Áp suất thẩm thấu và ứng dụng trong hệ thống sống

TRƯỜNG: ĐẠI HỌC ĐỒNG THÁP
GVHD: TS.VÕ VĂN TOÀN
LỚP:ĐHS-SINH 08B
Thẩm thấu là quá trình vận chuyển dung môi qua
một màng ngăn cách 2 dung dịch có thành phần
khác nhau khi không chịu tác động của các lực
ngoài như là lực điện từ, lực pittông. Động lực
của quá trình thẩm thấu là áp suất thẩm thấu.
Động lực của quá trình thẩm thấu là sự chênh
lệch của áp suất thẩm thấu. Dung môi sẻ di
chuyển từ môi trường có áp suất thẩm thấu thấp
sang môi trường có áp suất thẩm thấu cao.
I. KHÁI NIỆM ÁP SUẤT THẨM THẤU
Áp suất thẩm thấu sinh ra do sự có mặt các
chất hòa tan trong dung dịch và có thể xác
định áp suất thẩm thấu bằng phương trình
của Clayperon – Mendeleep như sau:
p=(m/μVm)RT
Áp suất thẩm thấu là một trong những động lực
vận chuyển chất qua màng một cách thụ động.
II. Ứng dụng
Màng tế bào để cho nước qua màng: vào hoặc
ra và luôn luôn giữ thế cân bằng đối với môi
trường. Nghĩa là màng giữ cho tế bào có áp
suất thẩm thấu cố định. Tính chất thẩm thấu đó
của màng gọi là tính thấm (osmos).
Đứng về quan điểm sinh học, Do sự chênh lệch áp
suất thẩm thấu trong và ngoài màng, gây ra các
hiện tượng ưu trương, nhược trương, đẳng

trương.
a) Dung dịch đẳng trương (isotonic): có áp suất
thẩm thấu bằng áp suất thẩm thấu của tế bào.
Ví dụ: nếu ta cho tế bào thực vật vào dung dịch
đẳng trương thì tế bào chất không thay đổi.
b) Dung dịch nhược trương (hypotonic): có áp
suất thẩm thấu thấp hơn áp suất thẩm thấu
của tế bào.
Ví dụ: nếu cho tế bào thực vật vào dung dịch này
thì nước sẽ đi vào tế bào, tế bào trương lên.
c) Dung dịch ưu trương (hypertonic): có áp suất
thẩm thấu cao hơn áp suất thẩm thấu của tế bào.
Ví dụ: nếu cho tế bào thực vật vào dung dịch này thì nước từ
tế bào đi ra và làm cho tế bào teo lại, tế bào chất tách khỏi
màng cellulose.
Như vậy áp suất thẩm thấu đóng vai trò quan trọng đối với
hoạt động sống của tế bào.
Qua đây cho ta thấy rõ ý nghĩa của sinh vật thích
nghi với môi trường. Các sinh vật sống trong nước
ngọt có sự khác biệt rất lớn giữa nồng độ của môi
trường bên trong và bên ngoài tế bào. Vì vậy,
chúng phải hạn chế sự xâm nhập của nước vào
bên trong tế bào, bằng cách có hằng số thẩm thấu
rất nhỏ. Nếu không, chúng phải tiêu phí năng
lượng dùng để tống nước ra khỏi tế bào, hoặc thể
tích tế bào phải thay đổi phụ thuộc vào sự thay đổí
áp suất thẩm thấu của môi trường. Ví dụ như
trứng cầu gai hoạt động giống như một thẩm thấu
kế, nghĩa là thể tích trứng cầu gai thay đổi tùy theo
sự thay đổi của áp suất thẩm thấu của môi trường.

Nhờ hiện tượng thẩm
thấu rễ cây có thể hút
nước vào.
Nước từ đất vào lông
hút rồi vào mạch gỗ của
rễ theo cơ chế thẩm
thấu, tức là từ nơi có áp
suất thẩm thấu thấp đến
nơi có áp suất thẩm thấu
cao.
A. THỰC VẬT
•
Cây hấp thụ nước qua hệ thống rễ nhờ
sự chênh lệch áp suất thẩm thấu (tăng
dần từ đất đến mạch gỗ).
Nước bị đẩy từ rễ lên thân do một lực đẩy
gọi là áp suất rễ thể hiện qua hiện tượng
ứ giọt.
•
Cây lấy được nước và chất khoáng từ đất khi
nồng độ muối tan trong đất nhỏ hơn nồng độ
dịch bào của rễ, tức áp suất thẩm thấu và sức
hút nước của rễ cây phải lớn hơn áp suất thẩm
thấu và sức hút nước của đất. Nếu độ mặn của
đất tăng cao đến mức sức hút nước của đất
vượt quá sức hút nước của rễ thì chẳng những
cây không lấy được nước trong đất mà còn mất
nước vào đất.
• Việc tăng áp suất thẩm thấu trong đất mặn quá

