BŁONY BIOLOGICZNE

Błony biologiczne występują we wszystkich
znanych układach biologicznych zdolnych do
samodzielnego życia. Oddzielają one
komórkę od środowiska, a w komórkach 
Eukariota dzielą również wnętrze komórki na
mniejsze obszary o zróżnicowanych
funkcjach (budują struktury błoniaste:
endoplazmatyczne retikulum, aparat
Golgiego, pojedyncza błona otacza wakuolę,
lizosomy, peroksysomy a podwójna jądro
komórkowe, mitochondria i plastydy).
Błony różnią się składem białek i fosfolipidów
oraz nieznacznie właściwościami.

Błony biologiczne uczestniczą w:

• biernym lub czynnym, selektywnym

transporcie jonów i substancji niejonowych,

• wydzielaniu produktów komórki do

środowiska (egzocytoza) oraz pobieraniu

makrocząsteczek do komórki (endocytoza), 

• reakcjach na sygnały pochodzące ze

środowiska (transdukcja sygnałów) poprzez

receptory błonowe,

• przenoszeniu sygnałów do innych okolic

komórki lub przekazywaniu ich do innych

komórek,

• oddziaływaniu między komórką i podłożem

oraz między komórkami.

Ich rolą jest też:

• oddzielenie wnętrza komórki od środowiska,
• oddzielanie w komórkach kompartymentów

(przedziałów) o różnej koncentracji różnych
substancji (enzymów, jonów, substratów),

• pośredniczenie w transporcie biernym i

czynnym,

• wytwarzanie potencjału elektrochemicznego

- różnej koncentracji jonów,

• miejsce przebiegu procesów (np. łańcuch

transportu elektronów w mitochondriach  i
chloroplastach)

Teorie budowy błon
1. Model lipidowy - W roku 1895 Overton opierając się na fakcie,

że substancje rozpuszczalne w tłuszczach wnikały do komórki

bardziej efektywnie niż nierozpuszczalne - wydedukował, że lipidy

muszą stanowić ważny składnik błony plazmatycznej.
2. Model dwuwarstwy lipidowej (1925) - Gortel i Grendel

ekstrahując acetonem lipidy z błon erytrocytów ludzkich i

obliczając powierzchnię błonki utworzonej przez ten ekstrakt,

stwierdzili, że jest ona dwukrotnie większa od powierzchni

wyjściowych krwinek. Sformułowali więc hipotezę, że błona

komórkowa składa się z dwóch warstw lipidowych, sugerując

uwodnienie obu ich stron tzn. polarne główki cząsteczek lipidów

muszą być skierowane na zewnątrz, a niepolarne łańcuchy

węglowodorowe ku sobie, do wnętrza podwójnej warstwy

lipidowej.
3. Model trójwarstwowej błony (1935) - Dowson i Danielli

korzystając z obserwacji Cole, że białka dodane do emulsji

olejowo-wodnej w znacznym stopniu obniżają napięcie

powierzchniowe pomiędzy wodą i kroplami oleju (napięcie takie

jak w naturalnych błonach komórkowych) wysnuli hipotezę, że

błony komórkowe zbudowane są symetrycznie z podwójnej

warstwy lipidowej pokrytej po obu stronach warstwą białek.
4. Model płynnej mozaiki (1972) - Singer i Nicolson opublikowali

teorię modelu płynnej mozaiki w której białka nie tworzą warstwy

na powierzchni lipidów, lecz pływają w dwuwarstwie lipidowej

zanurzone w różnym stopniu. Błona taka jest asymetryczna,

płynna i dynamiczna.

Składniki błon

biologicznych

Wszystkie błony w komórce
zbudowane są z lipidów i białek, oraz
mają wspólny plan budowy ogólnej.
Głównymi składnikami są

lipidy

i

białka

. Wzajemny stosunek tych

składników może być różny w różnych
błonach, a ich ułożenie też bywa
zmienne.

Lipidy w błonach należą do trzech klas: fosfolipidów,

glikolipidów i lipidów obojętnych (sterole).

Podstawową strukturą błony jest dwuwarstwa lipidowa

utworzona z fosfolipidów. Błona taka stanowi ośrodek,

w którym lipidy i białka mogą przemieszczać się po

powierzchni błony a także w poprzek błony. 

Fosfolipidy

zawierają dwie cząsteczki kwasów

tłuszczowych połączone z dwoma spośród trzech atomów

węgla glicerolu. Trzeci węgiel w glicerolu połączony jest z

ujemnie naładowaną hydrofilową grupą fosforanową do której z

kolei jest przyłączony mały związek hydrofilowy, taki jak

cholina. Każda cząsteczka fosfolipidu zawiera więc

hydrofobowy „ogon", złożony z dwóch łańcuchów kwasu

tłuszczowego, oraz hydrofilową „głowę", gdzie znajduje się

fosforan. Cząsteczki takie jak fosfolipidy, z regionami zarówno

hydrofobowymi jak i hydrofilowymi, są nazywane cząsteczkami

amfipatycznymi.
Zdolność fosfolipidów do tworzenia błon jest związana z ich

amfipatycznym charakterem. Fosfolipidy rozprzestrzeniają się

na powierzchni wody, tworząc pojedynczą warstwę cząsteczek

fosfolipidowych, z hydrofobowymi „ogonami" skierowanymi ku

górze, i hydrofilowymi „głowami" kontaktującymi się z wodą.

Dwie takie jednocząsteczkowe warstwy mogą łączyć się na

zasadzie „ogon z ogonem", tworząc dwuwarstwę

fosfolipidową. Taka orientacja jest najbardziej korzystna pod

względem energetycznym, gdyż pozwala na swobodny kontakt

hydrofilowych głów z wodą, podczas gdy hydrofobowe łańcuchy

kwasów tłuszczowych unikają kontaktu z wodą, gromadząc się

w środku układu. Dodatkowo cząsteczki fosfolipidów mają w

przybliżeniu jednakową szerokość, co również sprzyja układaniu

się ich w podwójne warstwy cylindrycznych struktur.

Cząsteczka fosfolipidu w błonie nie jest sztywna. Oprócz

ruchów obrotowych całej cząsteczki wokół swojej osi

występuje rozchodzenie się i zginanie łańcuchów kwasów

tłuszczowych. Mniej ruchliwa jest okolica polarna cząsteczki,

natomiast schowane w głębi warstwy hydrofobowej końce

łańcuchów węglowodorowych wykonują szybkie ruchy.

Ruchliwość łańcucha węglowodorowego jest tym większa im jest

on krótszy i ma liczniejsze wiązania nienasycone. Fosfolipidy

łatwo przemieszczają się w obrębie jednej warstwy

lipidowej błony (dyfuzja boczna) - zachodzi co około 10

-6

sekundy. Natomiast wymiana cząsteczek lipidów między

jedną i drugą warstwą (tzw. ruchy flip-flop) może być

bardzo wolna i zachodzić raz na kilkaset godzin.
W komórkach bakterii i drożdży, które muszą adaptować się do

różnych temperatur, zarówno długość jak i stopień nienasycenia

kwasów tłuszczowych są stale dopasowywane, tak aby

utrzymać względnie stały poziom płynności błony: w wyższych 

temperaturach komórka wytwarza lipidy o łańcuchach dłuższych

i zawierających mniej wiązań podwójnych, co sprzyja

zachowaniu stabilności i płynności błony.
Płynność błon umożliwia fuzję błon ze sobą i mieszanie się ich

składników, co przy podziale komórki zapewnia równomierne

rozdzielenie budujących błonę cząsteczek pomiędzy komórki

potomne.                    

Glikolipidy -  są to cząsteczki lipidów połączone z

łańcuchami polisacharydowymi. Zlokalizowane są w

zewnętrznej warstwie błony. Domeny polarne glikolipidów

wystają ponad powierzchnię błony komórkowej, prezentując

swoje grupy polarne do środowiska.
Jakkolwiek rola glikolipidów nie jest do końca poznana, to

przypisuje się im rozmaite funkcje:

1) utrzymują asymetryczność błony komórkowej,
2) oddzielają komórki od środowiska i stabilizują błonę

komórkową,

3) są receptorami dla niektórych hormonów peptydowych i

toksyn bakteryjnych,

4) dzięki specyficznej kombinacji topograficznej reszt cukrowych

w błonach erytrocytów określają grupy krwi (ABO).

