Osmosis dan Tonisiti Sel

Sel hidup sentiasa dikelilingi air dan bahan terlarut pada kedua-dua sisi membrannya. Membran plasma telap secara terpilih: sesetengah bahan boleh melaluinya dengan mudah, manakala pergerakan bahan lain terbatas. Apabila air boleh bergerak merentasi membran tetapi bahan terlarut tertentu tidak dapat menyeberang dengan kadar yang sama, perbezaan keadaan larutan boleh menghasilkan pergerakan bersih air.

Osmosis ialah pergerakan bersih air

Dalam model mudah, air bergerak secara bersih dari sisi yang mempunyai kepekatan bahan terlarut lebih rendah ke sisi yang mempunyai kepekatan bahan terlarut lebih tinggi apabila membran telap kepada air tetapi tidak kepada bahan terlarut tersebut. Molekul air sebenarnya bergerak dalam kedua-dua arah; istilah pergerakan bersih merujuk kepada perbezaan antara dua aliran itu. Huraian yang lebih umum menggunakan potensi air: air cenderung bergerak dari potensi air lebih tinggi ke potensi air lebih rendah sehingga daya pendorong bersih diimbangi. Menambahkan zat terlarut yang tidak boleh menyeberang mengurangkan potensi air pada sisi tersebut, lalu mewujudkan kecenderungan pergerakan bersih air ke arahnya.

Tonisiti meramalkan perubahan isi padu sel

Larutan hipotonik menyebabkan air bergerak secara bersih ke dalam sel, lalu sel haiwan boleh membengkak. Larutan hipertonik menyebabkan air bergerak secara bersih keluar dari sel dan sel boleh mengecut. Dalam keadaan isotonik, tiada perubahan bersih pada isi padu sel walaupun molekul air terus bergerak merentasi membran dalam kedua-dua arah.

Dinding sel mengubah kesannya

Sel tumbuhan mempunyai dinding sel yang tegar di luar membran plasma. Apabila air masuk, tekanan turgor meningkat dan dinding sel membantu mengehadkan pengembangan. Dalam persekitaran yang menyebabkan kehilangan air, kandungan sel mengecut dan membran plasma boleh tertarik menjauhi dinding sel dalam proses yang dikenali sebagai plasmolisis. Oleh itu, tindak balas fizikal sel tumbuhan tidak sama dengan sel haiwan walaupun prinsip osmosis masih terpakai.

Kebolehtelapan membran penting

Menyebut kepekatan bahan terlarut sahaja boleh mengelirukan jika bahan itu sendiri mudah merentasi membran. Tonisiti bergantung pada bahan terlarut yang berkesan mengekalkan perbezaan osmosis merentasi membran tertentu. Saluran air seperti akuaporin pula boleh meningkatkan kebolehtelapan membran kepada air tanpa mengubah arah pergerakan bersih air yang ditentukan oleh keadaan pada kedua-dua sisi.

Tekanan dan potensi air mengimbangi kecenderungan osmosis

Tekanan juga boleh menentang pergerakan air, sebab itu keseimbangan osmosis tidak semestinya bermaksud kepekatan zat terlarut menjadi sama sepenuhnya. Ungkapan ringkas seperti 'air bergerak ke kawasan yang lebih pekat' berguna sebagai pengenalan, tetapi tidak lengkap untuk semua sistem: tekanan, graviti dan interaksi air dengan bahan juga boleh mempengaruhi potensi air. Dalam sel tumbuhan, kemasukan air boleh meningkatkan tekanan turgor sehingga perbezaan tekanan mengimbangi kecenderungan osmosis. Osmosis tidak bermaksud semua zarah cuba menyamakan kepekatan dengan cara yang sama.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?