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Lexikon der Biologie: Osmose

Osmose w [von *osmo- ; Adj. osmotisch], die Diffusion von Molekülen eines Lösungsmittels (Lösung) durch eine semipermeable Membran aufgrund des Konzentrationsunterschieds der gelösten Substanzen beiderseits der Membran. Die Osmose ist für viele physiologische Prozesse von zentraler Bedeutung (Exkretion, Osmoregulation, Turgor, Transport, Wasserpotential). Das Lösungsmittel diffundiert so lange in das Kompartiment mit dem gelösten Stoff, bis ein Konzentrationsausgleich (Konzentration) des Lösungsmittels erreicht ist. In diesem Zustand befinden sich aber mehr Lösungsmittelmoleküle als vorher im Kompartiment mit dem gelösten Stoff und erzeugen daher einen hydrostatischen Druck auf die semipermeable Membran, der um so größer ist, je konzentrierter die gelösten Teilchen sind, d.h., je mehr Lösungsmittel bis zum Konzentrationsausgleich hineindiffundieren muß. Dieser osmotische Druck ist unabhängig von der Art des Lösungsmittels und des gelösten Stoffes. Das Prinzip der Osmose wird durch die nach W. Pfeffer benannte Pfeffersche Zelle beschrieben. 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. – Ein Maß für die osmotische Konzentration von Lösungen ist die Osmolarität. Zwei Lösungen, die dieselbe Anzahl von gelösten Teilchen enthalten, sind isoosmotisch (entsprechend: bei höherer Teilchenzahl hyperosmotisch, bei geringerer Zahl hypoosmotisch). Isoton oder isotonisch dagegen ist eine Lösung, in der eine Zelle oder ein Organismus sein Volumen nicht verändert (Osmoregulation) (entsprechend: hypertone oder hypertonische Lösung, die Zelle oder der Organismus schrumpfen durch Wasserausstrom; hypotone oder hypotonische Lösung, die Zelle oder der Organismus schwellen durch Wassereinstrom an; vgl. Abb. ). Isoosmotisch ist somit ein Begriff der physikalischen Chemie, während isotonisch das Verhalten einer Zelle in einer gegebenen Umgebung beschreibt. Eine isoosmotische Lösung einer Substanz, für die eine Zelle permeabel ist, die aber nicht in ihr vorhanden ist, kann daher nicht zellisoton sein. Eine 0,3molare Saccharoselösung ist isoton gegenüber roten Blutkörperchen (Erythrocyten), deren Membran für den Zucker (Saccharose) impermeabel ist. In einer isoosmotischen Harnstofflösung dagegen platzen sie, da Harnstoff in die Erythrocyten diffundiert und Wasser nach sich zieht (osmotische Resistenz). Eine isoosmotische Harnstofflösung ist daher zellhypoton. – Zellen haben mehrere Möglichkeiten, um eine durch Osmose verursachte Volumenzunahme, die schlimmstenfalls zum Platzen führen könnte, zu vermeiden. 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 (Turgor) entgegenwirkt. Er verleiht Pflanzen ihre Festigkeit, ist an der Zellstreckung beteiligt und für das Öffnen und Schließen der Spaltöffnungen verantwortlich. – Zahlreiche physiologische Prozesse sind ebenfalls an die Osmose gebunden, z.B. die Rückresorption von Wasser in der Niere und in den Malpighi-Gefäßen und allgemein intrazelluläre Transportvorgänge, bei denen durch aktiven Transport von Ionen (Ionentransport) osmotische Gradienten erzeugt werden, denen Wasser passiv folgt. Hoff (J.H. van't), Membrantransport, Saugspannung, Vries (H.M. de); Wasserhaushalt (der Pflanze).

K.-G.C./L.W.



Osmose

Osmose kann tierische Zellen und von der Zellwand befreite Pflanzenzellen zum Schwellen oder zum Schrumpfen bringen. Ein osmotisches Gleichgewicht zwischen dem Zellinnern und dem äußeren Medium besteht, wenn die Konzentrationen großer, nicht diffundierender Moleküle innerhalb und außerhalb der semipermeablen Membran der Zelle gleich hoch sind. Ist die Konzentration nicht diffundierender Moleküle innerhalb der Zelle größer als außerhalb, dringen zur Diffusion befähigte Moleküle (z.B. Wasser) nach innen und bringen die Zelle zum Anschwellen. Ist umgekehrt die Konzentration der nichtdiffundierenden Moleküle außerhalb der Zelle höher als innen, so diffundieren Wassermoleküle von innen nach außen, und die Zelle schrumpft.
Das Osmol ist eine Maßeinheit für die osmotische Konzentration; es gibt die Anzahl der Mole gelöster Teilchen pro Liter Lösung an.

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