คลังความรู้ : แรงดันเต่ง คือ อะไร ออสโมซิส ( Osmosis ) อธิบายให้ละเอียด

ออสโมซิส ( Osmosis )คือ การแพร่ของของเหลว (ในทางชีววิทยา ได้แก่ น้ำ) ผ่านเยื่อเลือกผ่าน หรือคือการแพร่ของน้ำผ่านเยื่อเลือกผ่านจากสารละลายที่เจือจางไปยังสารละลายที่เข้มข้น
       
การวัดแรงดันที่เกิดจากกระบวนการออสโมซิส จะใช้เครื่องมือชื่อ ออสโมมิเตอร์ ซึ่งในการทดลองอาจใช้เยื่อชั้นในของเปลือกไข่ หรือกระดาษเซลโลเฟนหุ้มหลอดแก้วที่ใช้วัดความสูงของของเหลว แล้วใส่สารละลาย 2 ชนิด ที่มีความเข้มข้นต่างกัน
       ในกระบวนการออสโมซิส จะมีแรงดันที่เกี่ยวข้อง 2 ชนิด คือ 
1. แรงดันเต่ง (turgor pressure)
2. แรงดันออสโมติก ( osmotic pressure )
ซึ่งสามารถศึกษาแรงดันดังกล่าวได้จากชุดออสโมมิเตอร์อย่างง่าย

ภาพ แสดงขั้นตอนการทำชุดออสโมมิเตอร์อย่างง่าย

     แรงดันเต่ง (turgor pressure) คือแรงดันที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ อันเกิดจากน้ำแพร่เข้าไปในเซลล์ มีหน่วยเป็นบรรยากาศ
- จากปฏิบัติการทดลองออสโมมิเตอร์อย่างง่าย แรงดันเต่งวัดได้จากระดับของของเหลวที่ถูกดันขึ้นไปในหลอด เมื่อน้ำแพร่เข้าไปในไข่ แรงดันเต่งจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ แต่เมื่อน้ำแพร่เข้าสู่ถึงจุดสมดุลของการแพร่ ระดับน้ำในหลองคงที่ จะได้ว่า
แรงดันเต่งสูงสุด = แรงดันออสโมติกของสารละลาย
- ที่สภาวะสมดุลของการแพร่ น้ำจากภายนอกไข่ แพร่เข้าสู่ภายในไข่ เท่ากับน้ำภายในไข่ แพร่ออกสู่ภายนอกไข่
     แรงดันออสโมติก (osmotic pressure) เป็นสมบัติเฉพาะของสารละลาย มีหน่วยเป็น
บรรยากาศ แรงดันออสโมติกของสารละลาย มีค่าเท่ากับ แรงดันเต่งสูงสุด
         แรงดันออสโมติกจะสูงหรือต่ำขึ้นอยู่กับ
- จำนวนโมเลกุล อิออน หรือ ความเข้มข้น ของตัวถูกละลาย สารละลายที่มีความเข้มข้นสูงจะมีแรงดันออสโมติกมาก สารละลายที่มีความเข้มข้นต่ำ จะมีแรงดันออสโมติกน้อย
- น้ำบริสุทธิ์ มีแรงดันออสโมติกต่ำสุด 
- น้ำจะออสโมซิสจากสารละลายที่มีแรงดันออสโมติกต่ำกว่าไปยังสารละลายที่มีแรงดันออสโมติกสูงกว่า
     ประโยชน์ของแรงดันเต่ง
1. ทำให้เซลล์เต่ง
2. ทำให้เซลล์คงรูปร่างอยู่ได้
3. ทำให้กิ่งหรือใบพืชแผ่กาง ยอดพืชตั้งตรง
ถ้าน้ำภายนอกเซลล์มีแรงดันออสโมติกสูงกว่าภายในเซลล์ จะเกิดโมเลกุลของน้ำแพร่จากเซลล์ไปสู่ภายนอกเซลล์ ถ้าเซลล์สูญเสียน้ำแรงดันเต่งจะค่อยๆลดลง
     พลาสโมไลซิส (Plasmolysis)
คือปรากฏการณ์ที่เซลล์สูญเสียน้ำ โพรโทพลาสซึมจะค่อยๆหดรวมตัวเป็นก้อน เยื่อหุ้มเซลล์ค่อยๆหดเข้ามา ทำให้เซลล์เหี่ยว 
     พลาสมอพทิซิส ( Plasmoptysis)
คือปรากฏการณ์ที่เซลล์เต่ง เนื่องจากน้ำภายนอกเซลล์มีแรงดันออสโมติกน้อยกว่าภายในเซลล์ จึงเกิดการแพร่เข้าไปในเซลล์
- เซลล์พืชถ้าได้รับน้ำมากๆจะไม่เกิดอันตราย เพราะมีผนังเซลล์เป็นตัวทำให้ แรงดันเต่งภายในเซลล์สูงเท่ากับแรงดันออสโมติก ทำให้เกิดสภาวะสมดุลของการแพร่ เซลล์จะไม่รับน้ำเพิ่ม 
- เซลล์สัตว์ไม่มีผนังเซลล์ ถ้าน้ำแพร่เข้าไปมากเซลล์จะแตก
เซลล์ของพวกโพรทิสต์เซลล์เดียว ถ้าได้รับน้ำมากๆ แม้จะไม่มีผนังเซลล์แต่เซลล์สามารถกำจัดน้ำที่มากเกินความต้องการออกทาง คอนแทรกไทล์แวคิวโอล

