التناضح: العملية والأنواع والاختلافات مع الانتشار والأمثلة - مادة الاحياء - 2026

و التناضح هو سلبي المياه ظاهرة النزوح من خلال غشاء. يمكن أن يكون هذا غشاء خلوي أو ظهارة أو غشاء اصطناعي. ينتقل الماء من منطقة ذات ضغط أسموزي منخفض (أو حيث يكون الماء أكثر وفرة) إلى المنطقة ذات الضغط الأسموزي الأعلى (أو حيث يكون الماء أقل وفرة).

هذه العملية ذات صلة بيولوجية وتنظم سلسلة من العمليات الفسيولوجية ، في كل من الحيوانات والنباتات.

المصدر: OpenStax

كان أول باحث أبلغ عن الظاهرة التناضحية هو الأب جان أنطوان نوليه. في عام 1748 ، كان نوليت يعمل بأغشية الخلايا الحيوانية ولاحظ أنه عندما يتم وضع الماء النقي على جانب واحد من الغشاء ومحلول به إلكتروليتات مخففة على الجانب الآخر ، ينتقل الماء إلى المنطقة بالمواد المذابة.

وهكذا تم وصف مرور الماء لصالح تدرج تركيزه وسمي ذلك بالتناضح. يأتي المصطلح من جذور الأوزموس اليونانية ، والتي تعني الدفع.

في عام 1877 ، أجرى فيلهلم بفيلر الدراسات الأولى عن الضغط الاسموزي. تضمن تصميمه التجريبي استخدام "غشاء" نحاسي فيروسيانيد على سطح كوب طيني مسامي ، مما أدى إلى ظهور غشاء يسمح بمرور جزيئات الماء.

كانت أغشية Pfeller الاصطناعية قوية بما يكفي لتحمل الضغوط التناضحية الكبيرة وعدم الانهيار. استنتج هذا الباحث أن الضغط الأسموزي يتناسب مع تركيز الذائبة.

معالجة

تسمى حركة الماء عبر غشاء من منطقة منخفضة التركيز إلى منطقة ذات تركيز عالٍ بالتناضح. تحدث هذه العملية من منطقة ذات ضغط أسموزي أدنى إلى أعلى ضغط تناضحي.

في البداية ، قد يكون هذا البيان محيرًا - بل ومتناقضًا. نحن معتادون على الحركة السلبية "من الأعلى إلى الأقل". على سبيل المثال ، يمكن أن تكون الحرارة من درجات حرارة عالية إلى منخفضة ، وينتشر الجلوكوز من مناطق ذات تركيز عالٍ إلى مناطق أقل تركيزًا ، وهكذا.

كما ذكرنا ، فإن المياه التي تتعرض لظاهرة التناضح تنتقل من ضغوط منخفضة إلى ضغوط عالية. يحدث هذا لأن الماء يكون أكثر وفرة لكل وحدة حجم حيث يكون المذاب أقل وفرة.

أي ، أثناء التناضح ، يتحرك الماء حيث يكون (الماء) أكثر وفرة إلى حيث يكون أقل وفرة. لذلك ، يجب فهم الظاهرة من منظور الماء.

من المهم أن نتذكر أن التناضح يتحكم في حركة الماء عبر الأغشية ولا يؤثر على حركة المواد المذابة بشكل مباشر. عندما تنتشر المواد المذابة ، فإنها تفعل ذلك باتباع تدرجات تركيزها الكيميائي. الماء فقط هو الذي يتبع تدرج تركيز الضغط الأسموزي.

الضغط الاسموزي

ضغوط؟

من أكثر الجوانب المحيرة عندما يتعلق الأمر بفهم عملية التناضح هو استخدام ضغوط الكلمات. لتجنب الارتباك ، من المهم توضيح أن المحلول في حد ذاته لا يمارس ضغطًا هيدروستاتيكيًا بسبب ضغطه الاسموزي.

على سبيل المثال ، يحتوي محلول جلوكوز 1 م على ضغط تناضحي يبلغ 22 ضغط جوي. ومع ذلك ، فإن المحلول لا "ينفجر" الزجاجات ويمكن تخزينه بنفس طريقة تخزين الماء النقي لأن المحلول المعزول لا يترجم إلى ضغط هيدروستاتيكي.

