ما هو محلول مفرط التوتر

هو محلول يحتوي على تركيز مذاب أعلى خارج الخلية منه بالداخل، إذا تم وضع خلية في محلول مفرط التوتر، فسوف تتقلص الخلية بسبب تحرك

الماء

للخارج، ويحتوي المحلول الخارجي على تركيز قابل للذوبان أعلى من داخل الخلية، وهكذا تتحرك جزيئات الماء من داخل الخلية إلى خارجها، محلول تركيزه أقل من نسغ الخلية أو داخلها حتى تصبح الخلية النباتية منتفخة عند وضع محلول ناقص التوتر.

يتضمن المحلول مفرط التوتر على تركيز أعلى مقارنة بمحلول آخر، يُعرف الحل المعاكس بتركيز أقل بالمحلول ناقص التوتر، يجب أن يصف العلماء محتويات الخلية مقارنة بالبيئة إذا تم وضع خلية في محلول مفرط التوتر، فإن الخلية تعتبر منخفضة التوتر.

إذا كان العصارة الخلوية للخلية عبارة عن محلول مفرط التوتر، فهذا يعني أن

البيئة

منخفضة التوتر، أو أكثر تركيزًا هذا ذو أهمية كبيرة لأن المواد المذابة والماء يميلان إلى التدفق أو الانتشار على طول تدرجاتهما، حلين مختلطين معًا سيصبحان في النهاية حلاً منفردًا وإذا تم فصل المحاليل بواسطة غشاء منفذ يسمح بمرور الماء فقط، فستصبح المحاليل متساوية التوتر حيث يتحرك الماء بين المحلين، فالمحاليل متساوية التوتر لها تركيزات متساوية، على الرغم من أنه قد يكون لها أحجام مختلفة.

تعتبر حركة الأيونات والماء مهمة للغاية للخلايا، وتستخدم الخلايا التدرجات الأيونية لعدد من الأغراض، فعلى سبيل المثال، تستخدم الخلايا النباتية محلول مفرط التوتر داخل فجواتها المركزية للمساعدة في سحب الماء إلى الفجوة، هذا يوسع الغرفة ويسمح للنباتات بخلق ضغط تورم في خلاياهم تعتمد الخلايا الحيوانية، وخاصة الخلايا العصبية، على محلول مفرط التوتر والأيونات الموجودة فيه لإنشاء جهد فعل أو إشارة عصبية، يعتمد النشاط الكهربائي لهذه الخلايا على الشحنات الموجبة والسالبة للأيونات في محلول مفرط التوتر.

أنواع المحلول

هناك ثلاثة أنواع مختلفة من المحلول:

محلول متساوي التوتر.
محلول مفرط التوتر.
محلول ناقص التوتر.

مكونات محلول مفرط التوتر

يتكون من مذيب، عادة ما يكون ماء، ومذابات، والتي يمكن أن تكون أملاحًا أو سكريات نقية، أو خليطًا من الاثنين معًا، وتأتي الطريقة المعتادة للتعبير عن تركيز المحلول كدالة لعدد الجسيمات، بدلاً من العديد من تركيزاتها الفردية، هي الأسمولية.

بالإضافة إلى ذلك، من الضروري وجود حجرة مفصولة بحاجز نصف نافذ، وهو في حالة الخلايا عبارة عن غشاء دهني ثنائي الطبقة يمكن دفع جزيئات الماء، مثل الجزيئات المحايدة الأخرى، عبر غشاء الخلية، لكن هذا لا يحدث مع الأيونات.

كما يجب أن يكون الوسط المائي المحيط بالخلية أكثر تركيزًا في المذاب وبالتالي “تخفيفه” بالماء، هذا يرجع إلى حقيقة أن جزيئات الماء تحيط بالجزيئات الذائبة، ولا ينتشر سوى جزء صغير منها بحرية في البيئة.

وينتج عن هذا الاختلاف في الماء الحر داخل الخلية وخارجها تدرجًا يتم من خلاله إنشاء التناضح، أي تغيير في التركيز بسبب إزاحة المذيب عبر الحاجز دون انتشار المذاب.

استخدامات محلول مفرط التوتر

العلاج بمحلول منشط له تطبيقات عملية، على سبيل المثال، يمكن استخدام التناضح العكسي لتنقية المحاليل وتحلية مياه

البحر

.
يساهم في الحفاظ على الطعام، على سبيل المثال، ينشأ عن تعبئة الطعام بالملح أو نقعه في محلول مفرط التوتر من

السكر

أو الملح، بيئة مفرطة التوتر تعمل على قتل الميكروبات أو على الأقل تحد من قدرتها على التكاثر.
تعمل المحاليل مفرطة التوتر أيضًا على تجفيف العناصر الغذائية والمواد الأخرى حيث يترك الماء الخلايا أو يمر عبر الغشاء في محاولة لتحقيق التوازن.

