Транспорт воды и поддержание клеточного объёма

По определению, сама по себе полупроницаемая мембрана (а ею и является биологическая мембрана) не проницаема для воды. Более того, трансмембранный перенос воды — всегда пассивный процесс (через водные аквапориновые каналы как раз и происходит простая диффузия воды, но никаких специальных насосов для активного транспорта воды не обнаружено), осуществляемый через трансмембранные поры и каналы в составе других переносчиков и насосов. Тем не менее распределение воды между клеточными компартментами, цитозолем и органоидами клетки, между клеткой и интерстициальной жидкостью и её транспорт через биологические мембраны имеет огромное значение для гомеостаза клеток (в том числе для регулирования их объёма). Поток воды через биологические мембраны (осмос) определяет разность осмотического и гидростатического давлений по обе стороны мембраны.

· Осмос — поток воды через полупроницаемую мембрану из компартмента с меньшей концентрацией растворённых в воде веществ в компартмент с большей их концентрацией. Другими словами, вода перетекает оттуда, где её химический потенциал (Dm_вода) выше, туда, где её химический потенциал ниже, так как наличие растворённых в воде веществ уменьшает химический потенциал воды.

Химический потенциал воды (Dm_вода) зависит от разности концентрации воды по обе стороны мембраны.

· Осмотическое давление (рис. 2–13) определяют как давление раствора, прекращающее его разведение водой через полупроницаемую мембрану. Численно осмотическое давление при равновесном состоянии (вода перестала проникать через полупроницаемую мембрану) равно гидростатическому давлению.

Рис. 2–13. Осмотическое давление[4]. Полупроницаемая мембрана разделяет отсеки А (раствор) и Б (вода). Осмотическое давление раствора измеряют в отсеке А. На раствор в отсеке А действует гидростатическое давление. При равенстве осмотического и гидростатического давлений устанавливается равновесие (вода не проникает через полупроницаемую мембрану). Осмотическое давление (p) описывает уравнение вант Хоффа.

Осмотическое давление (p) зависит от количества частиц в растворе (в частности, следует учитывать ионизацию вещества в растворе; так, примерно одинаковое осмотическое давление имеют 1 М раствор глюкозы, 0,5 М раствор NaCl и 0,33 M раствор CaCl₂. В общем виде осмотическое давление описывает уравнение вант Хоффа: