Lähdekoodi sivulle Osmoosi

{{korjattava|artikkeliin voisi lisätä yleistajuista sisältöä. Osio "diffuusion mallinnus" on ymmärrettävä vain korkeakoulutasolla}}
'''Osmoosi''' on liuottimen [[diffuusio]]ta [[puoliläpäisevä kalvo|puoliläpäisevän kalvon]] läpi. Osmoosissa liuotin (yleensä vesi) siirtyy kalvon läpi, mutta kalvo ei päästä läpi liuottimeen liuenneita aineita. Liuotin siirtyy sille puolelle, jolla liuenneen aineen pitoisuus on suurempi. Jos esimerkiksi puoliläpäisevä kalvo erottaa suolaisen veden ja vähemmän suolaisen veden oheisen kuvan osoittamalla tavalla, vettä siirtyy makeamman veden osasta suolaisen veden osan puolelle.
[[File:Osmose.svg|thumb]]
== Diffuusion mallinnus ==
Diffuusio-liikkeen suunta ja vauhti riippuvat
* veden [[konsentraatio]]sta kalvon eri puolilla
* painegradientista ja
* painovoimasta.

Yllä olevat tekijät yhdessä määrittävät kemiallisen potentiaaligradientin vedelle kalvon yli. Osmoosille pätee sama termodynaaminen sääntö kuin diffuusiollekin: veden liike on suuremmasta potentiaali(energia)tilasta pienempään.

Käytännössä määritellään [[vesipotentiaali]] (<math>\psi \,\!</math>), joka saadaan jakamalla kemiallinen potentiaali (J mol<sup>-1</sup>) veden osittaisella molaarisella tilavuudella (1 mooli vettä vastaa <math>18 \times 10^{-6}</math> m<sup>3</sup> mol<sup>-1</sup>.) Vesipotentiaali on periaatteessa sama asia, kuin veden [[Gibbsin vapaa energia]] per yksikkötilavuus, ja se mitataan J m<sup>-3</sup> (= Pa).


Formaalisesti <math>\psi = \psi_s + \psi_p + \psi_g \,\!</math> (<math>\psi \,\!</math> on suhteellinen käsite. Se mitataan suhteessa puhtaaseen veteen merenpinnalla standardilämpötilassa ja paineessa) missä:
*<math>\psi_s \,\!</math> on liuenneen aineen potentiaali (katso [[osmoottinen paine]]) ja kuvaa liuenneen aineen vaikutusta veden potentiaaliin. Yleisesti jonkun aineen liukeneminen veteen vähentää veden vapaata energiaa laimentamalla sitä ([[entropia]] kasvaa koska liuenneet molekyylit kasvattavat järjestelmän epäjärjestäytyneisyyttä). Puhtaan veden konsentraatio on n. 56 mol dm<sup>-3</sup>. Liuottamalla aineita veteen vähentää siis <math>\psi_s \,\!</math>, tehden siitä negatiivisen verrattuna pelkän veden arvoon <math>\psi_s = 0 \,\!</math>. Laimeille liuoksille <math>\psi_s \,\!</math> vedessä hajoamattomille yhdisteille (kuten [[glukoosi]]) noudattaa [[van't Hoffin yhtälö]]ä:
:<math>\psi_s = -RTc_s\,\!</math>
:missä c<sub>s</sub> on liuenneen aineen konsentraatio (mol dm<sup>-3</sup>), R [[kaasuvakio]] ja T absoluuttinen lämpötila. Jos kyseessä on hajoava aine, yhtälön oikea puoli kerrotaan hajoamisesta seuraavien hiukkasten määrällä (kerroin olisi esimerkiksi 2 NaCl:lle).
*<math>\psi_p \,\!</math> on painepotentiaali, joka kuvaa (positiivisen tai negatiivisen) paineen vaikutusta veden potentiaaliin. Tällä on yleensä merkitystä vasta 5 metrissä (ja sitä korkeammalla). Negatiivinen paine vähentää veden potentiaalia (vähemmän energiaa, potentiaali pienenee), ja positiivinen paine kasvattaa sitä (enemmän energiaa, potentiaali kasvaa). Paine mitataan suhteessa merenpintaan. Tämä komponentti on tärkeä [[soluseinä]]llisissä soluissa. [[Protoplasti]] puskee periksiantamatonta soluseinää vasten ja [[Newtonin kolmas laki|Newtonin kolmannen lain]] mukaan seinä puskee takaisin samalla voimalla. Tämä johtaa siihen, että esimerkiksi kasvit eivät nuupahda kasaan.
*<math>\psi_g \,\!</math> on painovoiman vaikutukset sisällyttävä termi.

