ورود و خروج مواد از سلول گیاهی
میبینیم چرا آب خودش به ریشه میرود، چرا سلول گیاهی باد میکند یا میچروکد، و فشار اسمزی را با عدد حساب میکنیم.
در پایان این درس میتوانید
- انتشار و اسمز را از هم جدا کنی و بگویی در هرکدام چه چیزی جابهجا میشود.
- جهت جریان خالص را از روی اختلاف غلظت دو سوی غشا پیشبینی کنی.
- فشار اسمزی را از اختلاف غلظت، ثابت گازها و دمای مطلق حساب کنی.
- نقش دیوارهٔ سلولی را در سرنوشت سلول گیاهی توضیح دهی.
- با بستن کامل تراوایی غشا در شبیهساز نشان دهی که آب باز هم جابهجا میشود.
خیار را حلقهحلقه کن، رویش نمک بپاش و بیست دقیقه بعد به بشقاب نگاه کن. حلقهها چروکیدهاند و کف بشقاب پر از آب شده است. کسی آب را از خیار بیرون نکشیده؛ آب خودش بیرون رفته است. چه چیزی آب را وادار به این کار کرد؟ پاسخ در پوستهٔ نازکی است که دور هر سلول کشیده شده.
غشا: دربانی که همه را راه نمیدهد
هر سلول با غشای نیمهتراوا پوشیده شده است. این غشا به مولکولهای کوچک مانند آب و اکسیژن آسان اجازهٔ عبور میدهد، اما جلوی بسیاری از مواد حلشده را میگیرد. دو پدیده از همینجا زاده میشوند:
- انتشار: مادهٔ حلشده خودبهخود از جایی که غلیظتر است به جایی که رقیقتر است میرود؛ درست مثل پخششدن بوی غذا در خانه. برای این کار انرژی خرج نمیشود.
- اسمز: وقتی ماده نتواند از غشا رد شود، این آب است که جابهجا میشود و همیشه به سمت محلول غلیظتر میرود.
یک مثال عددی کاملاً حلشده
در شبیهساز غلظت درون سلول را ۱۲۰ و غلظت بیرون را ۴۰ میلیمول بگذار و دما را روی ۲۵ درجه. فشار اسمزی را چنین حساب میکنیم:
- اختلاف غلظت: ۱۲۰ منهای ۴۰ برابر ۸۰ میلیمول بر لیتر، که همان ۸۰ مول بر مترمکعب است.
- دمای مطلق: ۲۵ بهعلاوهٔ ۲۷۳ برابر ۲۹۸ کلوین.
- ثابت جهانی گازها برابر ۸٫۳۱۴ است.
- فشار اسمزی: ۸۰ ضربدر ۸٫۳۱۴ ضربدر ۲۹۸ نزدیک ۱۹۸٬۰۰۰ پاسکال، یعنی حدود ۱۹۸ کیلوپاسکال.
این عدد نزدیک دو برابر فشار هوای سطح دریاست؛ فشاری که یک اختلاف غلظت ساده میسازد. اگر اختلاف غلظت دو برابر شود، فشار هم دو برابر میشود، چون این دو با هم نسبت مستقیم دارند.
اگر تراوایی غشا را روی صفر بگذاری، مادهٔ حلشده اصلاً از غشا رد نمیشود، ولی حجم سلول باز هم تا حدود ۱۵۵ درصد بالا میرود. دلیلش روشن است: آب همچنان میگذرد و به سمت درونِ غلیظتر میرود.
چرا سلول گیاهی نمیترکد
سلول جانوری در آب رقیق آنقدر باد میکند تا بترکد. سلول گیاهی اما بیرون از غشا یک دیوارهٔ سلولی محکم دارد. آب وارد میشود، واکوئل بزرگ میانی پر میشود و سلول به دیواره فشار میآورد. به این فشار آماس (تورژسانس) میگویند و همین است که ساقهٔ علفی و برگ تازه را سرپا نگه میدارد. اگر خاک خشک یا شور باشد، آب از سلول بیرون میرود، غشا از دیواره فاصله میگیرد و گیاه پژمرده میشود.
کاربرد در دنیای واقعی
در بسیاری از دشتهای ایران خاک شور است؛ آب شور بیرون از ریشه غلیظتر از درون سلول است و بهجای آنکه گیاه آب بگیرد، آب از دستش میرود. کود بیش از اندازه هم دقیقاً همین بلا را سر ریشه میآورد. از سوی دیگر، همین قاعده هزاران سال است به کمک ما آمده: نمکسودکردن ماهی و مربای غلیظ غذا را سالم نگه میدارند، چون باکتری در محیط غلیظ آب بدنش را از دست میدهد. ریشه اما فقط منتظر انتشار نمیماند؛ برای گرفتن مواد معدنی کمیاب، با صرف انرژی و از راه انتقال فعال آنها را حتی برخلاف شیب غلظت به درون میکشد.
رابطههای کلیدی
مأموریت شبیهسازی
دو سوی غشا را با غلظت متفاوت پر کن و ببین ماده به کدام سو میرود و آب به کدام سو.
- غلظت درون سلول را روی ۱۲۰ و غلظت بیرون را روی ۴۰ میلیمول بگذار، دما را ۲۵ درجه و تراوایی غشا را ۰٫۵؛ همان لحظهٔ نخست عدد فشار اسمزی را بخوان.
- به دو فلش نگاه کن و بگو مادهٔ حلشونده به کدام سو میرود و آب به کدام سو.
- بگذار شبیهساز چند ثانیه کار کند تا دو عدد غلظت به هم نزدیک شوند؛ آنوقت اختلاف و جهت جریان را دوباره بخوان.
- تراوایی غشا را روی صفر بگذار و ببین با اینکه ماده نمیگذرد، حجم سلول به چه عددی میرسد.
- غلظت درون را ۴۰ و غلظت بیرون را ۱۶۰ بگذار و سرنوشت سلول را یادداشت کن.
آزمون این درس
۵ پرسش چهارگزینهای. پس از ثبت، پاسخ درست و توضیح هر پرسش را میبینید. میتوانید هر چند بار که خواستید تلاش کنید؛ بهترین نمره در کارنامه ثبت میشود.