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 более низкому внешнему осмотическому давлению и чистому потоку воды в клетку. Наблюдая за плазмолизом и деплазмолизом, можно определить тоничность среды клетки, а также скорость, с которой молекулы растворенного вещества пересекают клеточную мембрану .
Термин плазмолиз происходит от латинского слова «plasma», означающего «матрица», и греческого слова «lysis», означающего «разрыхление».
Растительная клетка в гипотоническом растворе будет поглощать воду путем эндосмоса , так что увеличенный объем воды в клетке увеличит давление, заставляя протоплазму давить на клеточную стенку , состояние, известное как тургор . Тургор заставляет растительные клетки давить друг на друга таким же образом и является основным методом поддержки в недревесной растительной ткани. Стенки растительных клеток сопротивляются дальнейшему поступлению воды после определенной точки, известной как полный тургор, который не дает растительным клеткам лопаться, как это делают животные клетки в тех же условиях. Это также является причиной того, что растения стоят вертикально. Без жесткости растительных клеток растение упало бы под собственным весом. Давление тургора позволяет растениям оставаться твердыми и прямыми, а растения без давления тургора (известные как вялые) увядают. Давление тургора клетки начнет снижаться только тогда, когда вокруг нее нет воздушных пространств, и в конечном итоге приводит к большему осмотическому давлению, чем у клетки. [1] Вакуоли играют роль в тургорном давлении, когда вода покидает клетку из-за гиперосмотических растворов, содержащих растворенные вещества, такие как маннит , сорбит и сахароза . [2]
Если поместить растительную клетку в гипертонический раствор, она теряет воду и, следовательно, тургорное давление за счет плазмолиза: давление уменьшается до точки, где протоплазма клетки отслаивается от клеточной стенки, оставляя зазоры между клеточной стенкой и мембраной, заставляя растительную клетку сжиматься и сминаться. Продолжающееся снижение давления в конечном итоге приводит к циторизу — полному разрушению клеточной стенки. Растения с клетками в таком состоянии увядают. После плазмолиза зазор между клеточной стенкой и клеточной мембраной в растительной клетке заполняется гипертоническим раствором. Это происходит потому, что, поскольку раствор, окружающий клетку, является гипертоническим, происходит экзосмос , и пространство между клеточной стенкой и цитоплазмой заполняется растворенными веществами, поскольку большая часть воды стекает, и, следовательно, концентрация внутри клетки становится более гипертонической. У растений есть некоторые механизмы, предотвращающие избыточную потерю воды таким же образом, как и избыточный приток воды. Плазмолиз можно обратить вспять, если поместить клетку в гипотонический раствор. Устьица закрываются, чтобы удерживать воду в растении и не допускать его высыхания. Воск также удерживает воду в растении. Эквивалентный процесс в клетках животных называется зазубриванием .
Жидкое содержимое клетки вытекает из-за экзосмоса. Клетка разрушается, и клеточная мембрана отрывается от клеточной стенки (у растений). Большинство животных клеток состоят только из фосфолипидного бислоя ( плазматической мембраны ) и не имеют клеточной стенки, поэтому сжимаются в таких условиях.
Плазмолиз происходит только в экстремальных условиях и редко встречается в природе. Он вызывается в лаборатории путем погружения клеток в крепкие солевые или сахарные растворы (сахарозы), чтобы вызвать экзосмос , часто с использованием растений Элодея или эпидермальных клеток лука , которые имеют окрашенный клеточный сок, так что процесс хорошо виден. Метиленовый синий можно использовать для окрашивания растительных клеток.
Плазмолиз в основном известен как сокращение клеточной мембраны в гипертоническом растворе и под высоким давлением.
Плазмолиз может быть двух типов: вогнутый плазмолиз или выпуклый плазмолиз. Выпуклый плазмолиз всегда необратим, тогда как вогнутый плазмолиз обычно обратим. [2] Во время вогнутого плазмолиза плазматическая мембрана и заключенный в нее протопласт частично сжимаются от клеточной стенки из-за полусферических, изогнутых внутрь карманов, образующихся между плазматической мембраной и клеточной стенкой. Во время выпуклого плазмолиза плазматическая мембрана и заключенный в нее протопласт полностью сжимаются от клеточной стенки, при этом концы плазматической мембраны образуют симметрично сферически изогнутую структуру. [2]