Glikolipidy są na tyle ważnymi składnikami błon, że w

przypadku wad genetycznych związanych z ich

metabolizmem występują duże zaburzenia rozwojowe,

kończące się przedwczesną śmiercią noworodka.
Warstwa glikolipidów pokrywa większość komórek

zwierzęcych tworząc tzw. glikokaliks. Glikolipidy uzyskują

swoje grupy cukrowe w aparacie Golgiego.

Sterole - zbudowane są ze sztywnego poczwórnego pierścienia

węglowego z bocznymi podstawnikami. W komórkach zwierzęcych

głównym sterolem (steroidem) jest cholesterol, zaś u roślin

występują fitosterole: sitosterol, kamposterol i stigmosterol. W

błonie lokalizują się pomiędzy łańcuchami węglowodorowymi

fosfolipidów. Cholesterol jest lipidem o słabych właściwośćiach

amfipatycznych. Jego cząsteczka składa się z części hydrofobowej

– steroidowej  i łańcucha alifatycznego dołączonego do węgla 17 w

pierścieniu D. Domena hydrofilowa reprezentowana jest przez

grupę (OH-), związaną z 3 węglem w pierścieniu A. Cholesterol jest

umiejscowiony w błonie komórkowej, podobnie jak glikolipidy, w jej

zewnętrznej warstwie. W niej wiąże się swoją grupą hydroksylową

z 1 węglem łańcucha alifatycznego kwasu tłuszczowego

fosfolipidu. Cholesterol jest podstawowym czynnikiem

regulującym przepuszczalność błon komórkowych.

Położenie grupy hydrofobowej pomiędzy łańcuchami

alifatycznymi fosfolipidów zapobiega przejściu fazowemu

dużych obszarów błony (zapobiega zbytniemu zbliżaniu się

łańcuchów i uniemożliwia powstawanie pomiędzy nimi

oddziaływań van der Waalsa, co prowadziło by do ich

unieruchomienia i przejście w stan stały), utrzymuje

wewnętrzną, hydrofobową część dwuwarstwy lipidowej  w

stanie płynnym. Natomiast grupy polarne cholesterolu

uszczelniają oraz usztywniają i stabilizują zewnętrzne

krawędzie dwuwarstwy lipidowej, zapobiegając

niekontrolowanej migracji małych cząstek rozpuszczalnych

w wodzie pomiędzy cząsteczkami fosfolipidów.  

Białka błonowe

umownie dzieli się

na dwie grupy:

• powierzchniowe (peryferyjne)
• integralne

Schemat organizacji białek błonowych

1. Białko transmembranowe

2. Białko monowarstwy zewnętrznej

3. Białko monowarstwy wewnętrznej

4. Białko wewnętrzne błony

Niebieskie – białka peryferyjne

• Białka które dają się łatwo usunąć z błony wodą,

roztworami soli lub czynników chelatujących nie

niszcząc dwuwarstwy lipidowej - są to

BIAŁKA

POWIERZCHNIOWE

(peryferyjne) błony. Są one

luźno związane z powierzchniami błony i często

połączone z łańcuchami sacharydowymi (glikoproteiny)

oraz kwasami tłuszczowymi czy długołańcuchowymi

alkoholami, poprzez które polipeptydy te zakotwiczają

się w obrębie błony. Białka powierzchniowe są

cząsteczkami hydrofilnymi i najczęściej występują w

rejonach,

w których sterczą z błon fragmenty białek integralnych

i są z nimi powiązane oddziaływaniami

niekowalencyjnymi. Mogą również wiązać się

z polarnymi fragmentami fosfolipidów. Część białek

może znajdować się całkowicie poza rejonem błony,

a jedynie wiązać się z nią za pomocą kowalencyjnego

wiązania z cząsteczką lipidową błony.