 

 

ออสโมซิส ( Osmosis ) 
คือ การแพร่ของของเหลว (ในทางชีววิทยา ได้แก่ น้ำ) ผ่านเยื่อเลือกผ่าน หรือคือการแพร่ของน้ำผ่านเยื่อเลือกผ่านจากสารละลายที่เจือจางไปยังสารละลายที่เข้มข้น
การวัดแรงดันที่เกิดจากกระบวนการออสโมซิส จะใช้เครื่องมือชื่อ ออสโมมิเตอร์ ซึ่งในการทดลองอาจใช้เยื่อชั้นในของเปลือกไข่ หรือกระดาษเซลโลเฟนหุ้มหลอดแก้วที่ใช้วัดความสูงของของเหลว แล้วใส่สารละลาย 2 ชนิด ที่มีความเข้มข้นต่างกัน
ในกระบวนการออสโมซิส จะมีแรงดันที่เกี่ยวข้อง 2 ชนิด คือ 
1. แรงดันเต่ง (turgor pressure)
2. แรงดันออสโมติก ( osmotic pressure )
ซึ่งสามารถศึกษาแรงดันดังกล่าวได้จากชุดออสโมมิเตอร์อย่างง่าย


ภาพ แสดงขั้นตอนการทำชุดออสโมมิเตอร์อย่างง่าย

แรงดันเต่ง (turgor pressure) คือแรงดันที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ อันเกิดจากน้ำแพร่เข้าไปในเซลล์ มีหน่วยเป็นบรรยากาศ
- จากปฏิบัติการทดลองออสโมมิเตอร์อย่างง่าย แรงดันเต่งวัดได้จากระดับของของเหลวที่ถูกดันขึ้นไปในหลอด เมื่อน้ำแพร่เข้าไปในไข่ แรงดันเต่งจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ แต่เมื่อน้ำแพร่เข้าสู่ถึงจุดสมดุลของการแพร่ ระดับน้ำในหลองคงที่ จะได้ว่า
แรงดันเต่งสูงสุด = แรงดันออสโมติกของสารละลาย
- ที่สภาวะสมดุลของการแพร่ น้ำจากภายนอกไข่ แพร่เข้าสู่ภายในไข่ เท่ากับน้ำภายในไข่ แพร่ออกสู่ภายนอกไข่
แรงดันออสโมติก (osmotic pressure) เป็นสมบัติเฉพาะของสารละลาย มีหน่วยเป็น
บรรยากาศ แรงดันออสโมติกของสารละลาย มีค่าเท่ากับ แรงดันเต่งสูงสุด
แรงดันออสโมติกจะสูงหรือต่ำขึ้นอยู่กับ
- จำนวนโมเลกุล อิออน หรือ ความเข้มข้น ของตัวถูกละลาย สารละลายที่มีความเข้มข้นสูงจะมีแรงดันออสโมติกมาก สารละลายที่มีความเข้มข้นต่ำ จะมีแรงดันออสโมติกน้อย
