التوتر

في علم الأحياء الكيميائي ، تُعدّ التوترية مقياسًا لتدرج الضغط الأسموزي الفعال ؛ أي جهد الماء بين محلولين يفصل بينهما غشاء خلوي شبه منفذ . وتعتمد التوترية على التركيز النسبي لمواد مذابة محددة غير منفذة عبر الغشاء الخلوي، وهو ما يحدد اتجاه ومدى التدفق الأسموزي. ويُستخدم هذا المصطلح عادةً لوصف استجابة الخلايا للانتفاخ أو الانكماش عند غمرها في محلول خارجي.

بخلاف الضغط الأسموزي، تتأثر التوترية فقط بالمواد المذابة التي لا تستطيع عبور الغشاء، لأنها وحدها التي تُمارس ضغطًا أسموزيًا فعالًا. أما المواد المذابة القادرة على عبور الغشاء بحرية فلا تؤثر على التوترية لأنها ستصل دائمًا إلى حالة توازن بتراكيز متساوية على جانبي الغشاء دون حركة صافية للمذيب. كما أنها عامل مؤثر في الامتصاص .

توجد ثلاثة تصنيفات لدرجة التوتر التي يمكن أن يمتلكها محلول واحد بالنسبة إلى آخر: محلول مفرط التوتر ، ومحلول منخفض التوتر ، ومحلول متساوي التوتر . ^{[ 1 ]} ومن أمثلة المحاليل منخفضة التوتر الماء المقطر.

يحتوي المحلول عالي التركيز على تركيز أعلى من المواد المذابة غير النافذة مقارنةً بمحلول آخر. ^{[ 2 ]} في علم الأحياء، يشير مصطلح تركيز المحلول عادةً إلى تركيز المواد المذابة فيه مقارنةً بتركيزها في محلول آخر على الجانب المقابل من غشاء الخلية ؛ ويُسمى المحلول خارج الخلية عالي التركيز إذا كان تركيز المواد المذابة فيه أعلى من تركيزها في السيتوسول داخل الخلية. عندما تُغمر الخلية في محلول عالي التركيز، يميل الضغط الأسموزي إلى دفع الماء للتدفق خارج الخلية لموازنة تركيز المواد المذابة على جانبي غشاء الخلية. وعلى النقيض، يُصنف السيتوسول على أنه منخفض التركيز، على عكس المحلول الخارجي. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

When plant cells are in a hypertonic solution, the flexible cell membrane pulls away from the rigid cell wall, but remains joined to the cell wall at points called plasmodesmata. The cells often take on the appearance of a pincushion, and the plasmodesmata almost cease to function because they become constricted, a condition known as plasmolysis. In plant cells the terms isotonic, hypotonic and hypertonic cannot strictly be used accurately because the pressure exerted by the cell wall significantly affects the osmotic equilibrium point.^[5]

Some organisms have evolved intricate methods of circumventing hypertonicity. For example, saltwater is hypertonic to the fish that live in it. Because the fish need a large surface area in their gills in contact with seawater for gas exchange, they lose water osmotically to the sea from gill cells. They respond to the loss by drinking large amounts of saltwater, and actively excreting the excess salt.^[6] This process is called osmoregulation.^[7]

A hypotonic solution has a lower concentration of solutes than another solution. In biology, a solution outside of a cell is called hypotonic if it has a lower concentration of solutes relative to the cytosol. Due to osmotic pressure, water diffuses into the cell, and the cell often appears turgid, or bloated. For cells without a cell wall such as animal cells, if the gradient is large enough, the uptake of excess water can produce enough pressure to induce cytolysis, or rupturing of the cell. When plant cells are in a hypotonic solution, the central vacuole takes on extra water and pushes the cell membrane against the cell wall. Due to the rigidity of the cell wall, it pushes back, preventing the cell from bursting. This is called turgor pressure.^[8]

يكون المحلول متساوي التوتر عندما يكون تركيزه الأسمولي الفعال مساويًا لتركيز محلول آخر. في علم الأحياء، تكون المحاليل على جانبي غشاء الخلية متساوية التوتر إذا كان تركيز المواد المذابة خارج الخلية مساويًا لتركيزها داخلها. في هذه الحالة، لا تنتفخ الخلية ولا تنكمش لعدم وجود تدرج في التركيز يحفز انتشار كميات كبيرة من الماء عبر غشاء الخلية. تنتشر جزيئات الماء بحرية عبر الغشاء البلازمي في كلا الاتجاهين، وبما أن معدل انتشار الماء متساوٍ في كلا الاتجاهين، فإن الخلية لا تكتسب الماء ولا تفقده.

يمكن أن يكون المحلول متساوي الأسمولية منخفض التوتر إذا كان المذاب قادرًا على اختراق غشاء الخلية. على سبيل المثال، يُعد محلول اليوريا متساوي الأسمولية منخفض التوتر بالنسبة لخلايا الدم الحمراء، مما يؤدي إلى تحللها . ويعود ذلك إلى دخول اليوريا إلى الخلية وفقًا لتدرج تركيزها، متبوعًا بدخول الماء. تُعد أسمولية المحلول الملحي العادي ، وهو عبارة عن 9 غرامات من كلوريد الصوديوم مذابة في الماء بحجم إجمالي لتر واحد، قريبة جدًا من أسمولية كلوريد الصوديوم في الدم (حوالي 290 ملي أسمول / لتر ). وبالتالي، فإن المحلول الملحي العادي متساوي التوتر تقريبًا مع بلازما الدم. لا تستطيع أيونات الصوديوم أو الكلوريد المرور بحرية عبر غشاء البلازما، على عكس اليوريا .

• التركيز الأسموزي
• التناضح
• الملوحة