Коллигативные свойства. Сущность процесса осмоса и его роль в биологических системах Суть фильтрации обратным осмосом

Огромную роль в поглощении и выделении веществ растительной клеткой играют явления диффузии. Диффузия - это направленное передвижение частичек вещества в сторону меньшей его концентрации. - диффузия молекул растворителя в раствор через полупроницаемую перепонку, отделяющую раствор от чистого растворителя или от раствора с меньшей концентрацией. Скорость диффузии обратно пропорциональна размерам и массе молекул; так, сахароза диффундирует медленнее , имеющей меньшую молекулу. Коллоидные растворы (белок и др.) имеют слабую диффундирующую способность.

Осмометр Дютроше

Явление осмоса можно наблюдать в осмометре. Осмометр Дютроше состоит из стеклянной трубки, на расширенный конец которой натянут животный пузырь или пергамент. В трубку наливают концентрированный раствор сахара и погружают ее в воду или слабый раствор того же сахара. Вода будет поступать в трубку через пузырь, так как концентрация ее там меньше; в результате объем раствора в осмометре увеличится, и раствор поднимется по трубке. Осмометр Дютроше. Для того чтобы задержать проникновение воды в осмометр, надо приложить к раствору давление, которое уравновесит давление диффузии воды. Чем больше концентрация раствора в осмометре, тем выше будет подниматься столб жидкости в трубке и тем большее давление надо приложить, чтобы остановить поступление воды в осмометр. Высота раствора в трубке служит, таким образом, показателем концентрации раствора, вызывающего осмотическое давление.

Осмотическое давление

Осмотическое давление - своеобразное явление. Оно возникает только в том случае, если раствор отделен от растворителя (или раствора меньшей концентрации) полупроницаемой перепонкой. Если же раствор находится, например, в стеклянном сосуде, то никаких признаков осмотического давления стенки сосуда не испытывают. Величина осмотического давления пропорциональна количеству частиц растворенного вещества (молекул и ионов) и температуре. Чем выше концентрация раствора, тем больше будет его осмотическое давление, ибо число молекул растворенного вещества будет больше. При одной и той же молярной концентрации растворов неэлектролита и электролита осмотическое давление второго раствора будет выше, так как часть его молекул диссоциируют на ионы и суммарное число частиц в нем будет больше. Если раствор отделен полупроницаемой перепонкой от чистой воды, то вода проникает в раствор со всей возможной скоростью, зависящей от концентрации раствора и других уже упомянутых условий. Наибольшую возможную для данного раствора величину осмотического давления называют осмотическим потенциалом . Величину осмотического потенциала и осмотического давления выражают в атмосферах.

Растительная клетка - осмотическая система

Растительная клетка представляет собой осмотическую систему ; протоплазма играет роль полупроницаемой перепонки, так как она пропускает воду и задерживает растворенные в воде вещества, а клеточный сок - осмотически деятельного раствора. Его концентрацией обусловливается величина осмотического потенциала. В полупроницаемости протоплазмы можно убедиться при помощи плазмолиза. Плазмолиз - это отставание протоплазмы от оболочки в результате диффундирования воды из вакуоли в более концентрированный наружный раствор. Плазмолиз получают, помещая растительную клетку в безвредный для нее раствор, концентрация которого больше концентрации клеточного сока. Наружный раствор отсасывает воду из клеточного сока через полупроницаемую протоплазму, объем его уменьшается, протоплазма следует за клеточным соком и отстает от клеточной оболочки, проницаемой как для воды, так и для растворенных веществ.

Тургорное давление

При помещении растительной клетки в воду последняя проходит через клеточную оболочку, плазмалемму и тонопласт и попадает в вакуолю. Объем клеточного сока увеличивается, протоплазма отодвигается к оболочке, оказывая на нее давление. Чем больше воды поступит в клеточный сок, тем больше будет его объем и тем сильнее давление клеточного сока на протоплазму, а через нее и на оболочку. Давление протоплазмы на оболочку клетки называется тургорным давлением .

Тургорное натяжение

Под влиянием внутреннего давления клеточная оболочка переходит в напряженное состояние, которое называется тургором , или тургорным натяжением . Тургорное натяжение равно тургорному давлению, но направлены они в разные стороны: тургорное натяжение к центру клетки, тургорное давление к периферии.

Основные закономерности поступления воды в клетку

Поскольку большая часть присутствующей в клетке воды находится в вакуоли, начнем рассмотрение проблемы поступления воды с того пути, который преодолевает молекула воды при попадании в вакуоль клетки. Вода должна пройти сквозь две мембраны (плазмалемму и тонопласт) и через лежащую между ними цитоплазму (мезоплазму). Обычно все три указанные структуры рассматриваются как единый мембранный барьер.

