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Hypotone Lösung
n., Plural: hypotone Lösungen
Definition: Eine Lösung, die weniger gelöste Stoffe enthält als eine andere Lösung, mit der sie verglichen wird

Hypotone Lösung Definition

Was ist eine hypotone Lösung? Es bezieht sich auf eine Lösung, die eine geringere Menge an gelösten Stoffen im Vergleich zu der gelösten Konzentration in der anderen Lösung durch eine semipermeable Membran enthält.

Hier ist es wichtig zu verstehen, was eine „Lösung“ in der Wissenschaft bedeutet. Eine Lösung wird in der Wissenschaft als ein homogenes System bezeichnet, das aus zwei oder mehr Bestandteilen besteht. Die Bestandteile, die gelöst werden, werden als „gelöste Stoffe“ bezeichnet, und der andere Bestandteil, der den gelösten Stoff löst, wird als Lösungsmittel bezeichnet.

Hypotonie ist ein relativer Begriff, bei dem die Eigenschaft der Lösung relativ zu einer anderen Lösung definiert wird. In der Biologie ist die Vergleichslösung in den meisten Fällen die zytosolische Flüssigkeit oder die Flüssigkeit, die sich im Inneren einer Zelle befindet. So würde in der Biologie eine Lösung als hypoton definiert werden, wenn sie eine geringere Menge an gelösten Stoffen enthält als das Zytosol einer Zelle. Die Zellmembran ist die semipermeable Membran. Was passiert also mit einer Zelle, die einer hypotonen Umgebung ausgesetzt ist? Wird eine Zelle in einer hypotonischen Lösung schrumpfen? …oder wird sie anschwellen? Eine Zelle, die einer hypotonischen Umgebung ausgesetzt ist, wird einen Einstrom von Wasser haben, und als Folge davon kommt es zu einer Schwellung der Zelle.

Tonizität

Um ein tieferes Verständnis dieses Konzepts zu haben, müssen wir das Konzept der Tonizität verstehen. Grundsätzlich ist die Tonizität ein relativer Verhaltensbegriff, bei dem die Menge der nicht durchdringenden gelösten Stoffe das Verhalten oder die Bewegung der Lösungsmittelmoleküle durch eine semipermeable Membran bestimmt. Es ist sehr wichtig zu verstehen, dass diese Eigenschaft nur von den nicht durchdringenden gelösten Stoffen und nicht von der Menge der gesamten gelösten Stoffe bestimmt wird. Mit dieser Klarheit des Konzepts der Tonizität können wir nun drei verschiedene Arten von Lösungen verstehen, d.h. hypoton, hyperton und isoton.

Hypertonizität

Die Vorsilbe des Wortes Tonizität ist „hyper“, was „mehr“ oder „Überschuss“ bedeutet. Es handelt sich also um eine Lösung, die im Vergleich zur anderen Lösung über eine semipermeable Membran eine höhere Menge der nicht durchdringenden gelösten Stoffe enthält. Betrachten Sie eine Zelle, die sich in einer hypertonen Lösung befindet. In einer hypertonen Umgebung wäre die Menge der nicht durchdringenden gelösten Stoffe in der Lösung außerhalb des Zytosols höher als die zytosolische Konzentration. Infolge dieses Konzentrationsunterschieds entsteht ein osmotischer Gradient über die semipermeable Membran. Dies führt zum Efflux („Ausfließen“) des Lösungsmittels und damit zur Schrumpfung der Zelle.

Isotonie

Die Vorsilbe des Wortes „Tonizität“ ist hier „iso“, was „das Gleiche“ bedeutet. Wenn also die beiden Lösungen durch eine semipermeable Membran die gleiche Menge an nicht durchdringenden gelösten Stoffen enthalten, nennt man sie isotonisch. In einem solchen Szenario wird eine Zelle aufgrund des Fehlens eines osmotischen Gradienten weder schrumpfen noch quellen, da es keine Nettobewegung der Lösungsmittelmoleküle gibt. In Bezug auf Blutserum wird jede Lösung mit einer Tonizität im Bereich von 280 – 300 mOsm/Liter als isotonisch mit Blut bezeichnet. 0,9 %iges Natriumchlorid ist das klassische Beispiel für eine isotonische Lösung.

Hypotonie

Die Vorsilbe zur Tonizität (was so viel bedeutet wie „drücken“ oder „schieben“) ist „hypo“, was „niedrig“ bedeutet. In der Biologie wird hypoton als Lösung definiert, die eine geringe Menge oder Konzentration der nicht durchdringenden gelösten Stoffe im Vergleich zur anderen Lösung durch eine semipermeable Membran aufweist. Wenn also eine Zelle in eine hypotonische Lösung gebracht wird, in der die Menge der nicht durchdringenden gelösten Stoffe in der Lösung geringer ist und die Wasserkonzentration höher ist als die im Zytosol vorhandene. Als Ergebnis der hypotonischen Umgebung wird ein osmotischer Gradient erzeugt, der die Bewegung des Lösungsmittels oder Wassers in die Zelle zur Folge hat, was zur Schwellung der Zelle führt. Eine Zelle, die sich in einer hypotonen Lösung befindet, wird also anschwellen und schließlich lysieren. Aber was bedeutet Lysis?