- น้ำบริสุทธิ์ มีแรงดันออสโมติกต่ำสุด 
- น้ำจะออสโมซิสจากสารละลายที่มีแรงดันออสโมติกต่ำกว่าไปยังสารละลายที่มีแรงดันออสโมติกสูงกว่า
ประโยชน์ของแรงดันเต่ง
1. ทำให้เซลล์เต่ง
2. ทำให้เซลล์คงรูปร่างอยู่ได้
3. ทำให้กิ่งหรือใบพืชแผ่กาง ยอดพืชตั้งตรง
ถ้าน้ำภายนอกเซลล์มีแรงดันออสโมติกสูงกว่าภายในเซลล์ จะเกิดโมเลกุลของน้ำแพร่จากเซลล์ไปสู่ภายนอกเซลล์ ถ้าเซลล์สูญเสียน้ำแรงดันเต่งจะค่อยๆลดลง
พลาสโมไลซิส (Plasmolysis)
คือปรากฏการณ์ที่เซลล์สูญเสียน้ำ โพรโทพลาสซึมจะค่อยๆหดรวมตัวเป็นก้อน เยื่อหุ้มเซลล์ค่อยๆหดเข้ามา ทำให้เซลล์เหี่ยว 
พลาสมอพทิซิส ( Plasmoptysis)
คือปรากฏการณ์ที่เซลล์เต่ง เนื่องจากน้ำภายนอกเซลล์มีแรงดันออสโมติกน้อยกว่าภายในเซลล์ จึงเกิดการแพร่เข้าไปในเซลล์
- เซลล์พืชถ้าได้รับน้ำมากๆจะไม่เกิดอันตราย เพราะมีผนังเซลล์เป็นตัวทำให้ แรงดันเต่งภายในเซลล์สูงเท่ากับแรงดันออสโมติก ทำให้เกิดสภาวะสมดุลของการแพร่ เซลล์จะไม่รับน้ำเพิ่ม 
- เซลล์สัตว์ไม่มีผนังเซลล์ ถ้าน้ำแพร่เข้าไปมากเซลล์จะแตก
- เซลล์ของพวกโพรทิสต์เซลล์เดียว ถ้าได้รับน้ำมากๆ แม้จะไม่มีผนังเซลล์แต่เซลล์สามารถกำจัดน้ำที่มากเกินความต้องการออกทาง คอนแทรกไทล์แวคิวโอล


การแพร่แบบฟาซิลิเทต ( Facilitate diffusion )
- เป็นการแพร่ของสารเข้าสู่เซลล์ตรงบริเวณเยื่อหุ้มเซลล์ที่มีตัวพาซึ่งเป็นสารพวกโปรตีน
- ตัวพาทำหน้าที่คล้ายประตู เมื่อรับโมเลกุลของสาร ตัวพาจะเปลี่ยนรูปร่าง ทำให้ส่งสารเข้าไปในเซลล์ได้ จากนั้นตัวพาจะคืนสู่สภาพเดิม 
- การแพร่แบบนี้มีอัตราการแพร่เร็วกว่าการแพร่แบบธรรมดามาก
- ตัวอย่างเช่น การลำเลียงสารที่เซลล์ตับและ เซลล์บุผิวลำไส้เล็ก 


