Komórka jako układ osmotyczny

Osmozą nazywamy dyfuzję cząsteczek rozpuszczalnika (wody) przez błonę półprzepuszczalną, tzn. błonę łatwo przepuszczalną dla wody, natomiast trudno przepuszczalną lub nieprzepuszczalną dla substancji w niej rozpuszczonych. Dyfuzja ta następuje w stronę roztworu o większym stężeniu. W układzie osmotycznym, utworzonym przez dwa roztwory oddzielone błoną selektywnie przepuszczalną, roztwór o wyższym stężeniu, zwiększając na skutek dyfuzji wody swoją objętość, będzie wywierał napór na membranę, który nazywany jest ciśnieniem (potencjałem) osmotycznym. Rozpuszczalne w wodzie niskocząsteczkowe związki organiczne i mineralne, wywołujące ciśnienie osmotyczne określane są jako substancje osmotycznie czynne.
Protoplast komórki jest typowym układem osmotycznym, w którym błonę półprzepuszczalną stanowi plazmalemma (błona komórkowa) i tonoplast (błona wakuolarna). Sok wakuolarny z rozpuszczonymi w nim cukrami, kwasami organicznymi i ich solami, jest roztworem osmotycznie czynnym i wykazuje określony, chociaż zmienny potencjał osmotyczny. Dzięki temu tworzy się siła ssąca komórki, która stanowi najważniejszy czynnik decydujący o pobieraniu wody przez komórkę, jak tez o przewodzeniu wody w roślinie. Ściana komórkowa jest przepuszczalna zarówno dla wody, jak i substancji rozpuszczonych w wodzie. Ściana komórkowa, w sytuacji wnikania wody do komórki, przeciwdziała powiększaniu się objętości komórki, w rezultacie czego powstaje ciśnienie wywołane naporem protoplastu. Ściana komórkowa wówczas rozciąga się i napina, przeciwdziałając ciśnieniu wnętrza komórki z siłą równą co do wielkości, lecz przeciwnie skierowaną. Procesy te warunkują stan napięcia w komórkach, zwany turgorem, czyli jędrnością komórki. Siła ssąca komórki jest równa różnicy pomiędzy potencjałem osmotycznym soku komórkowego a ciśnieniem turgorowym. Przy całkowitym nasyceniu komórki wodą, czyli w stanie jej pełnego turgoru, jej siła ssąca przejściowo zanika, pojawia się jednak znowu w miarę ubytku wody w komórce. Pobraną wodę komórka może zatrzymać, może też, na zasadzie osmozy, oddać komórkom sąsiednim, które w danym momencie mają większą siłę ssącą.
Komórka może znaleźć się w roztworze o stężeniu osmotycznym wyższym, równym bądź niższym od stężenia panującego we wnętrzu komórki. W roztworze o wyższym stężeniu osmotycznym (hipertonicznym) następuje dyfuzja wody z komórki na zewnątrz, aż do momentu wyrównania stężeń. Powoduje to zmniejszenie objętości wakuoli i protoplastu, oraz odstawanie plazmalemmy od ściany komórkowej, co określane jest jako zjawisko plazmolizy. Ciśnienie turgorowe w stanie plazmolizy równe jest zeru. Plazmoliza może prowadzić do śmierci komórki. Można ją powstrzymać zmieniając roztwór hipertoniczny otaczający komórkę na roztwór hipotoniczny, czyli taki roztwór, który ma potencjał osmotyczny mniejszy od potencjału osmotycznego roztworu wakuoli. Następuje wtedy stopniowe rozkurczanie się protoplastu, zakończone przylgnięciem cytoplazmy do ścian komórkowych. Proces ten, będący odwrotnością plazmolizy, nosi nazwę deplazmolizy.
Pomimo, że plazmoliza jest procesem ciągłym, zależnie od etapu można wyróżnić plazmolizę graniczną (protoplast odstaje od ściany komórkowej jedynie w narożnikach komórki), wklęsłą (gdy kurczący się protoplast tworzy liczne wklęśnięcia) i wypukłą (gdy skurczony protoplast odstaje od ściany komórkowej tworząc uwypuklenie).
W roztworze o równym stężeniu osmotycznym, czyli roztworze izotonicznym komórka znajduje się w stanie plazmolizy granicznej.
W roztworze hipotonicznym (o niższym stężeniu osmotycznym) lub w wodzie, komórka pobiera wodę i może wykazać istnienie siły ssącej. Wartość siły ssącej będzie zależała od wartości osmotycznej komórki i wielkości ciśnienia turgorowego. Ruch wody do wnętrza komórki ustaje, gdy ciśnienie ścian komórkowych jest tak duże, że zapobiega dalszemu wnikaniu wody.

Literatura: A. Pałczyński, Z. Podbielkowski, B. Polakowski „Botanika”, PWN, W-wa, 1994.