• Te które można wyizolować z błony

do roztworu wodnego jedynie w
postaci kompleksów z detergentem
(solubilizacja detergentem -
przeprowadzenie do roztworu
wodnego kompleksów detergentu i
składników błony) niszczącym
uporządkowanie dwuwarstwy
lipidowej - są to

BIAŁKA

INTEGRALNE

 - na trwałe

wbudowane w dwuwarstwę

• Białka integralne mogą być zbudowane z jednej lub kilku

podjednostek. Fragmenty cząsteczek białkowych mogą

wyłaniać się na jednej lub na obu powierzchniach błony,

bądź są prawie całkowicie schowane w części hydrofobowej

dwuwarstwy lipidowej. Białka integralne mają w łańcuchu

polipeptydowym przynajmniej jedną sekwencję składającą

się z co najmniej 22 aminokwasów hydrofobowych, które

pozwalają na zakotwiczenie się w błonie. W niektórych

białkach reszty aminokwasów hydrofobowych tworzą kilka

skupień, co sprawia, że łańcuch polipeptydowy kilkakrotnie

przemierza dwuwarstwę lipidową. Koniec karboksylowy [C]

łańcuchów polipeptydowych czasem jest skierowany do

cytoplazmy, a koniec aminowy [N] na powierzchnię

zewnętrzną błony, może też być przeciwnie. Białka mogą

również kotwiczyć się w błonie poprzez kowalencyjnie

związane z nimi łańcuchy kwasów tłuszczowych lub

cząsteczkę glikofosfolipidu. Białka błonowe rozmieszczone

są w błonie asymetrycznie. Ich ułożenie nie jest

przypadkowe, ale wynika ze specyficznych oddziaływań 

łańcucha polipeptydowego z dwuwarstwą lipidową.

Wszystkie te cechy białek integralnych przyczyniają się do

asymetrii błony. Większość białek integralnych błon

biologicznych jest glikoproteinami.

Funkcje białek błonowych

• Białka transportujące

– uczestniczą w transporcie przez błony małych

cząsteczek, tworzą kanały i pompy prowadząc transport kontrolowany (np.

pompa sodowa, aktywnie wypompowuje z komórki jony sodu i wprowadza do niej

jony potasu).

• Białka wiążące

– są elementami wyspecjalizowanych struktur odpowiedzialnych

za utrzymywanie łączności pomiędzy komórkami lub z cytoszkieletem (np.

integryny wiążące elementy wewnątrzkomórkowe filamenty aktyny z białkami

substancji zewnątrzkomórkowej).

• Białka receptorowe

– pośredniczą w przekazywaniu informacji ze środowiska

zewnętrznego do komórki, związanie cząsteczki sygnałowej indukuje zmiany w

aktywności komórkowej (np. receptor płytkopochodnego czynnika wzrostu, który

wytwarza wewnątrzkomórkowe sygnały powodujące wzrost i podział komórki).

• Białka enzymatyczne

– enzymy, których miejsca katalityczne znajdują się po

jednej ze stron błony bądź w jej wnętrzu (np. cyklaza adenylanowa, w odpowiedzi

na sygnały zewnątrzkomórkowe katalizuje wytwarzanie wewnątrzkomórkowego

cyklicznego AMP, będącego wewnątrzkomórkowym przekaźnikiem informacji)

Uważa się, że białka integralne pełniące funkcje transportowe, których łańcuch

polipeptydowy wielokrotnie przemierza dwuwarstwę lipidową - tworzy przez

błonę kanały. Modele kanałów błonowych przyjmują, że 22-aminokwasowe

hydrofobowe odcinki łańcucha polipeptydowego tworzą struktury a-helisy, a kilka

takich a- helis obok siebie stanowi ścianę kanału. Oprócz tych zewnętrznych a-

helis mocujących kanał w dwuwarstwie lipidowej, wewnątrz kanału mogą biec

dodatkowe, wewnętrzne odcinki łańcucha, zbudowane z hydrofilnych

aminokwasów. Pełnią one właściwe funkcje transportowe np. białko kanałów

wapniowych.

WŁAŚCIWOŚCI BŁON BIOLOGICZNYCH

• Półpłynność:

dwuwarstwa lipidowa błony biologicznej jest

w stanie półpłynnym lub inaczej płynno-krystalicznym. Ze

względu na wysoki stopień uporządkowania ma ona

właściwości krystaliczne (fosfolipidy ułożone w szeregi,

biegunem polarnym na zewnątrz, apolarnym do środka).

