Bei der Osmose wandert Wasser durch eine Membran zur Seite mit mehr gelösten Teilchen. Hier lernst du Diffusion, Osmose und den Bau der Biomembran und erklärst damit, was mit Zellen in Salz- und Süsswasser passiert.
Bei der Osmose wandert Wasser durch eine Membran, die Wasser durchlässt, viele gelöste Stoffe aber nicht. Das Wasser strömt zur Seite mit mehr gelösten Teilchen. Am Schluss kannst du erklären, warum rote Blutzellen in reinem Wasser platzen.
Diffusion: Teilchen verteilen sich
Teilchen in Flüssigkeiten und Gasen bewegen sich ständig und zufällig. Darum färbt ein Tropfen Tinte ein Glas Wasser auch ohne Rühren.
Diese Ausbreitung heisst Diffusion. Im Ganzen wandern die Teilchen von hoher zu tiefer Konzentration, also von dort, wo viele sind, dorthin, wo wenige sind. Wärme macht Diffusion schneller.
MerkeBei der Diffusion wandern Teilchen von selbst von hoher zu tiefer Konzentration, bis sie gleichmässig verteilt sind.
Die Biomembran
Jede und viele umgibt eine Biomembran: eine Doppelschicht aus Fettteilchen, den Phospholipiden, mit eingelagerten Eiweissen.
Die Membran ist selektiv permeabel. Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid gehen direkt hindurch. Wasser geht langsam durch die Fettschicht, schnell durch Wasserkanäle. Zucker und Salze brauchen Eiweiss-Durchgänge.
MerkeSauerstoff gelangt direkt durch die Biomembran, Wasser vor allem durch Wasserkanäle, Zucker und Salzteilchen nur durch Eiweisse.
Osmose: Wasser folgt den gelösten Teilchen
Trennt eine Membran zwei Lösungen, kommt oft nur das Wasser hindurch. Es wandert zur Seite mit mehr gelösten Teilchen.
Diese Diffusion von Wasser heisst Osmose. Sie läuft, bis ein Gegendruck sie stoppt oder sich die Konzentrationen angeglichen haben. Ist auf einer Seite reines Wasser, stoppt sie nur der Gegendruck.
MerkeBei der Osmose wandert Wasser durch die Membran dorthin, wo mehr Teilchen gelöst sind.
Hypotonisch, isotonisch, hypertonisch
Man vergleicht die Lösung aussen mit dem Zellinneren.
hypotonisch: aussen weniger gelöst. Wasser strömt hinein, eine rote Blutzelle schwillt an und platzt.
isotonisch: gleich viel gelöst. Die Zelle bleibt, wie sie ist.
hypertonisch: aussen mehr gelöst. Wasser strömt hinaus, die Zelle schrumpft.
MerkeHyper heisst mehr, hypo heisst weniger, iso heisst gleich. Das Wasser fliesst immer zur hypertonischen Seite.
Salzgehalt in Prozent: reines Wasser 0, physiologische Kochsalzlösung 0.9 (isotonisch zum Blut), Meerwasser etwa 3.5.
Pflanzenzelle: Turgor und Plasmolyse
Eine Pflanzenzelle platzt in Wasser nicht, die hält dagegen. Die volle drückt das von innen an die Wand. Dieser Druck heisst Turgor und hält die Pflanze straff.
In einer hypertonischen Lösung verliert die Vakuole Wasser. Das Zellplasma löst sich von der Zellwand: Plasmolyse.
MerkeTurgor hält Pflanzen straff. Bei der Plasmolyse löst sich das Zellplasma von der Zellwand.
Passiver und aktiver Transport
Diffusion und Osmose sind passiver Transport: Die Teilchen wandern von selbst, die Zelle braucht keine Energie.
Manchmal muss eine Zelle Stoffe von tiefer zu hoher Konzentration bringen. Das heisst aktiver Transport. Eiweisse in der Membran pumpen die Teilchen und brauchen dafür Energie aus .
MerkeMit dem Gefälle läuft der Transport von selbst, gegen das Gefälle kostet er Energie.
Osmose, Diffusion und Biomembran auf einen Blick: die wichtigsten Regeln.
Häufige Fehler
✕Bei der Osmose wandern die Salzteilchen durch die Membran ins Wasser.
✓Die gelösten Teilchen kommen meist nicht durch die Membran. Das Wasser wandert, und zwar zur Seite mit mehr gelösten Teilchen.