การลำเลียงแบบแอคทีฟทรานสปอร์ต ( Active transport )

-เป็นการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของสารหรืออิออนผ่านเยื่อเลือกผ่านจากบริเวณที่มีความหนาแน่นน้อยไปสู่บริเวณที่มีความหนาแน่นมาก โดยอาศัยพลังงาน ATP จากเซลล์
- ตัวอย่างได้แก่ การเกิด Na+ - K+ pump ของเซลล์ประสาท การดูดน้ำตาลกลูโคสที่ลำไส้เล็กเข้าสู่เส้นเลือด การดูดแร่ธาตุจากดินเข้าสู่รากพืช เป็นต้น



การลำเลียงโดยการสร้างถุงจากเยื่อหุ้มเซลล์ ( Bulk transport )

การลำเลียงสารขนาดใหญ่เข้าสู่เซลล์มี 3 วิธีคือ
1. ฟาโกไซโทซิส ( Phagocytosis ) หรือ Cell eating เป็นการนำสารที่เป็นของแข็งหรือเซลล์ขนาดเล็ก เช่น เชื้อโรคเข้าสู่เซลล์โดยการยื่นส่วนของ โพรโทพลาสซึม ซึ่งเรียกว่า เท้าเทียม (Pseudopodium) ออกไปโอบล้อมอนุภาคของสารแล้วเกิดเป็นถุง ( food vacuole ) ภายในเซลล์ ได้แก่ การกินอาหารของ อะมีบาและเซลล์เม็ดเลือดขาว

ภาพแสดง

2. พิโนไซโทซิส ( Pinocytosis ) หรือ Cell drinking เป็นการนำสารที่เป็นของเหลวเข้าสู่เซลล์โดยวิธีการที่เยื่อหุ้มเซลล์เว้าเข้าไปในไซโทพลาสซึมทีละน้อยจนกลายเป็นถุง เรียกว่า Pinocytic vesicle ได้แก่ การนำสารเข้าสู่เซลล์เยื่อบุตามท่อของหน่วยไต การนำสารเข้าสู่เยื่อบุลำไส้เล็ก

ภาพแสดง

3. การนำสารเข้าสู่เซลล์โดยอาศัยตัวรับ ( receptor - mediated endocytosis )
เป็นกระบวนการ endocytosis ที่เกิดขึ้นโดยมีตัวรับ (receptor) บนเยื่อหุ้มเซลล์ ทำหน้าที่จับกับสารทีจะนำเข้าสู่เซลล์ ก่อนที่จะเกิดการเว้าของเยื่อหุ้มเซลล์ สารที่ถูกลำเลียงเข้าสู่เซลล์โดยวิธีนี้จะต้องมีความจำเพาะในการจับกับตัวรับที่อยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์จึงจะสามารถถูกนำเข้าสู่เซลล์ได้ 


ปัจจัยที่มีผลต่อการเคลื่อนที่ของสารผ่านเซลล์

1. ขนาดของสาร สารที่มีอนุภาคเล็กจะเคลื่อนที่ผ่านเข้าออกเซลล์ได้ตลอดเวลา ส่วนสารที่มีอนุภาคใหญ่สามารถลำเลียงได้น้อยกว่า
2. ความสามารถในการลำลายของสาร สารใดที่สามารถละลายได้ในไขมันจะผ่านเข้าออกเซลล์ ได้ง่ายกว่าสารที่ไม่ละลายในไขมัน ฉะนั้น แอลกอฮอล์ อีเทอร์ คลอโรฟอร์ม จึงเจ้าสู่เซลล์ได้ง่าย
3. ความสามารถในการแตกตัวเป็นอิออน สารที่แตกตัวเป็นอิออนจะผ่านเข้าออกเซลล์ง่ายกว่าสารที่ไม่แตกตัวเป็นอิออน