mức là nguyên nhân quan trọng nhất gây hại
cho cây trồng trên đất mặn.
•
Sự điều chỉnh thẩm thấu
Do áp suất thẩm thấu của cây thấp hơn của đất
nên cây không hút được nước. Các thực vật
chịu mặn có khả năng tự điều chỉnh thẩm thấu
để làm tăng áp suất thẩm thấu trong tế bào vượt
quá áp suất thẩm thấu của đất. Tốc độ và thời
gian điều chỉnh thẩm thấu phụ thuộc vào loài
thực vật.
Người ta đo được tốc độ điều chỉnh thẩm
thấu trung bình là 1atm/ngày. Tốc độ này
chỉ theo kịp các biến đổi xảy ra trong đất
mặn. Tuỳ thuộc vào thực vật mà có cách
điều chỉnh thẩm thấu khác nhau.
Một số thực vật có khả năng tổng hợp và
tích luỹ một số chất hữu cơ đơn giản, có
phân tử lượng thấp để tăng áp suất thẩm
thấu. Các chất tích luỹ chủ yếu là các axit
hữu cơ, axit amin, đường. Khi gặp môi
trường mặn, trong cây lập tức tổng hợp
các chất hữu cơ nhóm này để tự điều
chỉnh áp suất thẩm thấu của chính mình.
Ngoài ra, các hợp chất prolin, betain,
putressin cũng được hình thành khi bị
mặn.
Cá nước ngọt hấp thu hầu hết lượng nước mà
chúng cần qua da nhờ cơ chế thẩm thấu bằng
cách đái nhạt . Do vậy trong cơ thể cá trở nên

ưu trương nên hấp thụ chủ động các chất muối
khoáng thiết yếu từ môi trường xung quanh để
bù lại lượng muối mất qua nước tiểu và khuyếch
tán qua mang cá.
B. ĐỘNG VẬT
1. CÁ NƯỚC NGỌT
Hầu hết cá nước mặn (cá đuối, cá mập, cá mút
đá- Hagfish có cơ chế điều hoà thẩm thấu khác)
thực chất hấp thu nước khi chúng hô hấp, vì
nước muối hút nước liên tục ra khỏi cơ thể cá
ngược lại với quá trình hô hấp, do cơ thể cá
nhược trương hơn so với môi trường xung
quanh nên chúng phải lấy vào một lượng nước
rất lớn và bài tiết chủ động các ion muối khác
nhau (môi trường có độ thẩm thấu thấp).
2. CÁ NƯỚC MẶN
c. Lưỡng cư nước ngọt
Xét về phương diện điều hòa ASTT, sự điều
hòa của lưỡng cư tương đối giống cá xương.
Hầu hết các lưỡng cư sống ở nước ngọt và da
của lưỡng cư trưởng thành là cơ quan điều hòa
ASTT chính. Khi chúng sống dưới nước, có
dòng nước thẩm thấu đi vào cơ thể. Nước này
sau đó được loại ra ở nước tiểu.
Tuy nhiên có sự mất mát các chất hòa tan
(solutes) ở cả nước tiểu và da. Để cân bằng sự
mất mát này, lưỡng cư tích cực lấy muối từ
môi trường có nồng độ muối rất loãng.
d. Lưỡng cư sống ở nước mặn

Thông thường thì các loài lưỡng cư không
tồn tại được trong môi trường nước mặn
trong vài giờ, tuy nhiên có ngoại lệ. Ngoại
lệ này ở một loài ếch sống ở vùng Đông
Nam Á là Rana cancrovora, một loài ếch
ăn cua (crab-eating frog), có kích thước
nhỏ, bề ngoài giống ếch, sống ở các đầm
lầy nước lợ vùng ven biển. Chúng có thể
bơi và kiếm thức ăn trong nước hoàn toàn
chứa nước mặn.
Da của ếch thấm nước, do đó cách đơn
giản hơn để ngăn chặn mất nước chính là
duy trì một nồng độ thẩm thấu như với môi
trường. Để ngăn chặn mất nước bằng
cách tăng nồng độ muối bên trong cơ thể
3. ĐỐI VỚI CON NGƯỜI
Máu từ động mạch qua bơm để máu có áp lực
cao , qua "quả lọc" hay "bộ lọc". Thay vì nước
bên ngoài thẩm thấu vào bộ loc thì các chất thải
bị "vắt" ra bên ngoài, khuếch tán vào dịch lọc vì
bên trong là máu có áp lực cao.
Lợi dụng cơ chế áp suất thẩm thấu ngược chạy
thận nhân tạo cho bệnh nhân