✕Wasser fliesst von der konzentrierten Lösung zur verdünnten.
✓Umgekehrt: Wasser fliesst von der verdünnten zur konzentrierten Lösung, also dorthin, wo mehr Teilchen gelöst sind.
✕In einer isotonischen Lösung gehen keine Wasserteilchen mehr durch die Membran.
✓Wasserteilchen wandern weiter in beide Richtungen, aber gleich viele hinein wie hinaus. Im Ganzen ändert sich nichts.
✕Eine Pflanzenzelle in reinem Wasser platzt wie eine rote Blutzelle.
✓Die Zellwand hält dem Druck stand. Die Pflanzenzelle wird nur prall, der Turgor steigt.
Begriffe zum Nachschlagen
Diffusion
Teilchen verteilen sich durch ihre zufällige Bewegung von selbst, im Ganzen von hoher zu tiefer Konzentration.
Osmose
Diffusion von Wasser durch eine selektiv permeable Membran zur Seite mit mehr gelösten Teilchen.
Biomembran
Hülle um Zellen und Organellen: eine doppelte Schicht aus Phospholipiden mit eingelagerten Eiweissen.
selektiv permeabel
Lässt manche Stoffe durch und hält andere zurück. Semipermeabel heisst: nur Wasser kommt durch.
hypotonisch
Die Lösung aussen enthält weniger gelöste Teilchen als die Zelle. Wasser strömt hinein.
isotonisch
Aussen und innen sind gleich viele Teilchen gelöst. Im Ganzen fliesst kein Wasser.
hypertonisch
Die Lösung aussen enthält mehr gelöste Teilchen als die Zelle. Wasser strömt hinaus.
Turgor
Druck der vollen Vakuole gegen die Zellwand. Er hält Pflanzen straff.
Plasmolyse
Die Pflanzenzelle verliert Wasser, die Vakuole schrumpft, und das Zellplasma löst sich von der Zellwand.
aktiver Transport
Eiweisse der Membran pumpen Stoffe von tiefer zu hoher Konzentration. Das kostet Energie.
Du lässt einen Tropfen blaue Tinte vorsichtig in ein Glas mit Wasser fallen und lässt das Glas ruhig stehen. Was siehst du nach einigen Stunden? Und was ändert sich, wenn das Wasser warm ist?
Lösung Schritt für Schritt
Die Farbteilchen der Tinte und die Wasserteilchen bewegen sich ständig und zufällig in alle Richtungen.
Wo viele Farbteilchen sind, wandern mehr davon weg als hinzu. Im Ganzen breiten sie sich darum von hoher zu tiefer Konzentration aus.
Nach einigen Stunden ist das Wasser überall gleich hellblau. Die Teilchen bewegen sich weiter, aber die Verteilung bleibt gleich.
In warmem Wasser bewegen sich die Teilchen schneller. Die Diffusion geht schneller.
Die Tinte verteilt sich durch Diffusion von selbst im ganzen Glas. In warmem Wasser geht es schneller, weil sich die Teilchen schneller bewegen.
Beispiel 2Rote Blutzellen in drei Lösungen
Rote Blutzellen liegen in drei Reagenzgläsern: A in reinem Wasser, B in Kochsalzlösung mit 0.9 % Salz, C in Kochsalzlösung mit 5 % Salz. Was passiert mit den Zellen in jedem Glas?
Salzgehalt in Prozent: Glas A 0, Glas B 0.9, Glas C 5. Nur Glas B ist so konzentriert wie das Innere der Blutzelle.Lösung Schritt für Schritt
Vergleiche jede Lösung mit dem Inneren der Zelle. Kochsalzlösung mit 0.9 % ist so konzentriert wie das Blut, also isotonisch.
Glas A: Reines Wasser ist hypotonisch. Wasser strömt durch Osmose in die Zellen. Sie schwellen an und platzen, weil sie keine Zellwand haben.
Glas B: Die Lösung ist isotonisch. Gleich viel Wasser fliesst hinein wie hinaus, die Zellen bleiben unverändert.
Glas C: Die Lösung ist hypertonisch. Wasser strömt aus den Zellen, sie schrumpfen und werden runzelig.
A: Die Zellen platzen (hypotonisch). B: Sie bleiben gleich (isotonisch). C: Sie schrumpfen (hypertonisch).
Beispiel 3Salat in der Sauce
Nora aus St. Gallen macht zum Znacht einen Blattsalat und giesst gleich eine gesalzene Sauce darüber. Dann vergisst sie ihn eine Stunde lang. Nun sind die Blätter weich und schlapp, und unten in der Schüssel steht mehr Flüssigkeit als vorher. Was ist passiert?