Z drugiej zaś strony podwójna warstwa lipidowa wykazuje

właściwości płynne, bowiem pomimo tego uporządkowania

łańcuchy węglowodorowe pozostają w ciągłym ruchu, co

oznacza, że cząsteczki fosfolipidów mają swobodę rotacji

i mogą dyfundować w obrębie pojedynczej warstwy błony,

w której występują. Nadaje to podwójnej warstwie

fosfolipidowej charakter cieczy krystalicznej, który bywa

też określany jako półpłynny.  Niektóre błony biologiczne

w temperaturze optymalnej dla wzrostu komórki zawierają

jednak pewne lipidy w formie krystalicznej. Krystaliczna

struktura jest stanem, w którym cząsteczki lipidów są

względem siebie uporządkowane, co powoduje ich

wzajemne powiązanie a tym samym unieruchomienie .

WŁAŚCIWOŚCI BŁON BIOLOGICZNYCH

• Dynamiczność:

  jest wyrażona w ruchach budujących błonę

lipidów i białek. Cząsteczki fosfolipidów w błonie nie są sztywne. Mniej

ruchliwe są ich okolice polarne, natomiast zanurzone w głębi warstwy

hydrofobowej końce łańcuchów węglowodorowych wykonują szybkie

ruchy, tym szybsze im te łańcuchy są krótsze i zawierają liczniejsze

wiązania podwójne. Białka błony mogą natomiast być w jej płaszczyźnie

przemieszczane dyfuzyjnie, wykonywać ruchy obrotowe w osi

prostopadłej do powierzchni błony oraz wynurzać się z dwuwarstwy

lipidowej lub w niej zanurzać.
Ruchliwość składników błon powoduje zamykanie wszelkich wyrw i

ubytków. Błony w żywych komórkach nigdy nie tworzą wolnych krawędzi.

Dzięki temu wnętrze komórki i poszczególnych jej przedziałów jest

zawsze otoczone selektywnie przepuszczającą barierą. Ponieważ błona

jest dwuwymiarowym płynem, wiele jej białek, podobnie jak i lipidów,

może swobodnie poruszać się w obrębie płaszczyzny dwuwarstwy

lipidowej. Można to w sposób łatwy i oczywisty wykazać, doprowadzając

do fuzji komórki myszy z komórką ludzką, tworząc podwójnej wielkości

komórkę hybrydową, a następnie śledząc rozmieszczenie białek błony

komórkowej zarówno myszy, jak i człowieka. Aczkolwiek na początku

białka te pozostaną na powierzchni swych odpowiednich połówek nowo

powstałej komórki hybrydowej, to już po niecałej godzinie dwa zestawy

tych białek zostaną równomiernie wymieszane na całej powierzchni

komórki.

WŁAŚCIWOŚCI BŁON BIOLOGICZNYCH

• Asymetryczność:

polega na różnicach w budowie obu

powierzchni błony, skierowanych na zewnątrz  i ku wnętrzu

komórki lub organelli. Dwie warstwy dwuwarstwy często

zawierają różny skład fosfolipidów i glikolipidów a białka są

wtopione w dwuwarstwę ze specyficzną orientacją przestrzenną,

konieczną dla ich funkcji.

W błonie komórkowej (plazmolemie) wyróżnia się dwie

warstwy:

– warstwę lipidową cytoplazmatyczną  P (ang. protoplasmic)

od strony protoplazmy       

– warstwę lipidową zewnętrzną E (ang. exoplasmic) od strony

środowiska.

Asymetria dwuwarstwy lipidowej błony komórkowej jest

utrzymywana głównie przez obecność glikolipidów i

glikosacharydów, które wchodzą w skład zewnętrznej (E)

warstwy błony, a ich reszty cukrowe są eksponowane na

zewnątrz komórki. Przykładem glikolipidów mogą być cząsteczki

noszące własności grupowe ABO erytrocytów człowieka.

