Osmose
- Der Rettich wird feucht durch Wasser, das aus dem Gewebe austritt. Das Wasser entstammt dem Zellsaft, einer Lösung in den Vakuolen der Zelle.
- Der Vakuole wird durch ein Plasmolytikum (das ist eine Lösung, die mehr gelöste Teilchen enthält als der Zellsaft) durch Osmose Wasser entzogen. Das Wasser strömt aus der Vakuole durch die Membranen (Vakuolenmembran = Tonoplast und Zellmembran = Plasmalemma) und das übrige Cytoplasma in das umgebende, höher konzentrierte Medium. Die Vakuole/der Zellsaftraum verkleinert sich. In der Folge löst sich die Zellmembran (das Plasmalemma) von der Zellwand.
- Man kann den osmotischen Wert des Zellsaftes über die Plasmolyse ermitteln: Dazu legt man einen Gewebeschnitt in verschiedene Medien mit bekannter Osmolarität und ermittelt mit dem Lichtmikroskop den Prozentsatz der plasmolysierten Zellen. Die Osmolarität des Mediums, in dem 50 % der Zellen Plasmolyse zeigen, entspricht dem osmotischen Wert der Zellen. Eine andere Methode ist die Gefrierpunktserniedrigung: Man gewinnt Presssaft aus dem Gewebe und misst den Gefrierpunkt. Je höher die Lösung konzentriert ist, desto niedriger ist der Gefrierpunkt.
Wissensteil:
Osmose ist die Diffusion durch eine semipermeable Membran. Unter einer semipermeablen Membran versteht man hier eine Membran, die zwar für das Lösungsmittel durchlässig ist, nicht aber für den gelösten Stoff. Diese Eigenschaft zeichnet die Membranen der lebenden Zellen aus. Sie haben eigene Wasserkanäle, Aquaporine, durch die Wasser in die Zellen und aus den Zellen strömt. Diese Kanäle lassen nur reines Wasser durch, gelöste Stoffe filtern sie aus. Sind zwei Flüssigkeiten, die sich lediglich in der Konzentration an gelösten Stoffen (z.B. Zucker,Salz) unterscheiden, durch eine semipermeable Membran voneinander getrennt, so kann man folgendes Phänomen beobachten: Wassermoleküle diffundieren durch die Membran vom Ort der niedrigeren Konzentration an gelösten Stoffen zum Ort der höheren Konzentration, die gelösten Stoffe werden von der Membran zurückgehalten.
Allgemein kann die Osmose so beschrieben werden: Moleküle des Lösungsmittels diffundieren aus der Lösung geringerer Konzentration, der hypotonischen Lösung, in die Lösung höherer Konzentration, der hypertonischen Lösung. Die Konzentrationen zu beiden Seiten der Membran gleichen sich einander an, bis sie auf beiden Seiten übereinstimmen, es entstehen isotonische Lösungen. Die Volumina der Lösungen verändern sich hingegen. Beim Erreichen des osmotischen Gleichgewichts hat die vorher höher konzentrierte Lösung an Volumen zugenommen, die vorher hypotonische Lösung hat an Volumen verloren.
Wenn ein Rettich gesalzen wird, strömen Wassermoleküle aus den Zellen (der hypotonischen Lösung) zur Schnittfläche, wo durch das Salz, das sich in der Feuchtigkeit der Oberfläche löst, eine hochkonzentrierte Lösung entsteht. Das Wasser strömt aus den Vakuolen der Zellen (und aus den Interzellularen) zur Schnittfläche und feuchtet diese an. Die Zellen selber schrumpfen und zeigen Plasmolyse.
Unter Plasmolyse versteht man die Schrumpfung der Zentralvakuole einer pflanzlichen Zelle bei gleichzeitiger Abtrennung der Zellmembran (Plasmalemma) von der Zellwand. Um dies zu erreichen, muss man die Zelle einem Plasmolytikum aussetzen. Bei diesem handelt es sich um eine konzentrierte Lösung, die reichlich Salze oder Zucker enthält und somit mehr gelöste Teilchen, als der Zellsaft der Vakuole besitzt. In diesem Fall strömt auf osmotischem Wege Wasser aus der Vakuole durch die Membranen (Tonoplast und Plasmalemma) in das umgebende, höher konzentrierte Medium, so dass der Zellsaftraum kleiner wird und den an der Vakuole klebenden Plasmaschlauch samt dem Plasmalemma von der Zellwand abtrennt. Bei geringer Wandhaftung des Plasmas erfolgt die Ablösung rundlich (Konvexplasmolyse), bei starker Wandhaftung bilden sich bizarre Formen, in denen das Plasma zu dünnen Fäden ausgezogen ist (Konkavplasmolyse). Der Vorgang der Plasmolyse ist reversibel, also über die Deplasmolyse umkehrbar–vorausgesetzt, die Zelle nahm keinen Schaden. Der Wasserbewegung beim gesalzenen Rettich entgegengesetzt ist der Vorgang, der zum Turgor führt: Pflanzenzellen speichern in ihren Vakuolen Ionen, Zucker, organische Säuren, Aminosäuren und andere Moleküle oft in beträchtlichen Konzentrationen. Sie verursachen ein Einströmen von Wasser in die Zelle, so dass sich das Zellvolumen vergrößert und das Zellplasma gegen die Zellwand presst. Weil Pflanzenzellen in der Regel von einer elastischen Zellwand umgeben sind, können sie nur so lange Wasser aufnehmen, bis die Zelle prallgefüllt ist, bis also der Druck der Zellwand gleich groß ist wie der Druck des einströmenden Wassers.
Der auf die Wand ausgeübte Druck,Turgor, spielt eine entscheidende Rolle beim Erhalt der Stabilität und Steifheit pflanzlicher Gewebe, vor allem bei krautigen Pflanzen. Jede Zelle übt dabei Druck auf die benachbarten aus. In der Summe baut sich eine Gewebespannung auf. Verlieren die Pflanzen Wasser, so werden sie schlaff, weil der Turgor nachlässt. Lässt eine Pflanze ihre Blätter hängen, so ist das ein Zeichen für mangelnde Turgeszenz, die Stabilität ihrer Gewebe ist nicht mehr gewährleistet. Solange die Zellen leben, kann der Tugor durch Wasserzufuhr wieder hergestellt werden, durch Bewässerung können sich schlaffe Pflanzen wieder erholen.
