Hypertonische oplossing Definitie
Een hypertonische oplossing bevat een hogere concentratie van opgeloste stoffen in vergelijking met een andere oplossing. De tegenovergestelde oplossing met een lagere concentratie wordt hypotone oplossing genoemd. Wetenschappers moeten de celinhoud beschrijven in vergelijking met de omgeving. Als een cel in een hypertonische oplossing wordt geplaatst, wordt de cel als hypotoon beschouwd.
Hypertonische oplossing overzicht
Als het cytosol van de cel een hypertonische oplossing is, betekent dit dat de omgeving hypotoon is, of zwakker geconcentreerd. Dit is van groot belang omdat oplosmiddelen en water de neiging hebben langs hun gradiënten te stromen of te diffunderen. Twee oplossingen die met elkaar worden vermengd, worden uiteindelijk één enkele oplossing. Als de oplossingen worden gescheiden door een permeabel membraan dat alleen water doorlaat, zullen de oplossingen isotoon worden als het water tussen de twee oplossingen beweegt. Isotone oplossingen hebben gelijke concentraties, hoewel zij verschillende volumes kunnen hebben.
Deze beweging van ionen en water is uiterst belangrijk voor cellen. Cellen gebruiken ion gradiënten voor een aantal doeleinden. Plantencellen gebruiken bijvoorbeeld een hypertone oplossing in hun centrale vacuole om te helpen water in de vacuole te trekken. Hierdoor wordt de kamer groter en kunnen planten turgordruk in hun cellen creëren. Dierlijke cellen, vooral zenuwcellen, vertrouwen op een hypertone oplossing en de ionen daarin om een actiepotentiaal of zenuwsignaal tot stand te brengen. De elektrische activiteit van deze cellen berust op de positieve en negatieve ladingen van de ionen in de hypertone oplossing.
Hypertone oplossing Voorbeelden
Menselijke nieren
Om de hoeveelheid water in het lichaam te regelen, heeft het menselijk brein speciale eiwitten, osmoreceptoren genaamd, die de osmolariteit van de omgeving rond de cel kunnen meten. Als de omgeving een zeer hypertonische oplossing wordt, komt dat omdat er niet genoeg water in het bloed is om de oplosmiddelen te verdunnen. De hypothalamus geeft hormonen af, waardoor de doorlaatbaarheid van de membranen in de nier toeneemt. De nier neemt het water op dat zou zijn uitgescheiden en voegt het weer toe aan de bloedstroom. Het bloed wordt meer isotoon ten opzichte van de cellen, en de normale processen kunnen doorgaan.
Zeeschildpad Osmoregulatie
Vergeleken met zoet water, is zout water een hypertonische oplossing. Dit betekent dat cellen, om te kunnen functioneren, een cytosol moeten bevatten dat een meer hypertonische oplossing is dan zout water. Zeeschildpadden, bijvoorbeeld, leven in een veel meer hypertonische oplossing vergeleken met zoetwaterschildpadden. Als je een zoetwaterschildpad in zeewater zet, zal het hypertonische zeewater de schildpad uitdrogen. In plaats van gehydrateerd te worden door het water, zal het oceaanwater met zijn hoge dichtheid water aan het lichaam onttrekken om het verschil in osmolariteit in evenwicht te brengen.
Om dit obstakel te overwinnen, hebben zeeschildpadden en andere zeedieren unieke routes ontwikkeld om overtollige zouten te verwijderen. De zouten komen vanuit het spijsverteringskanaal in de bloedbaan terecht. Wanneer ze de zoutklier bereiken, worden ze verwijderd. Hierdoor ontstaat een inwendig milieu met een hoger gehalte aan oplosmiddelen, dat echter geen overtollige hoeveelheden water aan het milieu verliest.
Planten in hypertone oplossing
In het algemeen leven planten het liefst in een hypotone omgeving. In een hypotone omgeving overstroomt water gemakkelijk de plantencellen en kunnen zij turgide, of stijf, blijven door de druk die door de instroom van water op hun celwanden wordt uitgeoefend. De planten gebruiken dit waterpotentieel om hun lichaam structuur te geven en water van de wortels naar de top van de plant te verplaatsen. Veel planten hebben zich echter aangepast om in een hypertonische omgeving te leven. Moerassen aan zee, mangrove moerassen en andere brakke wateren bevatten een veel hoger zoutgehalte dan zoet water. De bodem raakt verzadigd met deze zouten, waardoor een veel hogere concentratie opgeloste stoffen in de bodem ontstaat.
De meeste planten zouden verschrompelen als ze naar deze habitat werden overgeplant, maar een speciale groep planten, bekend als Halofyten, is geëvolueerd om dit obstakel te overwinnen. Door de osmolariteit van hun wortels te verhogen, zijn de planten in staat om van een hypotoon milieu binnenin de cel ten opzichte van de omgeving, over te schakelen op een hypertonische oplossing in het cytosol. Hierdoor daalt het waterpotentiaal van de wortelcellen en kan water de cellen binnendringen. De cellen slaan de overtollige zouten op in de wortels of transporteren de zouten naar de bladeren, waar ze via klieren kunnen worden uitgescheiden.
Een cel in hypertone oplossing
Het plasmamembraan dat cellen omgeeft, is een speciaal doorlaatbaar membraan dat de inhoud van de cel scheidt van de omgeving. Het plasmamembraan is voorzien van speciale membraantransporteiwitten die helpen bij het transport van oplosmiddelen. Het heeft ook speciale eiwitkanalen, aquaporines genaamd, die ervoor zorgen dat water vrij over het membraan kan stromen. De cel moet energie gebruiken om oplosmiddelen actief in en uit de cel te verplaatsen. Te veel oplosmiddelen en het cytosol zal een hypertonische oplossing worden vergeleken met de omgeving. Cellen zonder celwanden kunnen in deze toestand barsten.
Te weinig opgeloste stoffen in de omgeving zal de hypertone oplossing worden. In dit geval zal het tegenovergestelde gebeuren, omdat water uit de cel beweegt. Het water beweegt zich tegen de concentratiegradiënt van oplosmiddelen in, bewegend van gebieden van lage concentratie van oplosmiddelen naar gebieden van hoge concentratie van oplosmiddelen. In andere zin beweegt water met de waterconcentratiegradiënt mee, van gebieden met een hoge waterconcentratie naar gebieden met een lage waterconcentratie.
Organismen die de osmolariteit van hun cellen reguleren, staan bekend als osmoregulatoren. Normaal gesproken proberen cellen hun cytoplasma als een hypertonische oplossing ten opzichte van de omgeving te handhaven. Hoewel dit bepaalde structurele problemen oplevert, kan water hierdoor vrij door de cel stromen en deelnemen aan veel van de noodzakelijke reacties. Als cellen hypotoon zouden zijn, zouden zij uiteindelijk het grootste deel van hun water aan de omgeving verliezen. Andere organismen, osmoconvormers, hebben dezelfde osmolariteit als de omgeving, hoewel de precieze oplosmiddelen anders kunnen zijn. Dit zorgt ervoor dat zij noch veel water verliezen, noch veel water winnen.