 

 

ออสโมซิสอย่างง่าย ใช้ในการศึกษาการออสโมซิสและแรงดันออสโมติก

แรงดันออกโมติด เกิดจากการแพร่ของน้ำจากบริเวณที่มีน้ำมาก ( เจือจาง ) เข้าสู่บริเวณที่มีน้ำน้อย ( เข้มข้น ) แรงดันของน้ำนี้จะดันให้ของเหลวขึ้นไปในหลอดได้ ในขณะที่ยังไม่สมดุลของเหลวก็จะขึ้นไปบนหลอดได้เรื่อย ๆ และเมื่อเกิดการสมดุลระดับของของเหลวในหลอดจะคงที่ แรงดันออสโมติกของสารละลายแต่ละชนิดจะแตกต่างกัน น้ำบริสุทธิ์เป็นของเหลวที่มีแรงดันออสโมติกต้ำสุด สารละลายที่เจือจางจะมีแรงดันออสโมติกต่ำ ส่วนสารละลายที่เข้มข้นมาก จะมีแรงดันออสโมติกสูงมากด้วย

ในกรณีของเซลล์ ถ้าใส่เซลล์ลงในสารละลายที่มีความเข้มข้นต่างกัน จะมีผลต่อเซลล์แตกต่างกันด้วย จึงทำให้แบ่งสารละลายที่อยู่นอกเซลล์ออกได้เป็น 3 ชนิด ตามการเปลี่ยนขนาดเซลล์ เมื่ออยู่ภายในสารละลายนั้น

1.     ไฮโพทอนิกโซลูชั่น (Hypotonic solution) หมายถึง สาระละลายนอกเซลล์ที่มีความเข้มข้นน้อนกว่าเซลล์ ดังนั้น เมื่อใส่เซลล์ลงในสารละลายชนิดนี้ จะทำให้เซลล์ขยายขนาดเพิ่มขึ้น เนื่องจากน้ำภายในสาระละลายแพร่เข้าสู่เซลล์มากกว่าน้ำภายในเซลล์ แพร่ออกนอกเซลล์ใน กรณีของเซลล์เม็ดเลือดแดง สารละลายที่เป็นไฮโพทอนิกจะมีความเข้มข้นต่ำกว่าน้ำกลือ 0.85% ซึ่งอาจทำให้เซลล์เม็ดเลือดแดงแตกได้

2.     ไอโซทอนิกโซลูชั่น (Isotonic solution) หมายถึง สารละลายนอกเซลล์ที่มีความเข้มข้นเท่ากับเซลล์ ดังนั้น เมื่อใส่เซลล์ลงในสารละลายชนิดนี้ ชนาดของเซลล์จะไม่เปลี่ยนแปลง เนื่องจากน้ำจากสารละลายนอกเซลล์ และน้ำจากเซลล์ แพร่เข้าและออกในอัตราที่เท่าเทียมกัน สารละลายที่เป็นไอโซทอนิกกับเซลล์เม็ดเลือดแดงคือ น้ำเกลือ 0.85%

3.     ไฮเพอร์ทอนิก โซลูชั่น (Hypertonic solution) หมายถึง สารละลายนอกเซลล์ที่มีความเข้มข้นมากกว่าเซลล์ ดังนั้น เมื่อใส่เซลล์ลงในสารละลายชนิดนี้ จะทำให้เซลล์เหี่ยวลดขนาดเล็กลงเรียกว่าเกิด พลาสโมไลซิส (Plasmolysis) เนื่องจากน้ำภายในเซลล์แพร่ออกนอกเซลล์มากกว่าการแพร่ของน้ำเข้าสู่เซลล์

