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Osmose einfach erklärt: Wasserbewegung in Zellen
Bei der Osmose bewegt sich Wasser durch eine semipermeable Membran zur Seite mit der höheren Konzentration gelöster Teilchen. Der Vorgang ist passiv: Die Zelle muss dafür keine zusätzliche Energie bereitstellen.
Auf dieser Seite lernst du, die Richtung der Wasserbewegung vorherzusagen und die Folgen für Zellen zu erklären.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Welche Bedingungen braucht Osmose?
Stell dir ein Gefäß vor, das durch eine Membran geteilt ist. Auf beiden Seiten befindet sich Wasser, aber auf einer Seite ist mehr Zucker gelöst.
Semipermeable Membran
Eine semipermeable Membran ist nur für bestimmte Teilchen durchlässig. Im vereinfachten Osmosemodell kann Wasser hindurchtreten, während die gelösten Zucker- oder Salzteilchen zurückgehalten werden.
Osmose setzt drei Dinge voraus:
- ein Lösungsmittel, biologisch meist Wasser,
- unterschiedlich hohe Konzentrationen gelöster Teilchen,
- eine Membran, die Wasser, aber nicht die betrachteten gelösten Teilchen passieren lässt.
Fehlt die Membran oder können alle beteiligten Teilchen ungehindert hindurchtreten, beschreibt dieses Modell keine Osmose.
Nicht allein der Konzentrationsunterschied entscheidet. Die Membran muss Wasser und gelöste Teilchen unterschiedlich behandeln.
In welche Richtung bewegt sich das Wasser?
Wasserteilchen bewegen sich ständig in beide Richtungen durch die Membran. Gibt es auf einer Seite mehr gelöste Teilchen, ergibt sich jedoch eine Nettobewegung zu dieser stärker konzentrierten Seite: Insgesamt gelangt dorthin mehr Wasser als zurück.
Eine Membran trennt Seite A mit wenig gelöstem Salz von Seite B mit viel gelöstem Salz. Nur Wasser kann die Membran passieren.
- Vergleiche die Konzentrationen: Auf Seite B befinden sich mehr gelöste Teilchen.
- Prüfe die Membran: Salz bleibt zurück, Wasser kann hindurch.
- Leite die Richtung ab: Wasser bewegt sich netto von A nach B.
- Prüfe die Folge: Seite B wird verdünnt und ihr Flüssigkeitsvolumen nimmt zunächst zu.
Die Richtung kannst du mit einer kurzen Entscheidungskette bestimmen:
- Welche Teilchen können die Membran passieren?
- Auf welcher Seite sind mehr zurückgehaltene gelöste Teilchen?
- Wasser bewegt sich netto zu dieser Seite.
- Überlege anschließend, wie sich Volumen und Druck verändern.
Wie unterscheidet sich Osmose von anderen Transportarten?
Diffusion
Diffusion ist die selbstständige Verteilung von Teilchen aufgrund ihrer Eigenbewegung. Netto bewegen sich die betrachteten Teilchen vom Bereich ihrer höheren zur niedrigeren Konzentration.
Ein Tropfen Tinte verteilt sich beispielsweise im Wasser. Dabei wird keine semipermeable Membran benötigt.
Osmose ist eine besondere Form der Diffusion: Betrachtet wird die Bewegung des Lösungsmittels durch eine semipermeable Membran. Wasser bewegt sich dabei netto zur Seite mit mehr gelösten, zurückgehaltenen Teilchen.
Aktiver Transport unterscheidet sich davon durch seinen Energiebedarf. Er kann Stoffe entgegen ihrem Konzentrationsgefälle transportieren. Osmose selbst ist dagegen passiv.
| Vorgang | Was bewegt sich im Mittelpunkt? | Membran nötig? | Zusätzliche Energie nötig? |
|---|---|---|---|
| Diffusion | betrachtete Teilchen entlang ihres Konzentrationsgefälles | nicht grundsätzlich | nein |
| Osmose | Wasser durch eine semipermeable Membran | ja | nein |
| aktiver Transport | ein Stoff, auch gegen sein Konzentrationsgefälle | ja | ja |
Was geschieht mit Zellen in verschiedenen Lösungen?
Die Begriffe hypoton, isoton und hyperton gelten immer im Vergleich zwischen zwei Lösungen, zum Beispiel zwischen Zellinnerem und Außenlösung.