Osmoosi on siis veden liikettä suuremmasta vesipotentiaalista <math>\psi_1 \,\!</math> pienempään potentiaaliin <math>\psi_2 \,\!</math> (<math>\psi_1 > \psi_2 \,\!</math>) puoliläpäisevän kalvon ylitse.

== Osmoosi biologisissa järjestelmissä ==

[[Tiedosto:Osmotic pressure on blood cells diagram.svg|thumb|300px|[[Punasolu]]ja hypertonisessa, isotonisessa ja hypotonisessa liuoksessa.]]
''Soluseinättömissä'' soluissa solukalvon ylitse ei ole merkittävää paine- tai painovoimaeroa. Vesipotentiaaliero riippuu siis pelkästään <math>\psi_s \,\!</math>:stä, joka puolestaan riippuu liuenneiden aineiden konsentraatioista. Esimerkiksi [[punasolu]]t ovat herkkiä osmoottiselle veden liikkeelle. [[Isotoninen liuos|Isotonisessa liuoksessa]] solun ulkopuolinen konsentraatio vastaa solun sisäistä, jolloin punasolut ovat normaalissa kaarevassa muodossaan (kts. kuva).

[[Hypotoninen|Hypotonisessa]] liuoksessa solun sisällä on suurempi konsentraatio (<math>\psi_{s1} < \psi_{s2} \,\!</math>, missä <math>\psi_{s1} \,\!</math> on solunsisäinen ja <math>\psi_{s2} \,\!</math> solun ulkopuolinen), jolloin <math>\psi_1 < \psi_2 \,\!</math> (eli solun sisällä on negatiivisempi <math>\psi \,\!</math>, kuin sen ulkopuolella) ja vesi syöksyy soluun. Tämä johtaa solun pullistumiseen, joka voi johtaa jopa solun kokonaisvaltaiseen repeytymiseen. Tullessaan soluun vesi tasapainottaa konsentraatioeroja, ja solun paisuminen jatkuu, kunnes potentiaalit ovat yhtäsuuruiset. [[Hypertoninen|Hypertonisessa]] liuoksessa tilanne on päinvastainen ja vesi pakenee solusta. Välttääkseen mahdollisesti vahingolliset veden liikkeet, solut aktiivisesti pumppaavat ioneja solukalvon ylitse (mm. Na<sup>+</sup>, K<sup>+</sup> ja Cl<sup>-</sup>) säädelläkseen konsentraatioeroja.

''Soluseinällisissä'' soluissa hypotonisessa liuoksessa soluseinä vastustaa laajenemista johtaen paineeseen. Tämä johtaa <math>\psi_p \,\!</math> kasvuun, joka kasvaa, kunnes solunsisäinen <math>\psi \,\!</math> on sama, kuin solun ulkopuolinen. Hypertonisessa liuoksessa tilanne on päinvastainen: vesi poistuu solusta, kunnes <math>\psi_p = 0\,\!</math>. Vesi jatkaa poistumistaan, kunnes solun tilavuus on pienentynyt tarpeeksi, jotta <math>\psi_s \,\!</math> on tasapainottanut solunsisäisen <math>\psi \,\!</math>:n vastaamaan solunulkopuolista. Tämä johtaa usein solukalvon kuoriutumiseen pois soluseinältä, eli [[plasmolyysi]]in. Myös soluseinälliset solut pumppaavat ioneja (pääasiassa H<sup>+</sup>) estääkseen radikaalit veden liikkeestä johtuvat muutokset.