Abbildung 1: Unterschied im Verhalten von tierischen und pflanzlichen Zellen in hypotonen, isotonen und hypertonen Bedingungen.

„Lyse“ ist definiert als die Zerstörung der Zellmembran, die durch einen osmotischen Gradienten, Viren oder Enzyme ausgelöst werden kann. Lysis‘ ist der Prozess der Aktivität zu lysieren. Lyse‘ ist definiert als der Zerfall von großen Partikeln in kleinere Partikel. Somit werden diese Agenzien als lytisch bezeichnet, die zu einer vollständigen Zerstörung der Zellmembran führen können, was den Zelltod zur Folge hat.

Dabei ist es wichtig, Klarheit zwischen den ähnlichen Begriffen zu haben: Plasmolyse und Zytolyse. Plasmolyse ist die Schrumpfung der Zelle, wenn sie in eine hypertone Umgebung gebracht wird, aufgrund des Ausflusses des Wassers aus den Zellen. In tierischen Zellen schrumpft die Zelle aufgrund des Fehlens einer Zellwand. Bei pflanzlichen Zellen führt der Wasseraustritt aus der Zelle jedoch zum Abreißen der Zellmembran von der Zellwand und zur Bildung von Lücken oder Taschen zwischen der Zellwand und der Zellmembran. Die Zytolyse wird beobachtet, wenn eine Zelle in eine hypotone Lösung gebracht wird. Aufgrund des osmotischen Gradienten wandern die Wassermoleküle in die Zelle, was zu einer Schwellung der Zelle führt, die schließlich platzt und lysiert. Die Zytolyse wird nur bei tierischen Zellen und Protozoen beobachtet. Je nach Zelle kann die Zelllyse als „Hämolyse“ (Lyse der roten Blutkörperchen), „Onkolyse“ (Lyse von Krebszellen) usw. bezeichnet werden.

Das Vorhandensein einer Zellwand und von Vakuolen schützt die Pflanzenzelle vor der Zytolyse. Die Vakuolen nehmen das überschüssige Wasser auf und drücken die Zellmembran gegen die Zellwand, die ihrerseits einen als Turgordruck bezeichneten Gegenschub ausübt. Somit sind Plasmolyse und Zytolyse zwei entgegengesetzte Zustände, die in hypertonischen bzw. hypotonischen Bedingungen auftreten.

Schauen Sie sich das folgende Video an, um die bildliche Darstellung des Schicksals einer Zelle in hypertonischen vs. hypotonischen Lösungen zu verstehen.

Beispiele für hypotone Lösungen

In der Biologie werden hypotone Lösungen in Bezug auf das Blutserum klassifiziert. In Bezug auf Blutserum werden Lösungen mit einer Osmolarität von weniger als 280 mOsm/Liter als hypotonische Lösungen bezeichnet. Hypotone Kochsalzlösung d.h., 0,45 % Natriumchlorid oder 0,25 % Natriumchlorid mit oder ohne Dextrose, 2,5 %ige Dextroselösung usw. sind einige der Beispiele für hypotone Lösungen, die in Bezug auf das Blutserum hypoton sind und als hypotone intravenöse Lösungen verwendet werden.

Ist Wasser eine hypotone Lösung?

Wasser ist das archetypische Beispiel für eine hypotone Lösung. Obwohl dies wiederum subjektiv von der zu vergleichenden Lösung abhängt. Wasser ist ein Lösungsmittel und gereinigtes destilliertes Wasser wird immer hypoton sein im Vergleich zu einer wässrigen Lösung eines gelösten Stoffes, die eine beliebige Menge des gelösten Stoffes enthält. Gereinigtes destilliertes Wasser ist frei von jeglicher Substanz und wird daher im Vergleich zu jeder wässrigen Lösung eines gelösten Stoffes als hypoton betrachtet.

Biologische Bedeutung von hypotonen Lösungen

Tonizität ist für die Aufrechterhaltung von Lebensprozessen unerlässlich. Protisten, wie Paramecien und Amöben, sind in der Lage, die starre Struktur aufgrund der Tonizitätsregulierung beizubehalten, obwohl sie weder ein Zytoskelett noch eine Zellwand besitzen. Diese Protisten leben in der Regel in einer hypotonen Umgebung, so dass ein ständiger Wassereinstrom stattfindet. Um die Zellstruktur aufrechtzuerhalten und die Zelllyse zu verhindern, haben diese Protisten ein spezialisiertes Organ, das als kontraktile Vakuolen bekannt ist und die Funktion hat, einen Überschuss an Wasser aus der Zelle zu akkumulieren und dieses überschüssige Wasser schließlich auszuscheiden.

In einer hypotonen Umgebung führt der kontinuierliche Einstrom von Wasser zur Erzeugung von Turgordruck in Pflanzenzellen. Die Pflanzen nutzen diesen Turgordruck, um ihrer Struktur Struktur und Steifigkeit zu verleihen.

