5. Diffusie & osmose (passief transport)

Celmembraan

De celmembranen van cellen zijn semipermeabel. Dit betekent dat ze ‘deels doorlaatbaar’ zijn. In de praktijk betekent dat dat er wel water doorheen kan, net als hele kleine moleculen, maar grotere moleculen of opgeloste stoffen passen er niet doorheen.

Actief en passief transport

Het celmembraan bestaat uit fosfolipiden; moleculen die een hydrofiele kop (wateroplosbaar) en hydrofobe staart (waterafstotend) hebben. Omdat celmembranen dus deels doorlaatbaar zijn, hebben ze een belangrijke transportfunctie. Bepaalde stoffen kunnen het membraan passeren door middel van passief transport, anderen door middel van actief transport. Passief transport verbruikt geen energie, actief transport doet dit wel .

Diffusie

Er zijn twee vormen van passief transport. Als eerste: diffusie. Diffusie is passief transport van moleculen die zo klein zijn dat ze door het celmembraan passen. Diffusie betekent ook wel ‘verspreiding’; het gelijkmatig verspreiden van moleculen door een ruimte. Deze moleculen verplaatsen zich van een hoge concentratie naar een lage concentratie. 

Dit kun je je voorstellen als een bak water, met zo’n semipermeabel membraan in het midden. Als je dan aan de ene kant van het membraan een paar druppels kleurstof giet, zal je zien dat de kleurstof zich verspreidt over beide compartimenten. Er vindt dan diffusie plaats van de kleurstofmoleculen. Diffusie gebeurt dus alleen als er een concentratieverschil is. Als je aan beide kanten evenveel druppels kleurstof gooit, zal er niets gaan bewegen; de concentraties zijn al gelijk.

Osmose

Een tweede vorm van passief transport is osmose. Bij osmose kijken we naar de concentratie van moleculen die te groot zijn om door het membraan te passen. Stel je voor dat we weer de bak water hebben met een semipermeabel membraan in het midden, en ik een schep suiker aan één kant erin gooi. Het lichaam wil altijd dat de concentratie van stoffen aan beide kanten van een semi permeabel membraan gelijk is. Maar omdat de suiker nu niet door het membraan past, kan deze zich niet gelijkmatig verspreiden over de twee compartimenten. 

De concentratie van een stof hangt altijd af van de hoeveelheid stof, maar ook van de hoeveelheid water waar het zich in bevindt. Als je dus de concentratie wil verlagen kun je óf het aantal moleculen suiker verminderen, of de hoeveelheid water vermeerderen. De suiker kan alleen niet door het membraan heen.

Wat wel kan verplaatsen, is het water. Als je aan de linkerkant twee scheppen suiker gooit en rechts één, zal er water van rechts naar links verplaatsen tot de verhouding suikerwater aan beide kanten hetzelfde is. In dit geval zal dat dus zijn wanneer er links ook twee keer zoveel water zit als rechts. Het waterniveau zal daar dus ook hoger staan. Osmose is dus eigenlijk niets anders dan de diffusie van water. Water verplaatst van een hoge concentratie water (waar weinig suiker is) naar een lage concentratie water (waar veel suiker is). Zo kan er altijd evenwicht bewaard blijven, want water kan altijd door een celmembraan heen!

Osmotische druk

Een belangrijke term in de biologie is osmotische druk. Dit is de druk die afhangt van de concentraties opgeloste stoffen (bijvoorbeeld suiker) in water, ook wel de osmotische waarde van een vloeistof. 

• Een vloeistof met een osmotische waarde die erg hoog is noemen we hypertoon. 

• Een vloeistof met osmotische waarde die gelijk is aan die van het lichaam noemen we isotoon. 

• Een vloeistof met erg lage osmotische waarde noemen we hypotoon. 

Als je een cel in een hypertone vloeistof (met veel opgeloste stoffen) brengt, zal er water de cel uit stromen en zal de cel krimpen. In een hypotone vloeistof zal er water de cel in stromen en zal hij zwellen. In een isotone vloeistof gebeurt er niets.

Waterpotentiaal

Een andere belangrijke term is de waterpotentiaal, of de potentiële energie of verplaatsingsdrang van water in reactie op osmotische druk. Een hoog waterpotentiaal betekent dat de concentratie water hoog is, en het water graag wil wegstromen. Waterpotentiaal laat zien wat de beweging van water is. Water stroomt van een hoog naar een laag waterpotentiaal. Als er relatief heel veel opgeloste stoffen in een cel zitten, stroomt er als reactie via osmose veel water de cel in. 

Dit kan problematisch zijn: wanneer de cel te vol raakt, zwelt hij op. Dit zwellen noemen we bij planten turgor. Dit gebeurt dus ook als er buiten de cel juist weinig opgeloste stoffen aanwezig zijn. Wanneer er buiten de cel juist veel opgeloste stoffen zijn, stroomt water juist de cel uit en is de turgor heel klein. Dan kunnen cellen krimpen en kan het celmembraan bij planten zelfs losraken van de celwand. Dit heet plasmolyse. Of er sprake is van turgor of plasmolyse wordt bepaald door de osmotische druk, en de vacuole speelt een rol in het reguleren hiervan.