Lösung Schritt für Schritt
In der Sauce ist viel Salz gelöst, mehr als im Zellsaft der Salatzellen. Die Sauce ist also hypertonisch.
Das Salz kommt kaum durch die , das Wasser schon. Durch Osmose strömt Wasser aus den Vakuolen nach aussen.
Die Vakuolen schrumpfen, der Turgor sinkt. Die Zellen drücken nicht mehr gegen ihre Wände, und das Blatt wird schlapp.
Das Wasser aus den Zellen sammelt sich unten in der Schüssel. Darum gibt man die Sauce erst kurz vor dem Essen dazu.
Die salzige Sauce ist hypertonisch. Durch Osmose verlieren die Salatzellen Wasser, der Turgor sinkt, und die Blätter werden schlapp.
Beispiel 4Gymnasium: Plasmolyse unter dem Mikroskop
Luca aus Chur legt im Biologiepraktikum ein Häutchen einer roten Zwiebel auf einen Objektträger und tropft konzentrierte Kochsalzlösung dazu. Nach einigen Minuten saugt er die Salzlösung mit Filterpapier ab und gibt reines Wasser dazu. Was sieht er im Mikroskop nacheinander?
Lösung Schritt für Schritt
Zuerst sieht er eckige Zellen mit roter Farbe. Der rote Farbstoff liegt im Zellsaft der Vakuole, die fast die ganze Zelle füllt.
Die Salzlösung ist hypertonisch. Wasser strömt aus der Vakuole, sie schrumpft, und ihr Rot wird dunkler.
Das Zellplasma mit der Zellmembran löst sich von der Zellwand: Plasmolyse. Den Raum zwischen Wand und Membran füllt die Salzlösung, denn die Zellwand lässt sie durch.
Mit reinem Wasser ist die Umgebung hypotonisch. Wasser strömt zurück, die Vakuole füllt sich, und das Zellplasma legt sich wieder an die Wand. Das heisst Deplasmolyse und zeigt, dass die Zellen noch leben.
Erst Plasmolyse: Die rote Vakuole schrumpft, das Zellplasma löst sich von der Zellwand. Im Wasser folgt die Deplasmolyse, die Zellen werden wieder prall.
Jetzt du
3Übungen mit Lösungen
Fang beim Einstieg an. Klapp die Lösung erst auf, wenn du selbst gerechnet hast. Steckst du fest, gibt Fox dir einen Tipp.
1
Was ist Diffusion? Erkläre in einem Satz.
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Ergebnis: Teilchen verteilen sich durch ihre zufällige Bewegung von selbst, im Ganzen von hoher zu tiefer Konzentration.
Teilchen in Flüssigkeiten und Gasen bewegen sich ständig und zufällig.
Dadurch breiten sie sich von dort, wo viele sind, dorthin aus, wo wenige sind.
2
In welche Richtung wandert das Wasser bei der Osmose?
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Ergebnis: Zur Seite mit mehr gelösten Teilchen, also zur konzentrierteren Lösung.
Die gelösten Teilchen kommen nicht durch die Membran, das Wasser schon.
Das Wasser wandert dorthin, wo mehr Teilchen gelöst sind.
3
Was bedeutet es, dass eine Membran selektiv permeabel ist?
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Ergebnis: Sie lässt manche Stoffe durch, andere hält sie zurück.
Die Biomembran lässt zum Beispiel Sauerstoff und Wasser durch, Zucker aber nicht ohne Hilfe.
4
In einer Lösung sind mehr Teilchen gelöst als im Inneren einer Zelle. Wie nennt man diese Lösung, und wohin fliesst das Wasser?
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Ergebnis: Hypertonisch. Das Wasser fliesst aus der Zelle hinaus.
Mehr gelöst als in der Zelle heisst hypertonisch.
Wasser wandert zur Seite mit mehr gelösten Teilchen, also aus der Zelle hinaus.
5
Warum braucht die Zelle für Diffusion und Osmose keine Energie?
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Ergebnis: Die Teilchen bewegen sich von selbst und wandern mit dem Gefälle von hoher zu tiefer Konzentration. Das ist passiver Transport.
Die Bewegung der Teilchen kommt von ihrer Wärme, nicht von der Zelle.
Mit dem Konzentrationsgefälle läuft der Transport von selbst ab, er ist passiv.