Soluseinällisen solun kasvu vaatii myös soluseinän rakenteen löysentämistä. Solu laskee sisäistä <math>\psi \,\!</math> laskemalla <math>\psi_s \,\!</math>:tä pumppaamalla sisään veteen liuenneita aineita. Tämä johtaa veden sisääntuloon, ja sitä kautta <math>\psi_p \,\!</math>:n kasvuun (paineen kasvuun), joka työntää soluseinän uuteen laajempaan muotoon. Jotkut [[antibiootti|antibiootit]] heikentävät bakteereiden soluseiniä, pienentäen niiden kykyä sietää sisäistä painetta johtaen bakteerisolujen hajoamiseen.

== Osmoottinen mekanismi ==

Vesi pystyy ylittämään solukalvot ilman huomattavia ongelmia huolimatta veden pienestä rasvojen läpäisykyvystä. Solukalvoilla onkin niin kutsuttuja [[akvaporiini]]-proteiineja (engl. ''aquaporins''), joiden rakenteessa on n. 400 nm suuruinen reikä, joka mahdollistaa veden liikkeen. Solu reguloi akvaporiineja [[fosforylointi|fosforyloinnilla]] ja solunsisäisellä Ca<sup>2+</sup>:n konsentraatiolla. Nykytietämyksen mukaan osmoosi on yhdistelmä yksittäisten vesimolekyylien [[diffuusio]]ta solukalvon lävitse, sekä suurten määrien liikettä avointen akvaporiinien läpi.

== Osmoosi energiantuotannossa ==
Statkraft [[Norja]]ssa on rakentanut maailman ensimmäisen pilottiluonteisen [[osmoosivoima]]laitoksen, jonka toiminta alkoi 24. marraskuuta 2009.<ref>[http://www.tietokone.fi/uutiset/maailman_ensimmainen_osmoosivoimala_starttasi_norjassa Maailman ensimmäinen osmoosivoimala starttasi Norjassa] Tietokone.fi 27.11.2009.</ref> Ensimmäinen täysikokoinen kaupallinen laitos voisi olla toiminnassa vuonna 2015. Osmoosivoimalaitos käyttää meriveden ja makean jokiveden välistä painetta uusiutuvana energianlähteenään.<ref>[http://www.yle.fi/uutiset/ulkomaat/oikea/id71353.html Norja rakentaa maailman ensimmäisen osmoosivoimalaitoksen] YLE 3.10.2007</ref>
<ref>[http://opiskelu.org/2011/02/osmoosi/ Osmoottisen paineen simulointi online] {{Wayback|1=http://opiskelu.org/2011/02/osmoosi/ |päiväys=20110721204313 }}</ref>

== Katso myös ==
*[[Diffuusio]]
*[[Osmoottinen paine]]
*[[Transpiraatio]]
*[[Juuripaine]]
*[[Haihtumisimu]]
*[[Kapillaari-ilmiö]]
* [[Käänteisosmoosi]]

== Lähteet ==
{{viitteet}}

== Aiheesta muualla ==
*[http://opetus.tv/biologia/solubiologia-ja-perinnollisyys/osmoosi/ Opetus.tv: Biologian etäopiskeluympäristö, Osmoosi]
*[http://opiskelu.org/2011/02/osmoosi/ Osmoosi malli, flash] {{Wayback|1=http://opiskelu.org/2011/02/osmoosi/ |päiväys=20110721204313 }}

[[Luokka:Biokemia]]
[[Luokka:Solubiologia]]
[[Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit]]