WŁAŚCIWOŚCI BŁON BIOLOGICZNYCH

• Półprzepuszczalność (selektywność):

przez błonę mogą swobodnie

przenikać tylko nieliczne związki np. H

2

O, CO

2

, glicerol; natomiast

większość substancji, aby mogła przeniknąć przez błonę wymaga

obecności w błonie odpowiednich układów transportujących, którymi

są odpowiednie białka błonowe. Przepuszczalność błony dla danej

substancji zależy od rozmiaru

i ładunku jej cząsteczki. Na przykład cząsteczki wody z dużą szybkością

przedostają się przez szczelinę w podwójnej warstwie lipidowej,

powstałą na skutek chwilowego odchylenia się łańcucha kwasu

tłuszczowego. Bez trudu przez dwuwarstwę przenikają gazy, np. tlen,

CO

2

i N

2

, małe cząsteczki polarne, np. glicerol, i niektóre większe

cząsteczki apolarne (hydrofobowe), np. węglowodory. Cząsteczki

większe, np. glukoza i jony różnej wielkości nie przedostają się z

powodu zbyt dużych rozmiarów lub na skutek odpychania przez

ujemnie naładowaną powierzchnię błony. Przepuszczalność dla tych

związków wiąże się z występowaniem w błonie specyficznych białek

transportujących. Wszystkie błony plazmatyczne są selektywnie

przepuszczalne dla różnych rodzajów cząsteczek a wynika to z

występowania w poszczególnych typach błon różnych zestawów białek

transportujących.

W odpowiedzi na zmianę warunków środowiska lub na aktualne

zapotrzebowanie komórki błona może czasami stawać się barierą dla

danej substancji, w innych natomiast okolicznościach może je aktywnie

transportować. Kierując ruchem cząsteczek, komórka jest w stanie

zapewnić stałość składu jonowego i cząsteczkowego swego

wewnętrznego środowiska.

Schemat membrany półprzepuszczalnej

podczas hemodializy

WŁAŚCIWOŚCI BŁON BIOLOGICZNYCH

• Zdolność do fuzji:

ważną cechą podwójnych warstw

lipidowych jest unikanie tworzenia układów z wolnymi

końcami, czego wyrazem jest spontaniczne zamykanie się

błon w struktury pęcherzykowate, oraz zdolność w

określonych warunkach do łączenia się z innymi,

podobnymi strukturami błonowymi. Fuzja (łączenie się,

zlewanie) błon jest powszechnie występującym

procesem i ma istotne znaczenie dla funkcjonowania

komórki, np. podczas endocytozy, wydzielania i

krążenia składników błon. Zachodzi też w

wyspecjalizowanych komórkach, np. podczas

egzocytozy (wydzielania) enzymów, neurohormonów,

podczas łączenia się komórki jajowej z plemnikiem,

łączenia się mioblastów. Fuzja zachodzi też w procesach

patologicznych, np. w odpowiedzi zapalnej podczas

tworzenia się komórek olbrzymich, podczas wnikania do

komórki wirusów z otoczką.

przebieg endocytozy

 

                                            

 

              

przebieg egzocytozy

 

                                            

 

              

Transport bierny

Dyfuzja prosta to samorzutny ruch cząsteczek danej substancji

rozpuszczonej od stężenia większego do mniejszego (zgodnie z

gradientem stężeń) Im wyższa temperatura tym szybciej

zachodzić będzie dyfuzja.

Osmoza to szczególny przypadek dyfuzji - mianowicie dyfuzja

przez błonę półprzepuszczalną (nie przepuszczająca substancji

rozpuszczonych). W komórce takimi błonami, przez które zachodzi

osmoza są plazmalema (błona komórkowa) i tonoplast (błona

wakuoli). Ciśnienie osmotyczne jest wprost proporcjonalne do

temperatury i do stężenia roztworu.

Dyfuzja wspomagana (ułatwiona) nie wymaga zużycia energii

z ATP, aczkolwiek wymaga specyficznych nośników (białek

błonowych, kanałów białkowych itp.) które umożliwiają substancji

rozpuszczonej przeniknięcie przez normalnie nieprzepuszczalną

błonę. Dyfuzja wspomagana odbywa się jak każda dyfuzja,

zgodnie z gradientem stężeń. Przykładem może być wchłanianie

fruktozy w jelicie cienkim.

