osmosis adalah air fenomena perpindahan pasif melalui membran. Ini bisa berupa membran sel, epitel, atau membran buatan. Air bergerak dari daerah dengan tekanan osmotik rendah (atau di mana air lebih berlimpah) ke daerah dengan tekanan osmotik lebih tinggi (atau di mana air kurang melimpah).
Proses ini memiliki relevansi biologis dan mengatur serangkaian proses fisiologis, baik pada hewan maupun tumbuhan .
Sumber: OpenStax [CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)]
Peneliti pertama yang melaporkan fenomena osmotik adalah Abbé Jean Antoine Nollet. Pada tahun 1748, Nollet bekerja dengan membran sel hewan dan memperhatikan bahwa ketika air murni ditempatkan di satu sisi membran dan larutan dengan elektrolit encer di sisi lain, air pindah ke wilayah tersebut dengan zat terlarut.
Dengan demikian, perjalanan air yang mendukung gradien konsentrasinya dijelaskan dan itu disebut osmosis. Istilah ini berasal dari akar bahasa Yunani osmos, yang berarti mendorong .
Pada tahun 1877, Wilhelm Pfeller melakukan studi pertama tentang tekanan osmotik. Desain eksperimentalnya melibatkan penggunaan “membran” tembaga ferrocyanide pada permukaan cangkir tanah liat berpori, sehingga menghasilkan membran yang memungkinkan lewatnya molekul air.
Membran buatan Pfeller cukup kuat untuk menahan tekanan osmotik yang signifikan dan tidak runtuh. Peneliti ini dapat menyimpulkan bahwa tekanan osmotik sebanding dengan konsentrasi zat terlarut.
Indeks artikel
Proses
Pergerakan air melalui membran dari daerah konsentrasi rendah ke daerah konsentrasi tinggi disebut osmosis. Proses ini terjadi dari daerah dengan tekanan osmotik terendah ke tekanan osmotik tertinggi.
Pada awalnya, pernyataan ini bisa membingungkan – dan bahkan kontradiktif. Kita terbiasa dengan gerakan pasif “tinggi ke rendah”. Misalnya, panas dapat berpindah dari suhu tinggi ke rendah, glukosa berdifusi dari daerah dengan konsentrasi tinggi ke daerah yang kurang terkonsentrasi, dan seterusnya.
Seperti yang telah kita sebutkan, air yang mengalami fenomena osmosis bergerak dari tekanan rendah ke tekanan tinggi. Hal ini terjadi karena air lebih melimpah per satuan volume dimana zat terlarut lebih sedikit.
Dengan kata lain, selama osmosis air bergerak ke tempat yang lebih banyak (air) ke tempat yang lebih sedikit. Oleh karena itu, fenomena tersebut harus dipahami dari perspektif air.
Penting untuk diingat bahwa osmosis mengatur pergerakan air melalui membran dan tidak mempengaruhi pergerakan zat terlarut secara langsung. Ketika zat terlarut berdifusi, mereka melakukannya dengan mengikuti gradien konsentrasi kimianya sendiri. Hanya air yang mengikuti gradien konsentrasi tekanan osmotik.
Tekanan osmotik
Tekanan?
Salah satu aspek yang paling membingungkan dalam memahami proses osmosis adalah penggunaan kata tekanan. Untuk menghindari kebingungan, penting untuk mengklarifikasi bahwa larutan dengan sendirinya tidak memberikan tekanan hidrostatik karena tekanan osmotiknya.
Misalnya, larutan glukosa 1 M memiliki tekanan osmotik 22 atm. Namun, larutan tersebut tidak “meledak” botol kaca dan dapat disimpan dengan cara yang sama seperti air murni karena larutan yang diisolasi tidak menghasilkan tekanan hidrostatik.
Istilah tekanan digunakan hanya karena kecelakaan sejarah, karena ilmuwan pertama yang mempelajari fenomena ini adalah fisika dan kimia.
Jadi, jika dua larutan yang berbeda tekanan osmotiknya dipisahkan oleh membran, akan tercipta tekanan hidrostatik.
Tekanan osmotik dan hidrostatik
Proses osmosis mengarah pada pembentukan tekanan hidrostatik. Perbedaan tekanan menyebabkan peningkatan tingkat larutan yang lebih pekat, karena air berdifusi ke dalamnya. Kenaikan permukaan air berlanjut sampai laju bersih pergerakan air sama dengan nol.
Aliran bersih dicapai ketika tekanan hidrostatik di kompartemen II cukup untuk memaksa molekul air kembali ke perilaku I, pada tingkat yang sama dengan osmosis yang menyebabkan molekul bergerak dari kompartemen I ke II.
Tekanan air yang menyebabkan partikel-partikel surut (dari kompartemen I ke II) disebut tekanan osmotik larutan di kompartemen II.
Bagaimana aliran air dalam sel dikendalikan?
Berkat fenomena osmotik, air dapat bergerak secara pasif melalui membran sel. Secara historis, diketahui bahwa hewan tidak memiliki sistem transportasi air yang aktif untuk mengontrol aliran zat ini.
Namun, sistem transpor zat terlarut aktif dapat mengubah arah pergerakan air ke arah yang menguntungkan. Dengan cara ini, transpor zat terlarut aktif adalah salah satu cara hewan menggunakan energi metaboliknya untuk mengontrol arah transpor air.