Для того, чтобы представить каким образом вода проходит через мембрану поместим клетку, в вакуоли которой находятся соли, сахара, аминокислоты и т. д., в сосуд с дистиллированной водой. Согласно молекулярно-кинетической теории молекулы всех веществ находятся в состоянии быстрого хаотического движения, скорость которого зависит от энергии этих молекул. Поскольку молекулы воды малы и проходят через клеточные мембраны намного быстрее, чем молекулы других веществ, мы можем простоты ради ограничиться рассмотрением перемещения только молекул воды. Молекулы эти диффундируют во всех направлениях: в клетку и из клетки, в различные клеточные органеллы и из них. Вакуоль содержит значительные количества растворенных веществ. Молекулы этих растворенных веществ ослабляют связи между содержащейся в вакуоли молекулами воды, притягивая их к себе и тем самым, уменьшая ее суммарный поток из клетки наружу. В известном смысле растворенные вещества снижают активность молекул воды. Как следствие этого кинетическая энергия воды в вакуоли ниже, чем в относительно более чистой воде вне клетки. Сказанное означает, что снаружи вакуоли о любой участок ее мембраны ударяется в единицу времени больше воды, и большее их число проникает на этом участке внутрь, нежели выходит из нее. В результате этой быстрой неравномерной двусторонней диффузии молекул воды через мембрану вакуоли объем последней увеличивается, и создается тургор, – содержимое клетки прижимается к ее стенке.

Осмотический механизм поступления воды

Причиной односторонней диффузии является разность концентраций раствора по обеим сторонам мембраны. Система, которая содержит растворы разных концентраций (или раствор и растворенное вещество), разделенная мембранной, получила название осмотической. Пространство, окруженное избирательно проницаемой мембраной и заполненное каким-либо водным раствором, называется осмотической ячейкой.

Клетка представляет собой осмотическую систему: более концентрированный раствор – это внутриклеточное содержимое (вакуолярный сок), менее концентрированный – раствор в свободном пространстве клетки, роль проницаемой мембраны, разделяющей эти пространства, играют плазмалемма, мезоплазма и тонопласт.

Диффузия воды через избирательно проницаемую мембрану называется осмосом; концентрация растворенных веществ в вакуоли служит мерой максимальной способности клетки поглощать воду.

Изучение растительной клетки как осмотически регулируемой системы началось давно. Около 180 лет назад (1826 г.) французкий ботаник Г. Дютраше изучал осмос в клетке с помощью очень простого устройства: к кончику стеклянной трубки он прикрепил мешочек из пергамента, заполнил его раствором соли или сахара, и опустил в стакан с водой; при этом наблюдалось движение воды внутрь мешочка и небольшое ее поднятие по трубке. Эта простейшая модель клетки была названа осмометром Дютроше. Но выход сахара из мешочка не позволял определить осмотическое давление.

В 1877 г. немецкий ботаник В. Пфеффер создал более совершенную модель растительной клетки (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Осмотическая ячейка: А – осмометр Пфеффера; Б – растительная клетка

В осмометре Пфеффера в отличие от осмометра Дютраше появилась деталь, которая имитировала клеточную мембрану – пористый фарфоровый сосуд. Проницаемую мембрану получали следующим образом: внутрь сосуда наливали раствор медного купороса, а затем опускали его в раствор ферроцианида калия. В результате в порах, которые были в фарфоре, образовывалась избирательно проницаемая мембрана из ферроцианида меди. В этом случае проницаемая мембрана образовывалась в стенке пористого сосуда подобно тому, как плазмалемма входит в межфибриллярные полости клеточной стенки. Затем фарфоровый сосуд заполняли раствором сахара, имитирующим вакуолярный сок, и помещали в воду. Вода поступала в прибор. Соединив свой прибор, имитирующий клетку, с монометром, В. Пфеффер установил, что уровень жидкости в монометре поднимается сначала быстрей, затем медленнее, пока не установится на определенном уровне. Гидрастатическое давление столба жидкости у монометрической трубке служит мерой осмотического давления раствора.

Осмотическое давление можно выявить только в том случае, если раствор находится в сосуде с избирательно проницаемой мембраной, по другую сторону которой находится растворитель. Таким образом, осмотическое давление в отсутствие проницаемой мембраны находится как бы в потенциальном состоянии и поэтому ему дали название осмотического потенциала и обозначили буквой Р . С помощью осмометра В. Пфеффера было установлено, что осмотический потенциал пропорционален температуре и концентрации вакуолярного сока. Следовательно, величина Р не является постоянной.

Для расчета потенциального давления используют формулу (закон Бойля-Мариота для газов):

Р = iСRT , (4.1)

где С – концентрация раствора в молях; Т – абсолютная температура; R – газовая постоянная; i – изотонический коэффициент, равный 1 + a (n – 1), a – степень ионизации, n – количество ионов, на которое диссоциирует молекула электролита.

Это выражение справедливо для разбавленных растворов и означает, что осмотическое давление при постоянной температуре определяется концентрацией частиц (молекул, ионов) растворимого вещества (количеством в единице объема раствора). Потенциальное осмотическое давление отражает максимально возможное давление, которое имеет раствор данной концентрации, или максимальную способность раствора в ячейке поглощать воду.