Transport aktywny

- rodzaj przenikania związków

chemicznych przez błony biologiczne, który zachodzi

z udziałem pewnych mechanizmów transportujących

lub substancji przenośnikowych, ze środowiska o

mniejszym stężeniu do środowiska o stężeniu

większym, czyli wbrew gradientowi stężeń. Taki

transport wymaga dostarczenia energii. Jej źródłem

jest hydroliza cząsteczki ATP.
Przykładem mechanizmu transportującego jest

pompa sodowo-potasowa.
Aktywny transport substancji może być następujący:

• uniport

- transport jednej cząsteczki (substancji)

• symport

– transport dwóch substancji w tym samym

kierunku

• antyport

- transport dwóch substancji w różnym

kierunku.

Roztwór izotoniczny - to roztwór, który posiada

identyczne ciśnienie osmotyczne w stosunku do

innego roztworu.
Aby roztwór wykazywał tę cechę, musi mieć

identyczne sumaryczne stężenie molowe wszystkich

związków zdolnych do przechodzenia przez błonę

półprzepuszczalną, przez które kontaktuje się z

innym roztworem. Przy kontakcie dwóch roztworów,

które są izotoniczne w stosunku do siebie, szybkość

osmozy w obu kierunkach jest identyczna, a zatem

układ osmotyczny pozostaje w równowadze

dynamicznej.
Pojęcie to jest najczęściej stosowane w biologii i

medycynie. Np. w medycynie płyny, które są

długotrwale podawane pacjentom przez kroplówkę,

muszą być izotoniczne, aby nie wywołać

odwodnienia organizmu.

Z tych samych przyczyn intensywnie trenujący

sportowcy piją płyny izotoniczne, gdyż większość

napojów tradycyjnych jest albo hipotoniczna albo

powoduje odwodnienie.

Roztwór hipertoniczny - roztwór, którego

ciśnienie osmotyczne jest wyższe od ciśnienia

osmotycznego innego roztworu, z którym go

porównujemy, przy czym zazwyczaj ciśnienie

osmotyczne omawianego roztworu odnosimy do

ciśnienia osmotycznego krwi lub innych płynów

ustrojowych człowieka. Zazwyczaj większe ciśnienie

osmotyczne ma roztwór posiadający większe

stężenie molowe, aczkolwiek bierzemy pod uwagę

jedynie stężenie cząstek zdolnych do przechodzenia

przez błonę selektywnie przepuszczalną (taką jest

np. błona komórkowa). Podanie człowiekowi (i w

ogóle organizmowi żywemu) roztworu

hipertonicznego powoduje plazmolizę komórek, co

może doprowadzić do ich śmierci.

Roztwór hipotoniczny - roztwór, który posiada

mniejsze ciśnienie osmotyczne od innego roztworu.
Aby roztwór posiadał tę cechę musi mieć mniejsze

stężenie związków chemicznych, które są zdolne do

przechodzenia przez błonę półprzepuszczalną,

przez którą kontaktuje się z innym roztworem.

Pojęcie to jest zazwyczaj stosowane w biologii i

medycynie. Komórki tkanki umieszczone w wodnym

roztworze hipotonicznym wchłaniają wodę i

nabierają objętości. W medycynie podawanie

kroplówki z płynu hipotonicznego jest stosowane w

szybkim zapobieganiu i leczeniu odwodnienia

organizmu.

PLAZMOLIZA

Zjawisko odstawania protoplastu od ściany

komórkowej.
Plazmolizę można zaobserwować w komórkach

roślinnych po umieszczeniu ich w roztworze

hipertonicznym. Zgodnie z prawami osmozy woda

przenika przez plazmalemę z komórki do

roztworu, co powoduje odwodnienie komórki i

kurczenie się cytoplazmy podstawowej.
W zależności od stopnia utraty wody wyróżnia się

plazmolizę kątową, wklęsłą i wypukłą (graniczną).

Umieszczenie splazmolizowanej komórki w

roztworze hipotonicznym spowoduje napływ wody

do komórki i odzyskanie turgoru - deplazmolizę.