Og hvad sker der egentlig med kroppens celler, hvis væsken omkring dem bliver mere koncentreret? Begge dele handler om osmose.
Osmose er vandets nettobevægelse gennem en semipermeabel membran. Det lyder måske lidt teknisk, men semipermeabel betyder bare halvgennemtrængelig: Vand kan passere, mens nogle af de opløste stoffer holdes tilbage. Osmose kan derfor få celler til at optage eller afgive vand og dermed ændre størrelse.
I videoen nedenfor tegner og forklarer jeg osmose, så du kan følge med i, hvad der sker på hver side af cellemembranen.
Hvad er osmose?
Forestil dig to væsker adskilt af en membran, som vand kan passere, men som holder salt tilbage. På den ene side er der en fortyndet saltopløsning, og på den anden er der en mere koncentreret saltopløsning.
Koncentration fortæller, hvor meget der er af et stof i en bestemt mængde væske. En koncentreret saltopløsning indeholder altså mere salt pr. liter end en fortyndet saltopløsning.
Vandmolekyler bevæger sig hele tiden gennem membranen i begge retninger. Men når trykket er ens på de to sider, vil der samlet bevæge sig mere vand mod den side, hvor koncentrationen af salt er højest. Denne samlede bevægelse kaldes nettobevægelsen.
På C-niveau kan du bruge denne huskeregel:
Vand bevæger sig ved osmose mod den side med den højeste koncentration af opløste stoffer, som ikke kan passere membranen.
Når vandet bevæger sig, bliver den koncentrerede opløsning mere fortyndet. Der bruges ikke energi fra cellens energimolekyle ATP på selve osmoseprocessen.
Osmose gennem cellemembranen
Alle celler er omgivet af en cellemembran, der regulerer transporten mellem cellens indre og omgivelserne. Vand kan passere membranen, blandt andet gennem særlige vandkanaler.
Inde i cellen findes opløste stoffer, og det gør der også i væsken udenfor. Hvis der er forskel på koncentrationerne, kan det få vand til at bevæge sig ind i eller ud af cellen.
Det er derfor ikke kun vigtigt, hvad der er inde i en celle. Væsken omkring cellen har også betydning for, om cellen optager vand, afgiver vand eller bevarer sin størrelse.
Til at beskrive det bruger vi tre fagord: hypotonisk, hypertonisk og isotonisk.
Hypotonisk, hypertonisk og isotonisk – hvad betyder det?
Ordene beskriver væsken uden for cellen sammenlignet med cellens indre. Her fokuserer vi på de opløste stoffer, der ikke frit kan passere cellemembranen.
Hypotonisk: Cellen optager vand
En hypotonisk opløsning har en lavere koncentration af disse opløste stoffer end cellens indre. Hypo betyder under.
Der bevæger sig derfor samlet vand ind i cellen, så den svulmer op. En dyrecelle, eksempelvis et rødt blodlegeme, kan i en meget hypotonisk opløsning optage så meget vand, at den sprænger.
Hypertonisk: Cellen afgiver vand
En hypertonisk opløsning har en højere koncentration af disse opløste stoffer end cellens indre. Hyper betyder over.
Her bevæger vandet sig samlet ud af cellen. Cellen mister vand og skrumper. Det er samme overordnede princip, der får cellerne i en kartoffel til at miste vand, når kartoflen ligger i en tilstrækkeligt koncentreret saltopløsning.
Isotonisk: Cellens volumen er stabilt
I en isotonisk opløsning er der ingen vedvarende nettobevægelse af vand ind i eller ud af cellen. Iso betyder ens.
Vandmolekylerne bevæger sig stadig begge veje gennem membranen, men der passerer samlet lige meget vand ind og ud. Derfor bevarer cellen sit volumen.
| Væsken uden for cellen | Vandets nettobevægelse | Virkning på en dyrecelle |
|---|---|---|
| Hypotonisk | Ind i cellen | Cellen svulmer op og kan sprænge |
| Hypertonisk | Ud af cellen | Cellen skrumper |
| Isotonisk | Ingen nettobevægelse | Cellens volumen er stabilt |
Hvad er forskellen på osmose og diffusion?
Osmose og diffusion hænger tæt sammen. Ved diffusion bevæger partikler sig samlet fra et område med høj koncentration af partiklerne til et område med lav koncentration. Det kan eksempelvis være iltmolekyler, der bevæger sig fra lungerne over i blodet.