Таким образом, на величину осмотического потенциала клетки влияет концентрация веществ, растворенных в вакуолярном соке. Эти вещества называются осмотически активными. К ним относятся органические кислоты, аминокислоты, сахара, соли. Суммарная концентрация этих веществ в вакуолярном соке варьирует от 0,2 до 0,8 М.

Величина осмотического потенциала разная у разных видов растений. Самое маленькое осмотическое давление у растений, произрастающих в пресной воде (1–3 атм), у морских водорослей оно доходит до 36–55 атм. Для наземных однолетних растений характерна следующая закономерность: в более сухих местах растения имеют и большие значения осмотического потенциала. В условиях нормального водообеспечения осмотический потенциала клеток составляет 5–10 атм, на засоленных почвах – 60–80 атм и даже 100. Наибольший осмотический потенциал, который удалось отметить на засоленных почвах – 202,5 атм. Исключение составляют суккуленты. Вырастая на сухих местах, они имеют маленький осмотический потенциал, так как накапливают воду в клетках.

Величина осмотического потенциала изменяется и в пределах одного растения: самая маленькая в корнях (5–10 атм), самая высокая – в верхних листьях (до 40 атм). У молодых растений осмотический потенциал меньше, чем у старых.

Величина осмотического потенциала изменяется в зависимости и от внешних условий: обеспеченности водой, температуры, интенсивности света. Эти факторы определяют его временные изменения. В полдень потеря воды в результате транспирации и накопления ассимилятов в клетках листьев вызывает увеличение осмотического потенциала. При хорошем водообеспечении, в частности у водных растений, колебания осмотического потенциала зависят только от скоростей процесса фотосинтеза, связанных с изменением интенсивности света на протяжении суток.

В меристематических клетках, не содержащих центральной вакуоли, также происходит осмотическое поступление воды, при этом избирательно проницаемой мембраной служит плазмалемма, а осмотически действующим раствором – цитоплазма.

После работ В. Пфеффера поступление воды в клетку начали объяснять разностью осмотических потенциалов вакуолярного сока и наружного раствора. В случае, когда клетка находилась в гипотоническом растворе, вода входила в нее (эндоосмос). Если же клетка находилась в гипертоническом растворе, тогда вода выходила из нее (экзоосмос). В последнем случае протопласт, вслед за сжимающейся вакуолью, мог отстать от клеточной оболочки, и в этом случае наблюдается плазмолиз. При одинаковых осмотических потенциалах растворов в клетке и снаружи (изотонический раствор) количество воды в клетке не меняется.

Это объяснение поступления воды в клетку долгое время считали единственным. Однако, в 1918 г. А. Уршпрунг и Г. Блюм (Германия) показали, что поступление воды в клетку зависит не только от разности осмотических потенциалов, а еще и от так называемой сосущей силы. Поясним этот термин.

Когда вода поступает в клетку, то увеличивается объем вакуоли, и последняя оказывает все большее давление на цитоплазму. Цитоплазма прижимается к клеточной оболочке. Клеточная оболочка растягивается, и объем клетки увеличивается. Давление протопласта на клеточную оболочку получило название тургорного. Его стали обозначать буквой Т. Если бы клеточная стенка могла беспредельно растягиваться, тогда поглощение воды шло бы до уравнивания концентрации растворов снаружи и внутри. Но клеточная оболочка имеет небольшую эластичность, поэтому она начинает давить на протопласт в противоположном направлении. Противодавление клеточной стенки на протопласт называется тургорным натяжением. Поскольку давление одинаково с противодавлением, то тургорное давление по абсолютной величине одинаково с тургорным натяжением. Являясь гидростатическим, тургорное давление противодействует дальнейшему поступлению воды в клетку таким же образом, как столб жидкости в трубке осмометра Пфеффера. При постепенном поступлении воды в клетку давление клеточной оболочки на протопласт увеличивается, и, в конце концов, оно станет равным осмотическому давлению. Поступление воды в клетку прекратиться, наступит равновесие, которое называется состоянием насыщения: количество воды в вакуоли не изменяется, хотя молекулы воды продолжают перемещаться через мембрану в обоих направлениях.

В состоянии насыщения осмотический потенциал одинаков по абсолютной величине тургорному давлению: Р = Т . Таким образом, в клетку может поступать вода только в том случае, если осмотический потенциал превышает тургорное давление. Сила, с которой вода поступает в вакуоль и была названа сосущей: S = Р – Т .

Это выражение стало основным при определении величины поступления воды в клетку за счет осмотических сил.