خصائص محلول مفرط التوتر

تتجاوز الأسمولية لمحلول مفرط التوتر 290

ملي

أسمول / لتر من الماء إذا لامست البلازما من خلال غشاء شبه نافذ، فسوف يتدفق الماء من البلازما إلى محلول مفرط التوتر حتى يتم الوصول إلى التوازن التناضحي بين المحلين.

في هذه الحالة، تحتوي البلازما على تركيز أعلى من جزيئات الماء من محلول مفرط التوتر مع الانتشار السلبي، تميل الجسيمات إلى الطيران من أماكن ذات تركيز أعلى إلى أماكن ذات تركيز أقل، لهذا السبب، يتدفق الماء من البلازما إلى محلول مفرط التوتر.

إذا تم وضع خلايا الدم الحمراء في محلول مفرط التوتر، فإن الماء من خلايا الدم الحمراء سوف يتدفق إلى المحلول خارج الخلية، مما يؤدي إلى تقلصه أو تكثيفه، وبالتالي، فإن المقصورة داخل الخلايا والمقصورة خارج الخلية لها نفس الأسمولية (290 ملي أسمول / لتر ماء)، حيث يوجد توازن تناضحي بين مقصورات

الجسم

.

أمثلة على محلول مفرط التوتر

الكلى البشرية ومحلول مفرط التوتر

لتنظيم كمية الماء في الجسم، يمتلك دماغ الإنسان بروتينات خاصة تسمى مستقبلات التناضح، والتي يمكنها قياس الأسمولية للبيئة المحيطة بالخلية إذا أصبحت البيئة محلول مفرط التوتر، فذلك بسبب عدم وجود كمية كافية من الماء في الدم لتخفيف المواد المذابة يفرز الوطاء الهرمونات مع زيادة نفاذية الأغشية في الكلى، تمتص الكلى الماء الذي كان سيُفرز وتعيده إلى مجرى الدم، لذا يصبح الدم أكثر تساوي التوتر مقارنة بالخلايا، ويمكن أن تستمر العمليات الطبيعية.

السلاحف البحرية ومحلول مفرط التوتر

بالمقارنة مع المياه العذبة، فإن المياه المالحة هي محلول مفرط التوتر هذا يعني أنه لكي تعمل الخلايا، يجب أن تتضمن على العصارة الخلوية التي هي محلول مفرط التوتر أكثر من الماء المالح السلاحف البحرية، على سبيل المثال، تعيش في محلول مفرط التوتر مقارنة بسلاحف المياه العذبة إذا وضعت سلحفاة من المياه العذبة في مياه البحر، فإن مياه البحر مفرطة التوتر ستجفف السلحفاة، بدلاً من أن يتم ترطيبها بالماء ، فإن مياه المحيط الكثيفة الذائبة ستسحب الماء من الجسم لموازنة الفرق في الأسمولية.

للتغلب على هذه العقبة، طورت السلاحف البحرية والحيوانات البحرية الأخرى مسارات فريدة لإزالة الأملاح الزائدة تنتقل الأملاح من الجهاز الهضمي إلى مجرى الدم، فعندما يصلون إلى غدة الملح، يتم إزالتها، هذا يخلق بيئة داخلية أعلى في المواد المذابة، لكنها لا تفقد كميات المياه الزائدة في البيئة.

النباتات ومحلول مفرط التوتر

بشكل عام، تفضل النباتات العيش في بيئات منخفضة التوتر في بيئة منخفضة التوتر، يغمر الماء الخلايا النباتية بسهولة ويمكن أن تظل صلبة أو صلبة، بسبب الضغوط التي تمارس على جدران الخلايا بسبب تدفق الماء تستخدم النباتات هذه القدرة المائية لإعطاء أجسامها بنية ونقل المياه من الجذور إلى أعلى النبات، ومع ذلك، فقد تكيفت العديد من النباتات لتعيش في بيئات مفرطة التوتر تحتوي المستنقعات بجانب البحر، ومستنقعات المنغروف، والمياه معتدلة الملوحة الأخرى على نسبة ملوحة أعلى بكثير من المياه العذبة وتصبح التربة مشبعة بهذه الأملاح، مما يؤدي إلى زيادة تركيز الذائبة في التربة.

ستذبل معظم النباتات إذا تم زرعها في هذا الموطن، ولكن مجموعة خاصة من النباتات المعروفة باسم النباتات الملحية قد تطورت للتغلب على هذه العقبة من خلال زيادة الأسمولية لجذورها، تكون النباتات قادرة على التغيير من بيئة منخفضة التوتر داخل الخلية مقارنة بالبيئة، إلى محلول مفرط التوتر في العصارة الخلوية هذا يقلل من إمكانات المياه للخلايا الجذرية ويسمح للماء بدخول الخلايا، كما تقوم الخلايا إما بتخزين الأملاح الزائدة في الجذور أو نقل الأملاح إلى الأوراق، حيث يمكن إخراجها من الغدد.