يستخدم مصطلح الضغوط فقط بسبب حادث تاريخي ، حيث كان العلماء الأوائل الذين درسوا هذه الظواهر فيزيائية وكيميائية.

وبالتالي ، إذا تم فصل حلين يختلفان في ضغوطهما التناضحية بواسطة غشاء ، فسيتم إنشاء ضغط هيدروستاتيكي.

الضغوط التناضحية والهيدروستاتيكية

تؤدي عملية التناضح إلى تكوين ضغط هيدروستاتيكي. يؤدي اختلاف الضغط إلى ارتفاع مستوى المحلول الأكثر تركيزًا ، حيث ينتشر الماء فيه. يستمر الارتفاع في منسوب المياه حتى يساوي المعدل الصافي لحركة الماء صفرًا.

يتحقق التدفق الصافي عندما يكون الضغط الهيدروستاتيكي في الحجرة II كافيًا لإجبار جزيئات الماء على العودة إلى السلوك الأول ، بنفس المعدل الذي يتسبب فيه التناضح في انتقال الجزيئات من القسم الأول إلى الجزء الثاني.

يسمى ضغط الماء الذي يتسبب في تراجع الجزيئات (من الحجرات من الأول إلى الثاني) بالضغط الاسموزي للمحلول في الحجرة الثانية.

كيف يتم التحكم في تدفق الماء في الخلايا؟

بفضل الظاهرة التناضحية ، يمكن للماء أن يتحرك بشكل سلبي عبر أغشية الخلايا. تاريخيا ، من المعروف أن الحيوانات تفتقر إلى نظام نقل مائي نشط للتحكم في تدفق هذه المادة.

ومع ذلك ، يمكن لأنظمة نقل المذاب النشط أن تغير اتجاه حركة الماء في اتجاه مناسب. بهذه الطريقة ، يعتبر النقل النشط للمذاب إحدى الطرق التي تستخدم بها الحيوانات طاقتها الأيضية للتحكم في اتجاه نقل المياه.

تحديد الكميات

هناك صيغ رياضية تسمح بقياس معدل عبور الماء للأغشية عن طريق التناضح. معادلة حسابها هي كالتالي:

معدل النقل الاسموزي من الماء = K (Π ₁ -Π ₂ / X). حيث Π ₁ و Π ₂ هي الضغوط التناضحية للحلول على جانبي الغشاء و X هي المسافة التي تفصل بينهما.

العلاقة (Π ₁ -Π ₂ / X) كما هو معروف التدرج الضغط الاسموزي أو التدرج الاسموزي.

المصطلح الأخير في المعادلة هو K هو معامل التناسب الذي يعتمد على درجة الحرارة ونفاذية الغشاء.

الاختلافات مع الانتشار

ما هو البث؟

يحدث الانتشار عن طريق الحركة الحرارية العشوائية للجزيئات المذابة أو المعلقة ، مما يؤدي إلى تشتتها من مناطق التراكيز العالية إلى أدنى المستويات. يمكن حساب معدل الانتشار عن طريق معادلة Fick.

إنها عملية مفرطة الطاقة بسبب الزيادة في الانتروبيا التي يمثلها التوزيع العشوائي للجزيئات.

في حالة كون المادة إلكتروليتية ، يجب مراعاة الفرق الكلي في الشحنة بين الجزأين - بالإضافة إلى التركيزات.

التناضح هو حالة معينة من حالات الانتشار

لا يعتبر الانتشار والتناضح مصطلحين متعارضين ، ناهيك عن مفاهيم متعارضة.

تتمتع جزيئات الماء بالقدرة على التحرك بسرعة عبر أغشية الخلايا. كما أوضحنا ، تنتشر من منطقة ذات تركيز منخفض الذائبة إلى منطقة ذات تركيز عالٍ في عملية تسمى التناضح.

يبدو غريباً بالنسبة لنا أن نتحدث عن "تركيز الماء" ، لكن هذه المادة تتصرف مثل أي مادة أخرى. أي أنه ينتشر لصالح تدرج تركيزه.