Hitungan
Ada rumus matematika yang memungkinkan pengukuran kecepatan air melintasi membran secara osmosis. Persamaan untuk menghitungnya adalah sebagai berikut:
Laju transpor osmotik air = K (Π 1 –Π 2 / X). Dimana 1 dan 2 adalah tekanan osmotik larutan pada kedua sisi membran dan X adalah jarak yang memisahkan keduanya.
Hubungan ( 1 –Π 2 / X) dikenal sebagai gradien tekanan osmotik atau gradien osmotik.
Suku terakhir dalam persamaan adalah K adalah koefisien proporsionalitas yang bergantung pada suhu dan permeabilitas membran.
Perbedaan dengan difusi
Apa itu penyiaran?
Difusi terjadi oleh gerakan termal acak dari molekul terlarut atau tersuspensi, yang menyebabkan dispersi mereka dari daerah konsentrasi tinggi ke rendah. Laju difusi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Fick.
Ini adalah proses eksergonik karena peningkatan entropi yang diwakili oleh distribusi acak molekul.
Jika zat tersebut adalah elektrolit, perbedaan total muatan antara dua kompartemen harus diperhitungkan – selain konsentrasi.
Osmosis adalah kasus khusus difusi
Difusi dan osmosis bukanlah istilah yang berlawanan, apalagi konsep yang saling eksklusif.
Molekul air memiliki kemampuan untuk bergerak cepat melalui membran sel. Seperti yang kita jelaskan, mereka berdifusi dari daerah konsentrasi zat terlarut rendah ke salah satu konsentrasi tinggi dalam proses yang disebut osmosis.
Tampaknya aneh bagi kita untuk berbicara tentang “konsentrasi air”, tetapi zat ini berperilaku seperti zat lainnya. Artinya, ia berdifusi mendukung gradien konsentrasinya.
Namun, beberapa penulis menggunakan istilah “difusi air” sebagai sinonim untuk osmosis. Menerapkannya secara harfiah ke sistem biologis bisa salah, karena telah ditunjukkan bahwa laju osmosis melalui membran biologis lebih besar daripada yang diharapkan oleh proses difusi sederhana.
Dalam beberapa sistem biologis, air melewati difusi sederhana melalui membran sel. Namun, beberapa sel memiliki saluran khusus untuk mengalirkan air. Yang paling penting disebut aquaporin, meningkatkan kecepatan aliran air melalui membran.
Contoh
Dalam sistem biologis, pergerakan air melalui membran sel sangat penting untuk memahami lusinan proses fisiologis. Beberapa contohnya adalah:
Pertukaran osmotik pada ikan air tawar
Contoh menarik dari peran osmosis pada hewan adalah pertukaran air yang terjadi pada ikan air tawar.
Hewan yang menghuni badan air tawar selalu mengambil air dari sungai atau kolam tempat mereka hidup ke dalam tubuh mereka, karena konsentrasi plasma darah dan cairan tubuh lainnya memiliki konsentrasi yang jauh lebih tinggi daripada konsentrasi air. .
Spesies ikan Carassius auratus hidup di lingkungan air tawar. Seseorang yang memiliki massa 100 gram dapat memperoleh sekitar 30 gram air per hari berkat pergerakan air di dalam tubuhnya. Ikan memiliki sistem – sangat mahal – untuk terus-menerus membuang kelebihan air.
Reabsorpsi cairan
Dalam sistem pencernaan hewan, fenomena osmosis harus terjadi agar dapat berfungsi dengan baik. Saluran pencernaan mengeluarkan sejumlah besar cairan (dalam urutan liter) yang harus diserap kembali secara osmosis oleh sel-sel yang melapisi usus.
Jika sistem ini tidak menjalankan tugasnya, kejadian diare parah dapat terjadi. Perpanjangan kerusakan ini dapat menyebabkan dehidrasi pasien.
Turgor pada tumbuhan
Volume air di dalam sel tergantung pada konsentrasi lingkungan internal dan eksternal, dan alirannya diatur oleh fenomena difusi dan osmosis.
Jika sel hewan (seperti eritrosit) ditempatkan dalam media yang memungkinkan air masuk, itu bisa pecah. Sebaliknya, sel tumbuhan memiliki dinding yang melindungi mereka dari tekanan osmotik.
Faktanya, tanaman tidak berkayu memanfaatkan tekanan yang dihasilkan oleh masuknya air secara pasif. Tekanan ini membantu menjaga organ tanaman yang berbeda, seperti daun, turgid. Segera setelah air mulai mengalir keluar dari sel, sel kehilangan turgiditasnya dan layu.
Referensi
- Cooper, GM, Hausman, RE, & Hausman, RE (2000). Sel: pendekatan molekuler . pers ASM.
- Eckert, R., Randall, R., & Agustinus, G. (1988). Fisiologi hewan: mekanisme dan adaptasi . WH Freeman & Co.
- Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Fisiologi Hewan . Rekan Sinauer.
- Karp, G. (2009). Biologi sel dan molekuler: konsep dan eksperimen . John Wiley & Sons.
- Pollard, TD, Earnshaw, WC, Lippincott-Schwartz, J., & Johnson, G. (2016). E-Book Biologi Sel . Ilmu Kesehatan Elsevier.
- Schmidt-Nielsen, K. (1997). Fisiologi hewan: adaptasi dan lingkungan . Pers Universitas Cambridge.