Tonizität
Die Tonizität beschreibt im vereinfachten Zellmodell, wie sich die Konzentration gelöster Teilchen einer Lösung im Vergleich zu einer anderen Lösung auf die Wasserbewegung auswirkt.
| Außenlösung im Vergleich zum Zellinneren | Gelöste Teilchen außen | Nettobewegung des Wassers | mögliche Folge |
|---|---|---|---|
| hypoton | weniger | in die Zelle | Zelle schwillt an; eine Tierzelle kann platzen |
| isoton | etwa gleich konzentriert | keine dauerhafte Nettobewegung | Zellvolumen bleibt ungefähr gleich |
| hyperton | mehr | aus der Zelle | Zelle verliert Wasser und schrumpft |
Auch im isotonischen Zustand können einzelne Wassermoleküle die Membran in beide Richtungen passieren. Es fehlt lediglich eine dauerhafte Nettobewegung.
Bei Pflanzenzellen wirkt die Zellwand einer starken Ausdehnung entgegen. Verliert das Pflanzengewebe dagegen Wasser, nimmt seine Stabilität ab.
Wie erklärt Osmose Kirschen, Salat und Pflanzen?
Salat im salzigen Dressing
Das Dressing enthält viele gelöste Salzteilchen. Es ist gegenüber dem Zellinneren der Salatblätter stärker konzentriert.
So leitest du die Beobachtung her:
- Die Zellmembran lässt Wasser passieren.
- Außerhalb der Zellen befinden sich mehr gelöste Teilchen.
- Wasser verlässt die Zellen netto.
- Das Pflanzengewebe verliert Wasser und Stabilität.
- Die Blätter werden schlaff.
Kirschen nach Regen
In einer reifen Kirsche sind viele Stoffe, besonders Zucker, gelöst. Regenwasser enthält vergleichsweise wenige gelöste Stoffe. Wasser kann deshalb in das Fruchtgewebe eindringen. Das Volumen und der Innendruck steigen; die Kirsche kann aufplatzen.
Überdüngte Pflanzen
Eine sehr hohe Mineralstoffkonzentration im Boden kann dazu führen, dass Wasser die Pflanzenzellen verlässt. Die Pflanze verliert Wasser und kann verwelken. Mehr gelöste Mineralstoffe bedeuten daher nicht automatisch eine bessere Wasserversorgung.
Warum endet die Wasserbewegung nicht immer beim Konzentrationsausgleich?
Im geteilten Gefäß steigt auf der Seite mit mehr gelösten Teilchen der Flüssigkeitsspiegel. Die höhere Flüssigkeitssäule erzeugt einen hydrostatischen Gegendruck, der der weiteren Wasseraufnahme entgegenwirkt.
Osmotischer Druck
Der osmotische Druck beschreibt das mit dem Konzentrationsunterschied verbundene Bestreben einer Lösung, durch eine semipermeable Membran Wasser aufzunehmen. Ein größerer Konzentrationsunterschied bewirkt im vereinfachten Modell einen stärkeren osmotischen Effekt.
Eine dauerhafte Nettobewegung kann aufhören, wenn ein entgegengesetzter Druck den osmotischen Effekt ausgleicht. Die Konzentrationen müssen dabei nicht vollständig gleich geworden sein. Einzelne Wassermoleküle bewegen sich weiterhin in beide Richtungen; gleich groß sind nun die gegenläufigen Wasserströme.
Bei einer Pflanzenzelle kann die Zellwand einen solchen Gegendruck aufbauen und die weitere Ausdehnung begrenzen.
Vertiefung: Umkehrosmose
Wird von außen ein Druck ausgeübt, der größer als der osmotische Druck ist, lässt sich die spontane Flussrichtung umkehren. Wasser wird dann von der stärker konzentrierten Seite zur Seite mit weniger gelösten Stoffen gedrückt. Dieser Vorgang heißt Umkehrosmose und benötigt äußeren Druck.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Osmose
- Voraussetzungen: Wasser, Konzentrationsunterschied, semipermeable Membran
- Richtung: netto zur Seite mit mehr gelösten Teilchen
- Zellen: hypoton hinein, isoton ohne Nettotransport, hyperton hinaus
- Folgen: Volumen- und Druckänderung
- Begrenzung: hydrostatischer oder Zellwand-Gegendruck
- Umkehrung: äußerer Druck bei der Umkehrosmose