6
Ein Meeresfisch wie der Thunfisch hat im Körper weniger gelöste Teilchen als das Meerwasser um ihn herum. Verliert oder gewinnt er durch Osmose Wasser? Und was muss er darum tun?
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Ergebnis: Er verliert Wasser, denn das Meerwasser ist hypertonisch. Darum trinkt er Meerwasser und scheidet das Salz über die Kiemen wieder aus.
Im Meerwasser sind mehr Teilchen gelöst als im Fisch. Das Meerwasser ist hypertonisch.
Durch Osmose strömt Wasser aus dem Fisch, vor allem über die dünne Haut der Kiemen.
Den Verlust gleicht er aus: Er trinkt Meerwasser und gibt das überschüssige Salz über die Kiemen ab.
7
Warum bekommt man im Spital Infusionen mit 0.9 % Kochsalzlösung und nicht mit reinem Wasser?
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Ergebnis: Die 0.9-%-Lösung ist isotonisch zum Blut, die Blutzellen bleiben heil. Reines Wasser würde die roten Blutzellen platzen lassen.
Kochsalzlösung mit 0.9 % hat gleich viele gelöste Teilchen wie das Blut, sie ist isotonisch.
Im Ganzen fliesst darum kein Wasser in die Blutzellen oder aus ihnen heraus.
Reines Wasser wäre hypotonisch: Die roten Blutzellen würden Wasser aufnehmen und platzen.
8
Du bestreust Gurkenscheiben mit Salz. Nach zwanzig Minuten steht Wasser auf dem Teller. Erkläre.
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Ergebnis: Das Salz auf der Gurke bildet eine hypertonische Lösung. Durch Osmose strömt Wasser aus den Gurkenzellen.
Das Salz löst sich in der Feuchtigkeit auf der Gurke. Dort sind nun mehr Teilchen gelöst als in den Zellen.
Wasser wandert durch Osmose aus den Zellen zur salzigen Seite.
Das Wasser sammelt sich auf dem Teller, die Scheiben werden weich.
9
Eine Pflanzenzelle liegt in reinem Wasser. Warum platzt sie nicht?
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Ergebnis: Die feste Zellwand hält dagegen. Die Zelle wird prall, der Turgor steigt, bis kein Wasser mehr nachströmt.
Wasser strömt in die Vakuole, sie wird grösser.
Die Vakuole drückt das Zellplasma gegen die Zellwand, das ist der Turgor.
Die Zellwand gibt nicht nach. Ihr Gegendruck stoppt den Wassereinstrom.
10
Welche dieser Stoffe gelangen direkt durch die Doppelschicht der Biomembran, welche brauchen ein Eiweiss als Durchgang? Sauerstoff, Traubenzucker, Kohlenstoffdioxid, Salzteilchen.
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Ergebnis: Direkt: Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid. Mit einem Eiweiss: Traubenzucker und Salzteilchen.
Kleine, ungeladene Teilchen wie Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid gelangen direkt durch die Fettschicht.
Traubenzucker ist zu gross, Salzteilchen sind elektrisch geladen.
Beide brauchen Durchgänge aus Eiweiss.
11
Reife Kirschen platzen oft, wenn es kurz vor der Ernte lange regnet. Erkläre mit der Osmose.
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Ergebnis: Im Fruchtfleisch ist viel Zucker gelöst. Das Regenwasser auf der Haut ist hypotonisch, Wasser strömt in die Kirsche, sie schwillt an und die Haut reisst.
Reife Kirschen enthalten viel gelösten Zucker, das Regenwasser fast nichts.
Durch Osmose wandert Wasser durch die Haut in die Frucht.
Das Fruchtfleisch dehnt sich, bis die Haut dem Druck nicht mehr standhält und reisst.
12
Pantoffeltierchen leben im Süsswasser und haben eine pulsierende Vakuole, die immer wieder Wasser nach aussen pumpt. Wozu brauchen sie diese?
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Ergebnis: Das Süsswasser ist hypotonisch, darum strömt laufend Wasser in die Zelle. Die pulsierende Vakuole pumpt es hinaus, sonst würde das Pantoffeltierchen platzen.
Im Zellinneren sind mehr Teilchen gelöst als im Teichwasser.
Durch Osmose strömt darum ständig Wasser in die Zelle.
Das Pantoffeltierchen hat keine feste Zellwand. Die pulsierende Vakuole pumpt das Wasser unter Energieaufwand hinaus.