Если клетка полностью насыщена водой (тургенесцентна) S = 0, тогда Р = Т (правая сторона рисунка). Когда подача воды уменьшается (ветер, недостаток влажности в почве и т. д.), то сначала возникает водный дефицит в клеточных оболочках, водный потенциал в них уменьшается (становиться ниже, чем в вакуолях) и вода начинает передвигаться в клеточные оболочки. Отток воды из вакуоли снижает тургорное давление, и, таким образом, увеличивается сосущая сила. При длительном недостатке влаги большинство клеток теряет тургор. В этих условиях Т = 0, S = Р (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Зависимость между тургорным давлением (Т), осмотическим давлением (Р) и сосущей силой (S)

Когда клетка находится в гипертоническом растворе, то при постепенной потере воды наступает плазмолиз. Внешний раствор легко проходит через клеточную оболочку и заполняет пространство между клеточной оболочкой и сокращающимся протопластом. При потере воды в результате испарения в воздушную среду, благодаря большим силам сцепления между молекулами воды протопласт, сокращаясь в объеме, не отстает от клеточной стенки, а тащит ее за собой. Клеточная оболочка, двигаясь за сокращающимся протопластом, выгибается и не только не надавливает на него, а наоборот, старается его растянуть. В этом случае величина тургорного давления с положительной становиться отрицательной, откуда S = Р – (–Т ) = Р + Т . Это означает, что в условиях сильного обезвоживания сосущая сила клетки может быть больше, чем осмотический потенциал. Это состояние называется циторризом.

По мере поглощения воды клеткой, с одной стороны, происходит уменьшение осмотического потенциала из-за снижения концентрации вакуолярного сока, а с другой – резко увеличивается тургор; в результате уменьшается сосущая сила. Когда вода продолжает поступать в клетку, то сосущая сила уменьшается и становиться равной нуля. Поступление воды прекращается.

Следовательно, поступление воды за счет осмотических сил создает условия для ликвидации дальнейшего поглощения воды клеткой. Но клетка продолжает испарять воду, тургор уменьшается и вновь возникает сосущая сила. Таким образом, процесс поступления воды в клетку является саморегулируемым.

Клетка может увеличить свой осмотический потенциал, а таким образом и сосущую силу, с помощью активного транспорта в вакуоль органических и минеральных веществ, а также в результате ферментативного превращения нерастворимых веществ в растворимые (крахмал в сахар, белков в аминокислоты), или в результате распада гексоз на триозы, дисахаров на моносахара.

В наше время известные специалисты по водному обмену растений Р. Слэтчер и С. Тейлор предложили заменить старый и широко используемый термин «сосущая сила» на «водный потенциал».



Обдумывая выбор системы фильтрации воды для питья, хозяйственных нужд, пользователи часто задаются вопросом, что такое обратный осмос, т.к. основанные на нем фильтры являются очень популярными.

Под этим термином понимается процесс, при котором под воздействием давления растворитель (роль которого обычно играет вода), проходит частично проницаемую мембрану из раствора большей концентрации в раствор меньшей концентрации. Эта технология не является придумкой человека, она существует в живых организмах, обеспечивая обмен различными веществами между клетками. Человеком применяется обратный осмос с целью опреснения или очистки воды.

Требуемое давление может сильно варьироваться в зависимости от характеристик исходной жидкости. Так для опреснения соленых морских вод требуется около 70-80 атмосфер, для очистки пресной воды из скважин, систем централизованного водоснабжения от примесей и загрязнений – 3-4 атмосферы. Повышение давления лишь улучшает качество фильтрации.

Суть фильтрации обратным осмосом

Такой метод позволяет гораздо эффективней очищать воду, чем более традиционные, основанные только на механическом отделении крупных загрязнений, адсорбции ряда веществ. При обратном осмосе фильтрация идет на куда более мелком уровне – молекулярном. Даже такая система не может обеспечить 100% очистки, но посторонние примеси проходят мембраны в фильтрах в ничтожно малых количествах. По большинству неорганических соединений/элементов фильтрация составляет 85% — 98%. Органические вещества большого молекулярного веса удаляются практически полностью. Основные содержащиеся в воде газы – кислород, водород – почти не изменяют своей концентрации, т.е. вкус воды не меняется.

Особо важен следующий факт: бактерии и вирусы как раз являются крупными по размеру, т.е. отфильтровываются, вода получается обеззараженной. Дополнительно фильтры часто оснащаются ультрафиолетовыми излучателями, окончательно уничтожающими всех потенциальных возбудителей болезней.

Получаемая на выходе вода очень чистая и может использоваться для питья и готовки даже без дополнительного кипячения. Минимальное содержание солей приводит к почти полному отсутствию накипи в чайниках, посудомоечных, стиральных машинах. Свойства отфильтрованной воды близки к воде талой. Не приготовляемой дома, получаемой от таяния выпавшего снега, а от древних ледников, замерзших еще тогда, когда экология планеты была несравнимо лучше.

Эффективность осмотической фильтрации

Естественно, система обратного осмоса не может работать одинаково хорошо в любых условиях. Качество фильтрации зависит от:

• Давления;
• Температурного режима;
• Кислотности среды;
• Материала мембраны;
• Химического состава фильтруемой воды.

Размер ячеек мембраны таков, что через нее свободно проходят молекулы воды и то, что имеет еще меньший диаметр. Более крупные элементы задерживаются. А чтобы они не скапливались у фильтрующей поверхности, замедляя процесс очистки, в фильтре предусматривается дополнительный небольшой поток воды, смывающий их в дренаж.

