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Kompaktlexikon der Biologie: Osmose

Osmose, die Diffusion von Wassermolekülen durch eine semipermeable Membran (Biomembran) aufgrund des Konzentrationsunterschiedes der gelösten Substanzen beiderseits der Membran. Die O. ist für viele physiologische Prozesse von zentraler Bedeutung (Exkretion Osmoregulation, Turgor, Transport, Wasserpotenzial). Die semipermeable Membran ist dabei für das Lösungsmittel Wasser vollständig, für gelöste Substanzen hingegen nicht oder nur unvollständig permeabel. Wasser diffundiert folglich so lange in das Kompartiment mit der höheren Konzentration, bis ein Konzentrationsausgleich erreicht ist.

Als treibende Kraft der O. dient dabei der Gradient des chemischen Potenzials von Wasser. Energetisch betrachtet ist O. ein spontaner Prozess, da sich das Wasser von einem Ort hohen chemischen Potenzials zu einem Ort niedrigen chemischen Potenzials bewegt. Durch den Wassereinstrom erhöht sich dort der osmotische Druck, der in verdünnten Lösungen unabhängig von der Art des Lösungsmittels und der darin gelösten Substanzen ist, sondern lediglich von der Anzahl der gelösten Teilchen bestimmt wird. Somit gilt für ihn die Zustandsgleichung idealer Gase.

Das Prinzip der Osmose beschreibt die nach dem deutschen Pflanzenphysiologen W. Pfeffer (1845-1920) benannte Pfeffer'sche Zelle ( vgl. Abb. ). Sie demonstriert anhand einer semipermeablen Schicht aus Kupferhexacyanoferrat(II) an der porösen Wand eines Tongefäßes, das mit Rohrzuckerlösung gefüllt ist, was passiert, wenn diese gegenüber Wasser hyperosmotische Zelle in Wasser getaucht wird. Die Druckzunahme aufgrund des Wassereinstroms wird am Steigrohr sichtbar, weil sich das Volumen im Innern der Zelle ausdehnen kann. In analoger Weise lässt sich das Experiment z.B. auch mit einer Schweineblase durchführen.

Zellen haben mehrere Möglichkeiten, um eine durch Osmose verursachte Volumenzunahme, die schlimmstenfalls zum Platzen führen könnte, zu vermeiden ( vgl. Abb. ). Viele im hypotonischen Süßwasser lebende Einzeller vermeiden eine Volumenzunahme, indem sie z.B. durch kontraktile Vakuolen regelmäßig Wasser ausscheiden. Tierische Zellen lösen dieses Problem, indem sie Ionen nach außen pumpen und dadurch die intrazelluläre Ionenkonzentration niedrig halten. Pflanzenzellen können durch ihre feste Zellwand einen Gegendruck erzeugen, der dem Turgordruck entgegenwirkt. Er verleiht Pflanzen ihre Festigkeit, ist an der Zellstreckung beteiligt und für das Öffnen und Schließen der Spaltöffnungen verantwortlich. (Osmoregulation)



Osmose: Schematische Darstellung einer Pfeffer'schen Zelle



Osmose: Mechanismen, mit denen Zellen Osmose begegnen. Tierische Zellen geben Ionen nach außen ab, Pflanzenzellen besitzen eine Zellwand und Einzeller pumpen Wasser durch kontraktile Vakuolen nach außen

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Dipl.-Biol. Elke Brechner (Projektleitung)
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Dr. Daniel Dreesmann

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Professor Dr. Walter Sudhaus, Institut für Zoologie, Freie Universität Berlin
Professor Dr. Wilfried Wichard, Institut für Biologie und ihre Didaktik, Universität zu Köln

Essayautoren:
Thomas Birus, Kulmbach (Der globale Mensch und seine Ernährung)
Dr. Daniel Dreesmann, Köln (Grün ist die Hoffnung - durch oder für Gentechpflanzen?)
Inke Drossé, Neubiberg (Tierquälerei in der Landwirtschaft)
Professor Manfred Dzieyk, Karlsruhe (Reproduktionsmedizin - Glück bringende Fortschritte oder unzulässige Eingriffe?)
Professor Dr. Gerhard Eisenbeis, Mainz (Lichtverschmutzung und ihre fatalen Folgen für Tiere)
Dr. Oliver Larbolette, Freiburg (Allergien auf dem Vormarsch)
Dr. Theres Lüthi, Zürich (Die Forschung an embryonalen Stammzellen)
Professor Dr. Wilfried Wichard, Köln (Bernsteinforschung)

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