Skip to main content
Global

6.12: אוסמוזה וחיים עם ובלי דופן תא

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    208336

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    תאים מלאים במולקולות. מולקולות אלה תופסות מקום, שטח כבר לא תפוס על ידי מים. ריכוז המים מחוץ לתא [H 2 O] החוצה יהיה בהכרח גבוה מריכוז המים בתוך התא [H 2 O] פנימה. שיפוע ריכוז זה בממס מוביל לתנועה נטו של מים לתוך התאים 183. תנועה כזו של ממס ידועה באופן כללי בשם אוסמוזה. חלק גדול מתנועה זו מתרחשת דרך הממברנה, שהיא חדירה מעט למים (ראה לעיל). ממצא מפתיע, שזיכה את פיטר אגרה בפרס נובל לכימיה לשנת 2003, היה שהקרום מכיל גם תעלות מים, המכונות אקוופורינים 184. זה מקשר לסימולציה מולקולרית של מולקולת מים (צהובה) הנעה דרך אקוופורין. מתברר כי קצב התנועה האוסמוטית של המים מופחת באופן דרמטי בהעדר aquaporins. בנוסף למים, חלבונים מסוג אקוופורין יכולים גם להקל על תנועתן של מולקולות קטנות אחרות שאינן טעונות על פני קרום.

    ההבדל או השיפוע בריכוזי המים על פני קרום התא, יחד עם נוכחותם של אקוופורינים, מוביל למערכת המסוגלת לבצע עבודה. שיפוע המים, יכול להרים שבריר מהתמיסה כנגד כוח הכבידה, דבר הכרוך בכך שהצמחים עומדים זקוף 185. איך זה אפשרי? אם נחשוב על מולקולה מסוימת בתמיסה, היא תסתובב דרך התנגשויות עם שכנותיה. התנגשויות אלה מניעות את תנועת החלקיקים באופן אקראי. אבל אם יש ריכוז גבוה יותר של מולקולות בצד אחד של הממברנה בהשוואה לצד השני, אז התנועה האקראית של מולקולות תוביל לשטף נטו של מולקולות מאזור הריכוז הגבוה לזה של ריכוז נמוך, למרות שכל מולקולה על עצמה נעה באופן אקראי, כלומר ללא כיוון מועדף [סרטון 186 זה טוב בהמחשת התנהגות זו]. בשיווי משקל, הכוח שנוצר על ידי שטף המים נטו הנע במורד שיפוע הריכוז שלו מאוזן על ידי כוחות הפועלים בכיוון השני.

    שיפוע ריכוז המים על פני קרום הפלזמה של רוב האורגניזמים מוביל לזרימת מים לתא. עם כניסת מים, קרום הפלזמה מתרחב; אולי כדאי לחשוב איך זה קורה, מבחינת מבנה הממברנה. אם זרם המים יימשך ללא התנגדות, הממברנה תתפוצץ בסופו של דבר כמו בלון מנופח יתר על המידה, והורג את התא. אסטרטגיה אחת להימנע מתוצאה קטלנית זו, שאומצה על ידי מגוון אורגניזמים, היא לבנות "דופן תא" קשיחה למחצה חיצונית לקרום הפלזמה. הסינתזה של דופן תא זה מבוססת על הרכבה מבוקרת של מקרומולקולות המופרשות על ידי התא בתהליך האקסוציטוזיס (ראה לעיל). כאשר מים עוברים דרך קרום הפלזמה ואל התא (מונעים על ידי אוסמוזה), קרום הפלזמה נלחץ כלפי מעלה אל דופן התא. הכוח שמפעיל דופן התא הנוקשה על הממברנה מאזן את כוח המים הנכנסים לתא. כאשר שני הכוחות שווים, זרם המים נטו לתא נעצר. לעומת זאת, אם [H 2 O] בחוץ יורד, לחץ זה מצטמצם, הממברנה מתרחקת מדופן התא ומכיוון שהם קשיחים למחצה בלבד, הקירות מתכווצים. התנהגות זו היא שגורמת לצמחים לנבול כאשר הם לא מקבלים מספיק מים. אלה התנהגויות פסיביות, המבוססות על מבנה דופן התא; הם מובנים בקיר כשהוא מורכב. לאחר בניית דופן התא, תא עם דופן תא אינו צריך להוציא אנרגיה כדי להתנגד להשפעות אוסמוטיות. לצמחים, פטריות, חיידקים וארכיאה לכולם יש דפנות תאים. מספר אנטיביוטיקה פועלת על ידי שיבוש הרכבה של קירות תאים חיידקיים. זה משאיר את החיידקים רגישים מבחינה אוסמוטית, מים נכנסים לתאים אלה עד שהם מתפוצצים ומתים.

    שאלות שיש לענות עליהן ולהרהר בהן:

    • צור גרף של ריכוז המים על פני קרום תאי טיפוסי לאורגניזם החי במים מתוקים; הסבר אילו גורמים השפיעו על הציור שלך.
    • תסתכל על הסרטון הזה: https://www.youtube.com/watch?v=VctA...ature=youtu.be. איך אפשר להשתמש באוסמוזה הפוכה לטיהור מים?
    • מהיכן מגיעה האנרגיה הכרוכה בהנעת מולקולות?
    • צמחים ובעלי חיים הם שניהם אוקריוטים; איך היית מחליט אם לאב הקדמון המשותף של האיקריוטים יש דופן תא.
    • מדוע תעלת אקוופורין אינה מאפשרת ליון Na+ לעבור דרכה?
    • אם אין שטף נטו של A, גם אם יש שיפוע ריכוז בין שתי נקודות, מה נוכל להסיק?

    תורמים וייחוסים