Но к крупногабаритным загрязнениям такие мембраны очень чувствительны. Поэтому с целью их защиты от быстрого изнашивания необходим фильтр или целая система фильтров предварительной очистки, отделяющих элементы вроде ржавчины, песка, кусочков органики и т.д., адсорбирующих некоторые примеси вроде хлора. Иначе в лучшем случае качество фильтрации ухудшится, ее скорость замедлится, в худшем – фильтр вовсе выйдет из строя.

Так ли идеальна отфильтрованная вода

При всех достоинствах есть у таких систем и недостаток. Высокая степень очистки воды означает почти полную деминерализацию. Питье такой воды приводит к вымыванию из организма многих необходимых веществ (к примеру, кальция, магния), что негативно сказывается на здоровье — в первую очередь, состоянии костей.

Проблема решается:

• установкой минерализаторов для той воды, которая будет использована для питья (а не для готовки, мытья посуды, стирки), добавляющих только необходимые человеку элементы;
• дополнительным приемом витаминно-минеральных комплексов;
• питьем не только воды, но и других напитков.

Строение мембран фильтра

Мембраны по сути представляют собой очень мелкое сито, размер ячеек которого настолько мал, что невооруженным глазом их не разглядеть. Для большей прочности и устойчивости мембраны могут крепиться к пластиковым сеткам, которые дополнительно предохраняют их от крупного мусора, все же прошедшего все предыдущие ступени очистки.

Изготавливаются мембраны из композитных полимерных материалов. Их пропускная способность недостаточно высока, чтобы при малой площади обеспечить потребности потребителей. Поэтому производители фильтров стремятся максимально эту площадь увеличить, сворачивая рулонами.

Основные характеристики мембран:

• Производительность (т.е. какой объем воды за единицу времени очищается);
• Степень фильтрации (какой процент поступившей воды очищается). Неочищенная вода может просто сливаться в канализацию, а может использоваться для полива растений, смыва и прочих хозяйственных дел, где идеальная чистота жидкости не особо важна.

Выбор фильтра

Подбирая систему обратного осмоса, следует обратить внимание не только на их качество и производительность, но и требуемое им давление поступающей жидкости. Возможно, напора водопроводной воды будет недостаточно, тогда лучше выбрать другой фильтр, работающий при меньшем давлении или имеющий встроенный насос, либо установить насос отдельно.

Фильтры обратного осмоса, применяемые в домашних условиях, способны очистить за сутки пару-тройку сотен литров воды, чего для нужд среднестатистической семьи более чем достаточно. Для промышленных предприятий применяются куда более мощные установки, отфильтровывающие в сотни раз большие объемы.

Подводя итоги

В общем, обратный осмос, несмотря на свою простоту, обеспечивает высокую степень очистки и обеззараживания воды. Поэтому фильтры с применением этой технологии полностью оправдывают затраты на их приобретение, обслуживание и ремонт.

Содержание статьи

ОСМОС, перенос вещества из одного раствора в другой через мембрану. Мембраны, проницаемые не для всех, а лишь для определенных веществ, называют полупроницаемыми. Например, к яичной скорлупе с внутренней стороны прилегает полупроницаемая мембрана: она пропускает молекулы воды и задерживает молекулы сахара. Если такой мембраной разделить растворы сахара с концентрацией 5 и 10% соответственно, то через нее в обоих направлениях будут проходить только молекулы воды. Поскольку вода будет перетекать из разбавленного раствора в концентрированный быстрее, чем в обратном направлении, в целом движение воды между двумя растворами будет идти в одну сторону. В результате в более разбавленном растворе концентрация сахара повысится, а в более концентрированном, наоборот, понизится. Когда концентрация сахара в обоих растворах станет одинаковой, наступит равновесие. Растворы, достигшие равновесия, называются изотоническими.

Осмос играет важную роль во многих биологических процессах. Мембрана, окружающая нормальную клетку крови, проницаема лишь для молекул воды, кислорода , растворенных в крови питательных веществ и продуктов клеточной жизнедеятельности; для больших белковых молекул, находящихся в растворенном состоянии внутри клетки, она непроницаема. Поэтому белки, столь важные для биологических процессов, остаются внутри клетки.

Как механизм осмоса, так и факторы, определяющие проницаемость мембран, еще не до конца изучены. Полупроницаема ли данная мембрана и если да, то для каких веществ, можно узнать только опытным путем.

Осмотическое давление.

