Biologie · Klasse 11–12 · aktualisiert
Osmose einfach erklärt: Wasserbewegung in Zellen
Wohin bewegt sich Wasser durch eine semipermeable Membran? Du deutest Zellreaktionen, Gegendruck und Umkehrosmose.
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Kurz gesagt
Osmose ist die passive Nettobewegung von Wasser durch eine Membran, die Wasser durchlässt und betrachtete gelöste Stoffe zurückhält. Im einfachen Modell strömt Wasser zur Seite mit mehr zurückgehaltenen Teilchen. Gegendruck kann den Nettofluss beenden.
Bei der Osmose passiert Wasser eine Membran, die bestimmte gelöste Stoffe zurückhält. Zunächst fließt netto mehr Wasser auf die Seite mit der höheren Konzentration dieser Stoffe. Dafür braucht die Zelle keine zusätzliche Energie. Hier lernst du, die Richtung und ihre Folgen für Zellen abzuleiten.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
4 Abschnitte
Ein Gefäß ist durch eine Membran geteilt. Auf beiden Seiten befindet sich Wasser, aber auf einer Seite ist mehr Zucker gelöst. Im einfachen Osmosemodell braucht es Wasser, unterschiedliche Konzentrationen gelöster Teilchen und eine Membran, die Wasser passieren lässt, den betrachteten gelösten Stoff aber zurückhält. Ohne diese selektive Grenze erklärt das Modell keine Osmose.
Wasser bewegt sich in beide Richtungen. Netto gelangt mehr Wasser zur Seite mit mehr zurückgehaltenen gelösten Teilchen. Prüfe daher zuerst die Durchlässigkeit der Membran, dann die Konzentration der zurückgehaltenen Stoffe. Bestimme anschließend die Nettorichtung und mögliche Änderungen von Volumen und Druck.
Definition
Semipermeable Membran
Eine semipermeable Membran ist nur für bestimmte Teilchen durchlässig. Im vereinfachten Osmosemodell kann Wasser hindurchtreten, während die gelösten Zucker- oder Salzteilchen zurückgehalten werden.
Merke: Nicht allein der Konzentrationsunterschied entscheidet. Die Membran muss Wasser und gelöste Teilchen unterschiedlich behandeln.
Beispiel
- 1Eine Membran trennt Seite A mit wenig gelöstem Salz von Seite B mit viel gelöstem Salz. Nur Wasser kann die Membran passieren.
- 2Vergleiche die Konzentrationen: Auf Seite B befinden sich mehr gelöste Teilchen.
- 3Prüfe die Membran: Salz bleibt zurück, Wasser kann hindurch.
- 4Leite die Richtung ab: Wasser bewegt sich netto von A nach B.
- 5Prüfe die Folge: Seite B wird verdünnt und ihr Flüssigkeitsvolumen nimmt zunächst zu.
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Gelöste Glucose kann sich in ruhendem Wasser verteilen. Dafür ist keine semipermeable Membran nötig. Osmose ist eine besondere Form der Diffusion: Betrachtet wird die Bewegung des Lösungsmittels durch eine semipermeable Membran. Wasser bewegt sich dabei netto zur Seite mit mehr gelösten, zurückgehaltenen Teilchen. Aktiver Transport unterscheidet sich davon durch seinen Energiebedarf. Er kann Stoffe entgegen ihrem Konzentrationsgefälle transportieren. Osmose selbst ist dagegen passiv.
Definition
Diffusion
Diffusion ist die selbstständige Verteilung von Teilchen aufgrund ihrer Eigenbewegung. Netto bewegen sich die betrachteten Teilchen vom Bereich ihrer höheren zur niedrigeren Konzentration.
| Vorgang | Teilchen und Weg | Energie |
|---|---|---|
| Diffusion | betrachtete Teilchen entlang ihres Gefälles; Membran nicht zwingend | keine zusätzliche |
| Osmose | Wasser durch semipermeable Membran | keine zusätzliche |
| Aktiver Transport | Stoff durch Membran, auch gegen sein Gefälle | nötig |
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Hypoton, isoton und hyperton beschreiben eine Außenlösung im Vergleich zum Zellinneren. Bei einer hypotonen Außenlösung tritt Wasser netto ein, bei einer hypertonen aus. Im isotonen Zustand bewegen sich Wassermoleküle weiter in beide Richtungen, aber ohne dauerhafte Nettobewegung. Die Zellwand begrenzt bei Pflanzenzellen eine starke Ausdehnung. Gibt das Gewebe Wasser ab, verliert es Stabilität.