ومع ذلك ، يستخدم بعض المؤلفين مصطلح "نشر الماء" كمرادف للتناضح. قد يكون تطبيقه حرفيًا على الأنظمة البيولوجية أمرًا خاطئًا ، حيث ثبت أن معدل التناضح عبر الأغشية البيولوجية أعلى مما يمكن توقعه من خلال عملية انتشار بسيطة.

في بعض الأنظمة البيولوجية ، يمر الماء عن طريق الانتشار البسيط عبر غشاء الخلية. ومع ذلك ، فإن بعض الخلايا لديها قنوات خاصة لمرور الماء. أهمها تسمى aquaporins ، مما يزيد من سرعة تدفق الماء عبر الغشاء.

أمثلة

داخل الأنظمة البيولوجية ، تعتبر حركة الماء عبر أغشية الخلايا أمرًا حاسمًا لفهم العشرات من العمليات الفسيولوجية. بعض الأمثلة هي:

التبادل الأسموزي في أسماك المياه العذبة

أحد الأمثلة المثيرة للاهتمام على دور التناضح في الحيوانات هو تبادل المياه الذي يحدث في الأسماك التي تعيش في المياه العذبة.

الحيوانات التي تعيش في أجسام المياه العذبة هي في مأخذ مستمر للمياه من النهر أو البركة حيث تعيش في أجسامها ، لأن تركيز بلازما الدم وسوائل الجسم الأخرى يكون تركيزها أعلى بكثير من تركيز الماء..

تعيش أنواع أسماك Carassius auratus في بيئات المياه العذبة. يمكن للفرد الذي يبلغ وزنه 100 جرام أن يكسب حوالي 30 جرامًا من الماء يوميًا بفضل حركة الماء داخل جسمه. الأسماك لديها أنظمة - مكلفة من حيث الطاقة - للتخلص باستمرار من المياه الزائدة.

إعادة امتصاص السوائل

في الجهاز الهضمي للحيوانات ، يجب أن تحدث ظاهرة التناضح حتى يعمل بشكل صحيح. يفرز الجهاز الهضمي كمية كبيرة من السوائل (بترتيب اللترات) التي يجب إعادة امتصاصها بالتناضح من قبل الخلايا التي تبطن الأمعاء.

في حالة عدم قيام هذا النظام بعمله ، فقد تحدث حالات إسهال شديدة. يمكن أن يؤدي إطالة هذا الخلل إلى جفاف المريض.

تورغور في النباتات

يعتمد حجم الماء داخل الخلايا على تركيز كل من الوسط الداخلي والخارجي ، ويتم تنظيم التدفق بواسطة ظاهرتا الانتشار والتناضح.

إذا تم وضع خلية حيوانية (مثل كرات الدم الحمراء) في وسط يشجع على دخول الماء ، فقد تنفجر. في المقابل ، تحتوي الخلايا النباتية على جدار يحميها من الإجهاد التناضحي.

في الواقع ، تستفيد النباتات غير الخشبية من هذا الضغط الناتج عن الدخول السلبي للمياه. يساعد هذا الضغط في الحفاظ على أعضاء النبات المختلفة ، مثل الأوراق ، منتفخة. بمجرد أن يبدأ الماء في التدفق من الخلايا ، تفقد الخلية قوتها وتذبل.

المراجع

1. Cooper ، GM ، Hausman ، RE ، & Hausman ، RE (2000). الخلية: نهج جزيئي. الصحافة ASM.
2. إيكيرت ، ر. ، راندال ، ر ، وأوغسطين ، ج. فسيولوجيا الحيوان: الآليات والتكيفات. WH Freeman & Co.
3. Hill، RW، Wyse، GA، Anderson، M.، & Anderson، M. (2004). فسيولوجيا الحيوان. سيناوير أسوشيتس.
4. كارب ، ج. (2009). البيولوجيا الخلوية والجزيئية: المفاهيم والتجارب. جون وايلي وأولاده.
5. بولارد ، تي دي ، إيرنشو ، دبليو سي ، ليبينكوت شوارتز ، جيه ، آند جونسون ، جي (2016). كتاب إلكتروني لبيولوجيا الخلية. العلوم الصحية Elsevier.
6. شميدت نيلسن ، ك. (1997). فسيولوجيا الحيوان: التكيف والبيئة. صحافة جامعة كامبرج.