เซลล์พืชมีผนังเซลล์ ดังนั้น เมื่อเซลล์พืชอยู่ในสารละลายไฮโพทอนิก เซลล์พืชจะไม่แตกแต่เซลล์พืชจะเต่งขึ้น เพราะว่าผนังเซลล์พืชมแรงดันต้านเอาไว้ จึงเรียกว่า Wall pressure แต่เมื่อเซลล์พืชอยู่ในสารละลายไฮเพอร์ทอนิก ถ้าเสียน้ำออกมาเรื่อย ๆ จะทำให้โพรโทพลาซึมหดตัวลงมาก ทำให้เยื่อหุ้มเซลล์แยกออกจากผนังเซลล์ และหดตัวลง ถ้าหากเสียน้ำมาก ๆ จะทำให้เห็นเยื่อเซลล์และโพรโทพลาซึม เป็นก้อนกลม ๆ อยู่ตรงกลางเซลล์

ออมโมซิสที่เกิดจากสารละลายไฮโพทอนิกนอกเซลล์ ทำให้น้ำผ่านเข้าไปในเซลล์และเซลล์เต่งขึ้น หรือเซลล์แตกเรียกว่า เอนโดสโมซิส (Endosmosis) หรือ พลาสมอพทิซิส (Plasmoptysis) สำหรับออสโมซิสที่เกิดจากการละลายไฮเพอร์ทอนิกนอกเซลล์แล้ว ทำให้น้ำผ่านออกนอกเซลล์เหี่ยว เรียกว่าเอกโซสโมซิส (Exosmosis) หรือ พลาสโมไลซิส

1.3 การแพร่แบบฟาซิลิเทต

การแพร่แบบฟาซิลิเทต (Facilitated diffusion) เป็นการเคลื่อนที่ของสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ โดยอาศัยเกาะไปกับโปรตีนที่เป็นโปรตีนตัวพา (Carrier) ที่อยุ่ที่เยื่อหุ้มเซลล์โดยไม่มีการใช้พลังงานจากเซลล์ เมื่อตัวพานี้สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ จึงสามารถนำสารจากด้านหนึ่งยังอีกด้านหนึ่งได้ วิธีการนี้สามารถอธิบายการซึมผ่านของกลูโคสเข้าสู่เซลล์เม็ดเลือดแดงได้ดี กลูโคสซึมผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้ยาก เนื่องจากมีโมเลกุลใหญ่ และไม่ละลายในไขมัน แต่กลูโคสสามารถเคลื่อนที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้ดี เนื่องจากเยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดแดงมีตัวพา โดยกลูโคสเกาะกับตัวพาและถูกนำเข้าไปภายในเม็ดเลือดแดง ความเร็วของการเคลื่อนที่ขึ้น อยู่กับผลต่างของความเข็มข้นของสารที่อยู่ระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์ทั้งสองด้าน อัตราการซึมผ่านจะสูงเมื่อความเข้มข้นของสารแตกต่างกันมาก เมื่อเพิ่มความเข้มข้นให้แตกต่างกันมาก อัตราการซึมผ่านจะมากขึ้นจนถึงจุดอิ่มตัว แล้วจะไม่เพิ่มขึ้น ถึงแม้ว่าจะเพิ่มความแตกต่างของความเข้มข้นให้มากกขึ้น ทั้งนี้เนื่องจากโปรตีนที่เป็นตัวพามีอยู่จำกัด และได้ทำหน้าที่ขนส่งสารจนหมดทุกตัวแล้ว การแพร่แบบฟาซิลิเทต นอกจากลำเลียงกลูโคสแล้ว ยังลำเลียงกรดอะมิโนและคาร์บอนไดออกไซด์ที่อยู่ในรูปของไฮโดรเจนคาร์บอเนตไอออน (HCO-3ได้ด้วย

พิมพ์จาก : http://www.muslimthaipost.com/main/content.php?page=sub&category=104&id=1403
วันที่ : 30 กรกฎาคม 57 7:55:46
สำนักข่าวมุสลิมไทยโพสต์ http://www.muslimthaipost.com