13
Im Winter gelangt Streusalz in den Boden am Strassenrand. Warum leiden die Bäume dort oft unter Wassermangel, obwohl der Boden nass ist?
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Ergebnis: Das salzige Bodenwasser ist hypertonisch. Die Wurzeln können kaum Wasser aufnehmen und verlieren sogar Wasser.
Wurzeln nehmen Wasser durch Osmose auf, solange im Boden weniger gelöst ist als in ihren Zellen.
Mit Streusalz sind im Bodenwasser mehr Teilchen gelöst als in den Wurzelzellen.
Das Wasser strömt nun nicht mehr in die Wurzel, sondern eher hinaus. Der Baum leidet trotz nassem Boden an Wassermangel.
14
In einem U-Rohr trennt eine semipermeable Membran zwei Hälften: links Zuckerlösung, rechts reines Wasser, beide gleich hoch. Welcher Flüssigkeitsspiegel steigt? Und warum steigt er nicht endlos?
Lösung zeigen
Ergebnis: Der linke Spiegel steigt. Er hört auf zu steigen, wenn der Druck der höheren Wassersäule die Osmose ausgleicht.
Nur Wasser kommt durch die Membran. Es wandert zur Zuckerlösung, also nach links.
Links steigt der Spiegel, rechts sinkt er.
Die höhere Säule links drückt Wasser zurück. Sind Druck und Osmose gleich stark, bleibt der Spiegel stehen.
15
Wurzelzellen nehmen Mineralstoffe aus dem Boden auf, obwohl im Bodenwasser weniger davon gelöst ist als in der Zelle. Welche Transportart ist das, und was braucht die Zelle dafür?
Lösung zeigen
Ergebnis: Aktiver Transport. Die Zelle braucht Transport-Eiweisse in der Membran und Energie aus ATP.
Die Mineralstoffe wandern von tiefer zu hoher Konzentration, also gegen das Gefälle.
Von selbst geht das nicht, Diffusion würde sie in die Gegenrichtung tragen.
Eiweisse in der Membran pumpen sie hinein und brauchen dafür Energie aus ATP.
Bringt dein Kind Diffusion und Osmose durcheinander oder weiss nicht, wohin das Wasser fliesst, übt eine Lehrperson den Stoff mit ihm Schritt für Schritt.Biologie-Nachhilfe für das Gymnasium
Üben ohne Ende
4Trainer: Osmose und Diffusion
So funktioniert der Trainer
Immer neue Fragen zum Anklicken, mit kurzer Erklärung nach jeder Antwort. Stufe 1 übt Diffusion und Osmose, Stufe 2 Zellen in verschiedenen Lösungen, Stufe 3 die Biomembran und den Transport.
Wie verändert Wärme die Diffusion?
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Im 1. oder 2. Jahr am Gymnasium in der Zellbiologie, oft mit einem Praktikum zur Plasmolyse an der roten Zwiebel. Diffusion kennen viele schon aus Natur und Technik der Sek.
Gut zu wissen
Häufige Fragen
Was ist der Unterschied zwischen Diffusion und Osmose?
Diffusion ist die Ausbreitung beliebiger Teilchen von hoher zu tiefer Konzentration, auch ohne Membran. Osmose ist ein Sonderfall: Wasser wandert durch eine selektiv permeable Membran zur Seite mit mehr gelösten Teilchen.
Warum platzen rote Blutzellen in Wasser, Pflanzenzellen aber nicht?
Beide nehmen in reinem Wasser durch Osmose Wasser auf. Die rote Blutzelle hat nur eine dünne Zellmembran und platzt. Die Pflanzenzelle hat eine feste Zellwand, die dem Druck standhält; sie wird nur prall.
In welcher Klasse lernt man Osmose?
Meist im 1. oder 2. Jahr am Gymnasium in der Zellbiologie, oft mit einem Praktikum an der roten Zwiebel. Diffusion kommt oft schon in der Sek in Natur und Technik. Je nach Kanton und Schule kann es früher oder später sein.
Braucht Osmose Energie?
Nein. Osmose und Diffusion sind passiver Transport: Die Teilchen wandern von selbst mit dem Konzentrationsgefälle. Energie aus ATP braucht nur der aktive Transport gegen das Gefälle.
Begriff
Organell
Teil einer Zelle mit einer bestimmten Aufgabe, so wie ein Organ im Körper.
BeispielZellkern, Mitochondrien und Chloroplasten sind Organellen.