Когда два раствора с разной концентрацией растворенных веществ разделены полупроницаемой мембраной, на нее действует сила, направленная от более разбавленного к более концентрированному раствору. Эта сила, называемая осмотическим давлением, может быть очень значительной. В дереве, например, под действием осмотического давления растительный сок поднимается от корней до самой верхушки. Но в дереве движение концентрированного раствора, каким является растительный сок, ничем не ограничено. Если же подобный раствор находится в замкнутом пространстве, например в клетке крови, то осмотическое давление может привести к разрыву клеточной стенки. Именно по этой причине лекарства, предназначенные для введения в кровь, растворяют в изотоническом растворе, содержащем столько хлорида натрия (столовой соли), сколько нужно, чтобы уравновесить осмотическое давление, создаваемое клеточной жидкостью. Если бы вливаемые лекарственные препараты были изготовлены на воде, осмотическое давление, заставляя воду проникать в клетки крови, приводило бы к их разрыву. Если же ввести в кровь слишком концентрированный раствор хлорида натрия, то вода из клеток будет выходить наружу, и они сожмутся.

Величина осмотического давления, создаваемая раствором, зависит от количества, а не от химической природы растворенных в нем веществ (или ионов, если молекулы вещества диссоциируют). Чем больше концентрация раствора, тем больше создаваемое им осмотическое давление. Это правило, носящее название закона осмотического давления, выражается простой формулой, очень похожей на закон идеального газа. Закон осмотического давления можно использовать для расчета молекулярной массы данного вещества.

в частности. Поэтому, к организму человека применимы и все законы природы, в том числе и осмоса. Процессы осмоса в наше время хорошо изучены, установлены их химические и физические закономерности, в том числе и в живом организме. Осмос в живых организмах неразрывно связан с внешней оболочкой клетки - плазматической мембраной. Плазматическая мембрана - это поверхностная структура, окружающая цитоплазму растительных и животных клеток, которая служит не только механическим барьером, а главное блокирует поток в клетку различных веществ (свободного двустороннего проникновения в клетку) и выступает как структура, «определяющая» наличие различных химических веществ и регулирующая выборочный доступ веществ в клетку. Внутренняя часть липидного слоя мембраны гидрофобная, этот слой представляет собой изолирующий слой для полярных молекул. Наличием этого барьера предотвращается потеря содержимого клеток, по этой причине создаются условия продвижения растворимых в воде веществ через мембрану.
является полупроницаемой. Вода и растворенные в ней газы обладают максимальной проникающей способностью. Перемещение ионов проходит пассивно без затрат энергии, и активно за счёт связывания специальными мембранными белками-переносчиками и переноса через мембрану. Биологические жидкости - это многокомпонентные растворы с осмотическим давлением растворенных частиц пропорционально общей концентрации.
Помимо процесса переноса частиц под действием градиентов химического и электрического потенциала, темпера-туры, давления, в клеточных процессах происходит активное движение молекул, ионов против градиента концентрации веществ. Данный процесс диффузии называется «осмос».
Осмос - это перемещение растворителя через непроницаемую мембрану для растворенного вещества, в сторону более высокой концентрации. Процесс реализуется по принципу разности осмотического давления водного раствора, по сторонам биологической мембраны. Вода свободно протекает осмотическим давлением через мембрану, но мембрана непроницаема для растворенных в воде веществ. Вода протекает против диффузии вещества, но подчиняется закону градиента концентрации воды.
Вода протекает из разбавленного раствора с более высокой концентрацией воды, в концентрированный раствор вещества с более низким процентным содержание воды. Перемещение воды в клетку осуществляется по принципу осмоса, с изменением концентрации в ней растворенных веществ. Осмотическое давление с двух сторон определяет концентрацию раствора. От осмотического давления растворов веществ по сторонам и упругости клеточной оболочки зависит состояние клеточной оболочки, называемое тургором (turgere — набухший, наполненный). Обычно упру-гость оболочек клеток животных невелика, она не имеет высокого тургорного давления и сохраняет целостность в изотонических растворах, или незначительно отличается от изотонического (разница между внутренним и внешним давлением менее 0,5—1,0 ам). Из-за тургора ткани обладают упругостью и прочностью. Процессы старения приводят к падению тургорного давления и истощению осмотических процессов.
Объем клеток регулируется объемом содержания воды. Клетка никогда не находится в полном равновесии с окружающей средой. Непрерывное движение ионов, молекул через плазматическую мембрану изменяют концентрацию веществ в клетке, с изменением осмотического давления ее содержимого. При секретировании какого-либо вещества, для удержания величины осмотического давления она должна либо выделять определенное количество воды, либо поглотить эквивалентное количество иного вещества. Среда, окружающая большинство клеток, гипотонична, для клеток необходимо прекратить поступление большого объема воды, удержание постоянства объема в изотонической среде требует расхода энергии, поэтому концентрация веществ в клетке, неспособных к диффузии (нуклеиновых кислот, белков т.д.) больше, чем в около клеточном пространстве. В клетке постоянно накапливаются метаболиты, что приводит к нарушению осмотического равновесия и при этих условиях клетки быстро набухают.
Клетки организма, снабженные полупроницаемой мембраной ,
контролируют осмотическое давление. При взаимодействии с гипоосмотической средой, внутрь клеток поступает вода и увеличивается объем. При значительном увеличении объема клеточная мембрана разрушается, клеточное содержимое выходит в среду и это явления называется цитолизом (для эритроцитов - гемолизом). Вещества, нарушающие эластичность биологических мембран (сурьмянистый водород, мышьяковистый водород и т.д.), уменьшают резистентность клеток к колебаниям осмотического давления среды и вызывают гемолиз. Реакция «антиген-антитело» приводит к изменению проницаемости клеточных мембран и становится причиной лизиса клеток. Клетки в гиперосмотической среде передают воду и объем их уменьшается (в крови появляются "звездчатые" эритроциты). Например, если организм млекопитающего долго находится в солёной морской, океанической воде, то происходит обезвоживание и гибель.
Для реализации «осмотического принципа » клетки используют два способа - откачивают из клетки компоненты своего содержимого или поступающую в них воду. В большинстве случаев клетки используют первую возможность - откачивают вещества, чаше ионы.
В целом объем клеток, не имеющих жестких стенок, определяется тремя факторами:

• http://www.megalit23.ru/templates/bt_arise/images/bullet.png) 15px 8px no-repeat;"> а) количеством содержащихся в них веществ, неспособных к проникновению через мембрану;
• /www.megalit23.ru/templates/bt_arise/images/bullet.png" target="_blank">http://www.megalit23.ru/templates/bt_arise/images/bullet.png) 15px 8px no-repeat;"> б) концентрацией соединений, способных проходить через мембрану;
• /www.megalit23.ru/templates/bt_arise/images/bullet.png" target="_blank">http://www.megalit23.ru/templates/bt_arise/images/bullet.png) 15px 8px no-repeat;"> в) соотношением скоростей проникновения и откачки веществ из клетки.

Основу принципа в регулировании водного баланса между окружающей средой и клеткой составляет эластичность плазматической мембраны, поддерживающая гидростатическое давление, блокирующая поступление воды в клетку. При разности гидростатических давлений в областях среды, вода фильтруется через поры мембраны, разделяющая эти среды.
Таким образом, принцип фильтрации и осмоса составляет основу физиологических процессов - например, образование в нефроне первичной мочи, водообмен между кровью в капиллярах и тканевой жидкостью и т.п.
Процессы с обеспечением клетки энергией, получением продуктов, удалением продуктов распада имеют в своей основе закономерности диффузии через полупроницаемую живую мембрану, с поступлением веществ в кровь в кишечнике, и удалением «вредных» веществ из организма и т.п.
Если бы у животной клетки не существовало систем регулирования осмотического давления, концентрация растворенных внутри веществ оказалась бы больше внешних концентраций и содержание воды в клетке была бы меньше, чем снаружи. Поэтому, был бы постоянный приток воды в клетку с её разрывом. Животные клетки контролируют осмотическое давление в том числе и активным удалением неорганических ионов (ионов Na+ и т.д.), поэтому общая концентрация неорганических ионов внутри клетки ниже, чем снаружи.
Из всего этого следует, что клетка является открытой системой, осуществляющей обмен энергией и веществами с окружающей средой, но сохраняющей необходимое постоянство внутренней среды. Эти свойства саморегулирующейся системы реализуются в живых организмах по принципу мембранной фильтрации (осмотический процесс ).

