Плазмолиз: потеря воды клетками в гипертоническом растворе.

Введение

Плазмолиз — это процесс, при котором клетки теряют воду в гипертоническом растворе. Обратный процесс, деплазмолиз или цитолиз, может происходить, если клетка находится в гипотоническом растворе, что приводит к снижению внешнего осмотического давления и поступлению воды в клетку. Наблюдая за плазмолизом и деплазмолизом, можно определить тоничность среды клетки, а также скорость прохождения молекул растворенного вещества через клеточную мембрану.

Этимология

Термин плазмолиз происходит от латинского слова «plasma», означающего «матрицу», и греческого слова «lysis», означающего «ослабление».

Тургидность

Растительная клетка в гипотоническом растворе поглощает воду посредством эндосмоса, в результате чего увеличивающийся объем воды в клетке повышает давление, заставляя протопласт давить на клеточную стенку – состояние, известное как тургор. Тургор обеспечивает взаимное прижатие растительных клеток и является основным способом поддержания формы в недревесных растительных тканях. Клеточные стенки растений оказывают сопротивление дальнейшему поступлению воды после достижения определенного уровня, называемого полным тургором, что предотвращает разрыв клеток, как это происходит с клетками животных в аналогичных условиях. Именно поэтому растения сохраняют вертикальное положение. Без жесткости растительных клеток растение бы не устояло под собственным весом. Тургорное давление позволяет растениям оставаться упругими и прямостоячими, а растения, потерявшие тургорное давление (называемые вялыми), увядают. Снижение тургорного давления в клетке начинается только при отсутствии воздушных полостей вокруг нее, что в конечном итоге приводит к превышению осмотического давления внешней среды над осмотическим давлением клетки. Вакуоли играют роль в тургоре, когда вода покидает клетку под воздействием гиперосмотических растворов, содержащих такие растворенные вещества, как маннит, сорбит и сахароза.

Плазмолиз

Если растительную клетку поместить в гипертонический раствор, она теряет воду и, следовательно, тургорное давление в результате плазмолиза: давление снижается до такой степени, что протопласт клетки отслаивается от клеточной стенки, образуя зазоры между клеточной стенкой и мембраной, что приводит к сморщиванию и сжатию клетки. Дальнейшее снижение давления в конечном итоге приводит к циторризу – полному разрушению клеточной стенки. Растения с клетками в таком состоянии увядают. После плазмолиза пространство между клеточной стенкой и клеточной мембраной в растительной клетке заполняется гипертоническим раствором. Это происходит потому, что окружающий клетку раствор является гипертоническим, в результате чего происходит экзосмос, и пространство между клеточной стенкой и цитоплазмой заполняется растворенными веществами, поскольку большая часть воды выходит, и, следовательно, концентрация внутри клетки становится более высокой. В растениях существуют механизмы, предотвращающие избыточную потерю воды, аналогичные механизмам, предотвращающим избыточное поглощение воды. Плазмолиз можно обратить, поместив клетку в гипотонический раствор. Устьица помогают удерживать воду в растении, предотвращая его высыхание. Воск также способствует удержанию воды в растении. Эквивалентный процесс в клетках животных называется кренацией. Жидкое содержимое клетки вытекает из-за экзосмоса. Клетка сжимается, и клеточная мембрана отходит от клеточной стенки (у растений). Большинство клеток животных состоят только из фосфолипидного бислоя (плазматической мембраны) и не имеют клеточной стенки, поэтому они сжимаются в таких условиях. Плазмолиз происходит только в экстремальных условиях и редко наблюдается в природе. В лаборатории его индуцируют, погружая клетки в концентрированные растворы соли или сахара (сахарозы), чтобы вызвать экзосмос, часто используя растения Elodea или клетки эпидермиса лука, которые содержат окрашенный клеточный сок, что делает процесс хорошо видимым. Метиленовый синий можно использовать для окрашивания растительных клеток. Плазмолиз в основном известен как сжатие клеточной мембраны в гипертоническом растворе под высоким давлением. Плазмолиз может быть двух типов: вогнутый или выпуклый. Выпуклый плазмолиз всегда необратим, в то время как вогнутый плазмолиз обычно обратим. Во время вогнутого плазмолиза плазматическая мембрана и заключенный в нее протопласт частично отходят от клеточной стенки из-за образования полусферических, вогнутых карманов между плазматической мембраной и клеточной стенкой. Во время выпуклого плазмолиза плазматическая мембрана и заключенный в нее протопласт полностью отходят от клеточной стенки, при этом концы плазматической мембраны имеют симметричную, сферически изогнутую форму.

If a plant cell is placed in a hypertonic solution, the plant cell loses water and hence turgor pressure by plasmolysis: pressure decreases to the point where the protoplasm of the cell peels away from the cell wall, leaving gaps between the cell wall and the membrane and making the plant cell shrink and crumple. A continued decrease in pressure eventually leads to cytorrhysis – the complete collapse of the cell wall. Plants with cells in this condition wilt. After plasmolysis the gap between the cell wall and the cell membrane in a plant cell is filled with hypertonic solution. This is because as the solution surrounding the cell is hypertonic, exosmosis takes place and the space between the cell wall and cytoplasm is filled with solutes, as most of the water drains away and hence the concentration inside the cell becomes more hypertonic. There are some mechanisms in plants to prevent excess water loss in the same way as excess water gain. Plasmolysis can be reversed if the cell is placed in a hypotonic solution. Stomata help keep water in the plant so it does not dry out. Wax also keeps water in the plant. The equivalent process in animal cells is called crenation. The liquid content of the cell leaks out due to exosmosis. The cell collapses, and the cell membrane pulls away from the cell wall (in plants). Most animal cells consist of only a phospholipid bilayer (plasma membrane) and not a cell wall, therefore shrinking up under such conditions. Plasmolysis only occurs in extreme conditions and rarely occurs in nature. It is induced in the laboratory by immersing cells in strong saline or sugar (sucrose) solutions to cause exosmosis, often using Elodea plants or onion epidermal cells, which have colored cell sap so that the process is clearly visible. Methylene blue can be used to stain plant cells. Plasmolysis is mainly known as shrinking of cell membrane in hypertonic solution and great pressure. Plasmolysis can be of two types, either concave plasmolysis or convex plasmolysis. Convex plasmolysis is always irreversible while concave plasmolysis is usually reversible. During concave plasmolysis, the plasma membrane and the enclosed protoplast partially shrinks from the cell wall due to half spherical, inwarding curving pockets forming between the plasma membrane and the cell wall. During convex plasmolysis, the plasma membrane and the enclosed protoplast shrinks completely from the cell wall, with the plasma membrane's ends in a symmetrically, spherically curved pattern.