Pilze (wie Pilze) und Pflanzen regulieren ihre Umgebung, um hypotone Bedingungen in ihrer Zelle aufrechtzuerhalten. Durch das hypotone Milieu wird durch den Zufluss von Wasser ein Turgordruck erzeugt. Dadurch bleiben die Zellen in aufrechtem Zustand und behalten die Steifigkeit ihrer Struktur bei.

Diesen Druck nutzen die Pflanzen auch für den Wassertransport im gesamten Pflanzenkörper, d.h. von den Wurzeln bis zum obersten Stängel der Pflanzen. Wenn Pflanzen also lange Zeit nicht gegossen werden, entsteht um sie herum ein hypertones Milieu und sie verlieren den Turgordruck, was zu einem welken Aussehen führt.

Bei der Wiederbewässerung solcher Pflanzen wird der Turgordruck regeneriert und die Pflanzen gewinnen ihre Form und Struktur zurück. Sumpfgebiete und Mangroven haben aufgrund des hohen Salzgehaltes ein stark hypertones Milieu. Eine normale Pflanze wird unter solchen extremen hypertonischen Bedingungen verwelken. Pflanzen in Sumpfgebieten und Mangroven haben sich jedoch so angepasst, dass sie in ihren Wurzelzellen einen hypertonen zytosolischen Zustand erzeugen. Eine daraus resultierende hypotone äußere Umgebung um die Wurzeln hilft diesen Pflanzen, Wasser aus der Umgebung aufzunehmen.

Lesen Sie: Pflanzliche Wasserregulation (Tutorial)

Auch alle Wassertiere, die im Meer- oder Süßwasser leben, sind in der Lage, die Wirkung der Osmose durch einen Mechanismus zu kontrollieren, der als Osmoregulation bezeichnet wird. Aufgrund dieser Osmoregulation ist der Salzgehalt im Wasser entscheidend für das aquatische Leben in jedem Gewässer. Meeresschildkröten haben sich angepasst, um mit Hilfe von Salzdrüsen ein hypertones internes Milieu zu schaffen. Infolge der hypertonen inneren Umgebung wird die äußere Umgebung für sie relativ hypoton und hilft so diesen Meerestieren, auch in der stark hypertonen Umgebung zu überleben.

Lesen Sie: Tierische Wasserregulation (Tutorial)

Tonizität und der osmotische Gradient sind der Grund, warum Süßwasserfische im Meerwasser nicht überleben können und umgekehrt. Süßwasser ist eines der Beispiele für eine hypotone Lösung. So haben die Zellen der Süßwasserfische eine höhere Salzkonzentration als das sie umgebende Fluss- oder Seewasser. Diese Fische haben sich angepasst und ein System entwickelt, um das überschüssige Wasser kontinuierlich aus ihrem Körper zu spülen. Wenn Süßwasserfische jedoch Meerwasser ausgesetzt werden, würden die Zellen der Süßwasserfische im Vergleich zu der externen hypertonischen Umgebung hypoton sein. Unter solchen Bedingungen kommt es zu einem Entzug von Wasser aus ihrem Körper, der sie schließlich dehydrieren und zum Tod führen würde. Daher haben Schwankungen im Salzgehalt des Wassers drastische Auswirkungen auf die Fischpopulation in jedem Gewässer.

Medizinisch gesehen führt der Verlust der überschüssigen Natriummenge im Vergleich zum Wasserverlust zu einer verringerten Serumosmolarität, was zu einem Zustand führt, der als hypotone Dehydratation (oder Hyponatriämie) bekannt ist. Die verringerte Serumosmolarität führt zu einem Einstrom von Wasser aus dem Extrazellulärraum in den Intrazellulärraum, was zu einer Zellschwellung und einem Ödem führt. Dieses Natriumungleichgewicht führt zur Manifestation von neurologischen Symptomen wie Übelkeit, Kopfschmerzen, Verwirrung, Bewusstlosigkeit, Schwäche oder Verschwinden des Sehnenreflexes, Stupor und Lethargie, was schließlich zum Koma und Tod führt. Es ist wichtig zu verstehen, dass es sich bei der hypotonen Dehydratation eigentlich um eine zelluläre Schwellung und ein Ödem aufgrund einer übermäßigen Wassereinlagerung handelt. Dieser Zustand kann durch übermäßigen Flüssigkeitsverlust aufgrund von Wunden oder Verbrennungen, chronischem Durchfall, Morbus Addison, renaler tubulärer Azidose, chronischer Verwendung von intravenöser hypotoner Flüssigkeit oder normaler Kochsalzlösung bei Patienten, Mukoviszidose und chronischer Verwendung von Diuretika auftreten. Die Behandlung der hypotonen Dehydratation wird in der Regel mit 3%iger hypertoner Kochsalzlösung oder 0,9%iger isotoner Kochsalzlösung (je nach Chronizität der Erkrankung) zusammen mit einer kontinuierlichen Überwachung des Serumnatriumspiegels eingeleitet, um eine Myelinolyse zu verhindern.

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