А ВОТ 15 СЕРЬЁЗНЫХ ПРИЧИН, ЧТО БЫ ОТКАЗАТЬСЯ ОТ МЯСА 1. В мясе содержится лишь 35 % питательных веществ. В растениях - 90 %. По сравнению с растительной пищей в нем мало витаминов, углеводов, минеральных веществ (да и те при варке в значительной мере разрушаются, переходят в неусваиваемую форму). На переваривание мяса человеческому организму требуется большое количество времени и, следовательно, энергии. Таким образом, коэффициент полезного действия мясной пищи (отношение энергии, полученной от усвоения мяса, к энергии, затраченной на его переваривание) весьма мал. 2. Мнение, что мясо содержит незаменимые другими продуктами аминокислоты, ошибочно. Все необходимые организму аминокислоты этой группы синтезируются полезной микрофлорой в толстом кишечнике (если, конечно, при этом потребляется достаточное количество пищи для питания этой микрофлоры - сырой клетчатки - и она не погублена дрожжевым хлебом - дисбактериоз). 3. При оправдании потребления мяса ссылаются на то, что в мясе содержится витамин В12, которого лишены растения. Но если ввести в рацион пророщенную пшеницу, в большом количестве содержащую этот витамин, то отпадает потребность в мясе и по этой причине (витамин В12 также может вырабатываться здоровой микрофлорой). 4. Мясо содержит чужеродные нашему организму белки, которые угнетают полезную микрофлору, вызывая дисбактериоз, внося дисгармонию в работу систем организма, его способность к саморегулировке и самовосстановлению, приводя к перенапряжению и истощению адаптационных резервов, способствуя развитию рака. 5. Мясо излишне закисляет внутреннюю среду организма, что подавляет азотофиксирующие бактерии в дыхательных путях, меньше азота усваивается из воздуха, следовательно, увеличивается потребность в пище («жор»). 6. Излишнее количество белков и пуриновых оснований, содержащихся в мясе, образует в организме человека много кислотных остатков - мочевой кислоты, вызывая зашлаковку и отравление организма. Кислотные отбросы мяса (как и сахара, изделий из белой муки, пирожных) соединяются, нейтрализуясь, с органической известью из костей, повышается их хрупкость (остеопороз), возникают болезни суставов (ревматизм, артрит) и зубов. 7. Мясо сильно загрязнено гнилостными бактериями (они появляются сразу после убоя животного, значительная их часть устойчива к температурной обработке), трупным ядом - ведь от бойни до потребления нередко проходят недели (и даже месяцы), яйцами глистов. Продукты некробиоза, содержащиеся в мясе, по своему действию родственны болиголову и стрихнину. Кроме того, мясо убитого животного зашлаковано более чем двумястами вредными гормонами, которые выделяет организм животного от ужаса, когда его ведут на убой. Часто для ускорения роста животных или для их лечения им вводят препараты, которые обладают канцерогенными свойствами. А сколько нитратов, гербицидов и инсектицидов попадает в организм животных вместе с кормом, а затем и в наш организм? 8. Мясо содержит много экстрагенных веществ, излишне возбуждая аппетит, что ведет к перееданию. 9. Для переваривания мяса требуется 6-8 часов (овощей - 4, фруктов - 1), так что к следующему приему пищи это мясо не успеет перевариться полностью и частично начнет гнить, а так как нельзя же целый день питаться одной белковой пищей, то в этот следующий прием в организме окажутся бок о бок несовместимые между собой продукты, что еще больше усилит гниение. Гниющее непереваренное мясо (а также яйца, молоко) выделяют метан, разрушающий витамин В3, в результате (без этого витамина) фермент инсулин теряет свою активность и сахар в крови не преобразуется в животный сахар - гликоген. Так возникает сахарный диабет. 10. Метан разрушает и витамин В6, контролирующий процесс роста клеток, и, становясь канцерогеном, откладывается в зашлакованной подкожной клетчатке в липомах, папилломах, полипах (места будущих раковых опухолей). Признаком наличия этого канцерогена, в будущем провоцирующего возникновение рака, является окрашивание урины в красный цвет после приема свеклы. 11. Не менее вредно и мясо рыбы (тот же трупный яд, кроме того, вся наша речная рыба заражена яйцами глистов). В мясо рыб из окружающей среды попадает много хлорорганических соединений, которые нарушают выработку тестостерона в организме мужчин. Употребление рыбы часто оправдывают необходимостью для организма фосфора. Но фосфор вареной рыбы переходит в неусваиваемую форму. Органический же фосфор в достаточном количестве содержится в грецких орехах (в оптимальном сочетании с необходимым кальцием), гречке (если ее не подвергать длительной тепловой обработке), пшене, яичном желтке, горохе, простокваше. Вместе с тем эти «живые» продукты не обладают всеми перечисленными выше вредными факторами, характерными для мяса. 12. Особенно вреден мясной бульон. «Укрепляющий» мясной бульон фактически состоит из отбросов жизнедеятельности животного. В нем также сильно концентрированы экстрактивные вещества, вызывающие переедание (и способствующие развитию сердечно-сосудистых заболеваний). На переваривание бульона требуется в 30 раз больше энергии, чем на переваривание мяса, поэтому он сильно ослабляет организм (особенно во время болезни). 13. Все сказанное в полной мере относится и к мясопродуктам. Кроме того, колбасы, ветчина, сосиски содержат вредные добавки (красители, синтетические пряности, нитрат натрия, селитру, консерванты, не сочетающийся с белком крахмал), что ведет при систематическом употреблении сначала к несварению, а затем - к психическим заболеваниям, раку. Пищевой желатин из костных отваров также вреден (сверхконцентрат). 14. После потребления мясной пищи возникает тяжесть, клонит в сон (вся энергия уходит на переваривание), возникает усталость, раздражительность, запоры, а при обильном приеме мясной пищи - отложение солей в ногах (подагра), атеросклероз, холецистит, панкреатит (короче, все следствия зашлакованности организма). Развивается вспыльчивость, агрессивность. У мясоедов часто развивается рассеянный склероз, рак толстой кишки, молочной железы, крови. 15. Вот что заметил писатель и врач В. В. Вересаев о мясной пище («Записи для себя»). Когда в 20-е годы ему был назначен академический паек, то мяса хватало только на половину месяца. И тут он заметил, что в первые две недели в семье было типичное «мясное» настроение - тяжесть в голове, вялость. Когда же мясо кончалось, «появлялось желание работать, настроение делалось легким, тело подвижным». Мертвые белки мяса целесообразно заменять живыми белками, в первую очередь орехами (но не горьким миндалем, содержащим сильный яд - синильную кислоту), семечками (не жареными). Лучшие орехи - грецкие. Орехи содержат больше белка, чем мясо, а для переваривания требуют гораздо меньше желудочного сока.