Osmose er en særlig form for diffusion: Her er det vand, der bevæger sig gennem en semipermeabel membran.
Den vigtige forskel er altså, hvad der bevæger sig, og om der indgår en membran:
| Proces | Hvad bevæger sig? | Kræver processen en membran? |
|---|---|---|
| Osmose | Vand | Ja, en semipermeabel membran |
| Diffusion generelt | Partikler, fx iltmolekyler | Nej, men diffusion kan foregå gennem en membran |
Cellemembranen regulerer også transporten af andre stoffer end vand. Nogle passerer gennem transportproteiner, som du kan læse mere om i afsnittet om kanaler og pumper i celler.
Osmose i kartofler – et enkelt forsøg
Nu kan vi vende tilbage til kartoflen fra begyndelsen. Kartoffelceller indeholder vand og opløste stoffer, og deres cellemembraner kan lade vand passere.
Lægger du en kartoffelstav i en tilstrækkeligt koncentreret saltopløsning, vil cellerne samlet afgive vand ved osmose. Kartoffelstaven mister typisk masse og bliver blødere.
I rent vand sker der typisk det modsatte: Cellerne optager vand, og kartoffelstaven bliver mere fast og får større masse.
Hvorfor sprænger kartoffelcellerne ikke bare?
Planteceller har en stiv cellevæg uden om cellemembranen. Når vand trænger ind, presses cellens indhold mod cellevæggen. Det opbygger et tryk, som kaldes turgortryk.
Trykket hjælper med at gøre plantens væv fast og modvirker yderligere vandoptagelse. Derfor kan planteceller normalt optage vand uden at sprænge. Mister cellerne vand, falder trykket, og vævet bliver slappere.
Sådan kan du undersøge det
Skær nogle kartoffelstave med omtrent samme størrelse, og vej dem. Læg derefter stavene i væsker med forskellige saltkoncentrationer. Efter samme tidsrum tager du dem op, dupper overfladen forsigtigt tør og vejer dem igen.
Hold kartoffelsort, stavenes størrelse, temperatur og forsøgets varighed så ens som muligt. Så bliver det lettere at undersøge betydningen af netop saltkoncentrationen.
Du kan beregne ændringen i procent:
Masseændring (%) = (slutmasse − startmasse) / startmasse × 100
En positiv værdi viser, at kartoffelstaven har fået større masse. En negativ værdi viser, at den har mistet masse.
Hvorfor er osmose vigtigt i kroppen?
Ligesom kartoffelceller påvirkes kroppens celler af væsken omkring dem. Hvis væsken bliver mere koncentreret med stoffer, der ikke frit passerer cellemembranen, kan cellerne afgive vand. Bliver væsken mere fortyndet, kan de optage vand.
Kroppen regulerer derfor både vand- og saltbalancen. Her spiller nyrerne en vigtig rolle ved at tilpasse, hvor meget vand og salt der udskilles med urinen.
Osmose er også relevant ved sygdom. Ved ubehandlet diabetes kan meget glukose i urinen eksempelvis øge tabet af vand. Læs mere om sammenhængen på siden om ubehandlet diabetes og osmotiske skader.
Hvor hurtigt vand transporteres, afhænger blandt andet af membranens egenskaber og overfladeareal. Du kan arbejde videre med sammenhængen mellem overfladeareal og diffusionshastighed.
Tegn osmose, og test din forståelse
Find notepapiret frem, og tegn tre dyreceller: én i en hypotonisk, én i en hypertonisk og én i en isotonisk opløsning. Vis de opløste stoffer med prikker og vandets nettobevægelse med pile.
Brug derefter tegningerne til at forklare:
- Hvorfor svulmer en celle op i en hypotonisk opløsning?
- Hvorfor skrumper en celle i en hypertonisk opløsning?
- Hvorfor bevæger vandmolekyler sig stadig gennem membranen i en isotonisk opløsning?
- Hvorfor bliver en kartoffelstav typisk blødere i koncentreret saltvand?
- Hvilken forskel gør cellevæggen for en plantecelle?
Prøv at bruge fagordene semipermeabel membran, koncentration og nettobevægelse i dine forklaringer. Kan du både tegne processen og forklare den med dine egne ord, er du godt på vej!