In salzigem Dressing können Salatblätter Wasser verlieren und schlaff werden, wenn die Außenlösung stärker konzentriert ist. Eine reife Kirsche enthält viele gelöste Stoffe, besonders Zucker. Regenwasser enthält vergleichsweise wenige gelöste Stoffe. Wasser kann in das Fruchtgewebe eindringen; Volumen und Innendruck steigen, sodass die Frucht aufplatzen kann. Eine sehr hohe Mineralstoffkonzentration im Boden kann Wasser aus Pflanzenzellen ziehen und zum Welken führen, auch wenn der Boden feucht ist.
Definition
Tonizität
Die Tonizität beschreibt im vereinfachten Zellmodell, wie sich die Konzentration gelöster Teilchen einer Lösung im Vergleich zu einer anderen Lösung auf die Wasserbewegung auswirkt.
| Außenlösung | Wasser netto | Mögliche Folge |
|---|---|---|
| hypoton: weniger zurückgehaltene Teilchen | in die Zelle | Tierzelle schwillt an; sie kann platzen |
| isoton: etwa gleich wirksam konzentriert | keine dauerhafte Nettobewegung | Zellvolumen bleibt ungefähr gleich |
| hyperton: mehr zurückgehaltene Teilchen | aus der Zelle | Zelle verliert Wasser und schrumpft |
Beispiel: Salat im salzigen Dressing
- 1Salatblätter liegen in stark gesalzenem Dressing. Was geschieht mit ihrem Gewebe?
- 2Die Zellmembran lässt Wasser passieren; die Außenlösung ist stärker konzentriert.
- 3Wasser verlässt die Zellen netto.
- 4Das Pflanzengewebe verliert Wasser und Stabilität.
- 5Die Blätter werden schlaff.
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Im geteilten Gefäß steigt der Flüssigkeitsspiegel auf der Seite mit mehr gelösten Teilchen. Die höhere Flüssigkeitssäule erzeugt hydrostatischen Gegendruck. Er kann die osmotische Wasseraufnahme ausgleichen, bevor die Konzentrationen gleich sind. Wassermoleküle bewegen sich dann weiter in beide Richtungen, aber die gegenläufigen Ströme sind gleich groß. Bei Pflanzenzellen kann die Zellwand einen solchen Gegendruck aufbauen.
Bei der Umkehrosmose überwindet äußerer Druck den osmotischen Druck. Er presst Wasser von der stärker konzentrierten zur schwächer konzentrierten Seite durch die Membran. Die Membran muss die gelösten Stoffe weiterhin zurückhalten.
Definition
Osmotischer Druck
Der osmotische Druck beschreibt das mit dem Konzentrationsunterschied verbundene Bestreben einer Lösung, durch eine semipermeable Membran Wasser aufzunehmen. Ein größerer Konzentrationsunterschied bewirkt im vereinfachten Modell einen stärkeren osmotischen Effekt.
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Alles auf einen Blick
Osmose
Voraussetzungen
Wasser, Konzentrationsunterschied, semipermeable Membran
Richtung
netto zur Seite mit mehr zurückgehaltenen gelösten Teilchen
Zellen
hypoton hinein, isoton ohne Nettotransport, hyperton hinaus
Folgen
Volumen- und Druckänderung
Begrenzung
hydrostatischer oder Zellwand-Gegendruck
Umkehrung
äußerer Druck bei der Umkehrosmose
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Eine Pflanzenzelle in verdünnter Außenlösung
- 1Außen sind weniger zurückgehaltene gelöste Teilchen als im Zellinneren. Die Zellmembran lässt Wasser passieren.
- 2Wasser bewegt sich in beide Richtungen, aber zunächst netto in die Pflanzenzelle.
- 3Die Zelle dehnt sich aus. Ihre Zellwand baut Gegendruck auf und begrenzt die weitere Ausdehnung.
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Fehler in Zeile 3Richtig: Wasser tritt zunächst netto aus der Zelle aus. Im einfachen Osmosemodell fließt es zur Seite mit mehr zurückgehaltenen gelösten Teilchen.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Für Osmose braucht es eine Membran. Wasser bewegt sich netto zur Seite mit zurückgehaltenen gelösten Teilchen. Ein hinreichender Gegendruck kann den beenden.
Karteikasten
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