Isotonische Lösungen verstehen: Bedeutung in der Zellbiologie

In der biologischen Forschung sind isotonische Lösungen entscheidend für den Erfolg vieler Tests. Sie werden verwendet, um Proben zu verdünnen oder zu puffern, während Zellen und Organellen vor Schäden geschützt werden. Die Tonicität einer Lösung hängt von der Konzentration von Gelösten oder Teilchen ab, die in der Lösung gelöst sind. Diese Konzentration muss der Konzentration innerhalb der Zelle entsprechen, damit die Lösung isotonisch ist.

Was sind Isotone?

Die lateinische Wurzel „iso-“ bedeutet „gleich“. „Tonic“ bezieht sich auf den osmotischen Druck zwischen zwei Lösungen. Osmotischer Druck ist die Menge an Druck, die benötigt wird, um Osmose in eine Zelle zu verhindern, die vollständig von einer halbdurchlässigen Membran umgeben ist. Daher haben isotonische Lösungen gleichwertige osmotische Drücke und würden nicht ineinander fließen, wenn sie durch eine solche Membran getrennt wären. In Medizin und Biologie wird eine Lösung oft als isotonisch bezeichnet, wenn sie den gleichen osmotischen Druck wie eine typische menschliche Zelle hat.

Isotonische Lösungen

Die meisten gängigen isotonischen Lösungen haben die gleiche Menge an Gelösten – wie zum Beispiel Salz – wie Zellen oder Blut. Da die Lösungen die gleichen osmotischen Drücke wie die Zellen haben, haben sie keine Wirkung auf das Volumen der Zellen. Die Zellen nehmen weder Wasser oder Flüssigkeit auf noch verlieren sie sie, weil ihre Umgebung neutral ist und weder Flüssigkeit hinein- noch herausdrückt. Viele Sportgetränke sind isotonisch, entwickelt, um Flüssigkeiten und Elektrolyte zu ersetzen, ohne Zellen zu beschädigen.

Hypertonische Lösungen

Wenn eine Lösung hyperton ist, hat sie einen höheren osmotischen Druck als die Zellen oder Lösungen, mit denen sie verglichen wird. Wenn Zellen in hypertonen Lösungen platziert werden, verursacht die höhere Konzentration von Gelösten außerhalb der Zelle, dass die Zelle Flüssigkeit verliert, in einem Versuch, die Konzentration ihrer Umgebung auszugleichen. Dies lässt Zellen schrumpfen und schrumpeln, ein Phänomen, das als „Crenation“ bekannt ist. In Pflanzenzellen verursacht dies, dass sich die Zellmembran zurückzieht und sich von der stabileren Zellwand löst.

Hypotone Lösungen

Hypotone Lösungen haben niedrigere osmotische Drücke als das, mit dem sie verglichen werden. Daher haben sie eine niedrigere Konzentration von Salz oder Gelösten als die Zellen. Um die niedrigere Konzentration auszugleichen, nehmen die Zellen Flüssigkeit auf, um die Konzentration der Gelösten in sich selbst zu verdünnen. Dies lässt die Zellen expandieren, aber die Membranen können sich nur so weit ausdehnen. Nach einem bestimmten Punkt platzen die Membranen und die Zellen sterben. Dies wird als „osmotischer Schock“ bezeichnet.