Rau tóp lại khi muối dưa vì nước trong tế bào rau đi xuyên qua màng tế bào ra phía ngoài, nơi nước muối đặc hơn. Nước luôn có xu hướng đi qua màng từ chỗ loãng sang chỗ đặc, hiện tượng này gọi là thẩm thấu. Tế bào mất nước thì xẹp, lá cải từ giòn căng thành mềm oặt.
Chào bạn, đây là Nhà Sinh Học. Màng tế bào mỏng tới mức kính hiển vi thường gần như không thấy, vậy mà nó quyết định cả chuyện bó rau héo, hũ dưa chua lẫn cơn khát sau bữa ăn mặn. Tập này mình mở vại dưa của bà ra để nói về nó.
Màng tế bào làm bằng gì?
Màng tế bào được dựng chủ yếu từ một lớp kép những phân tử chất béo đặc biệt. Mỗi phân tử có đầu ưa nước và đuôi sợ nước. Trong môi trường nước, chúng tự xếp thành hai hàng quay đuôi vào nhau, như hai hàng người đứng lưng tựa lưng.
Lớp kép này chặn phần lớn những thứ tan trong nước, như muối và đường, không cho đi qua tuỳ tiện. Xen giữa lớp chất béo là các protein làm cửa, làm kênh, làm máy bơm. Nhờ chúng, tế bào chọn được cái gì vào, cái gì ra.
Các nhà sinh học gọi màng là bán thấm, nghĩa là cho một số thứ qua và chặn những thứ khác. Nước đi qua được, một phần len giữa các phân tử chất béo, phần lớn đi qua những kênh protein chuyên dẫn nước.
Bạn có thể hình dung màng tế bào như hàng rào của một khu nhà có bảo vệ: khí và nước đi lại khá dễ, còn hàng hoá thì phải qua cổng có người kiểm.
Thẩm thấu xảy ra như thế nào?
Đặt hai dung dịch cách nhau bởi một màng chỉ cho nước qua, một bên nhạt và một bên mặn. Các phân tử nước chuyển động hỗn loạn và đi qua màng theo cả hai chiều, nhưng chiều từ bên nhạt sang bên mặn đông hơn. Kết quả là nước dồn về phía mặn.
Hiện tượng này không cần tế bào tốn năng lượng. Nó giống nước tự chảy xuống dốc. Còn khi tế bào muốn đẩy một chất đi ngược dốc, từ chỗ ít sang chỗ nhiều, nó phải dùng máy bơm protein và trả bằng năng lượng do ti thể tạo ra.
Một chiếc máy bơm nổi tiếng là bơm đẩy natri ra và kéo kali vào tế bào. Nó chạy liên tục trong mọi tế bào của bạn, ngốn một phần đáng kể năng lượng cơ thể lúc nghỉ ngơi, và là nền cho hoạt động của dây thần kinh.
Nói gọn: nước tự đi theo thẩm thấu, còn muối và nhiều chất khác thì phải được đưa đi.
Vại dưa của bà dưới góc nhìn tế bào
Khi rắc muối lên cải, bên ngoài tế bào rau bỗng mặn hơn bên trong rất nhiều. Nước trong không bào của từng tế bào đi ra, màng tế bào co lại tách khỏi vách. Lá cải mất độ căng, mềm ra và chảy nước, đó là thứ nước dưa đầu tiên bạn thấy dưới đáy vại.
Môi trường mặn ấy còn có tác dụng chọn lọc. Nhiều vi sinh vật gây thối không chịu được nước mặn, vì chính chúng cũng bị thẩm thấu rút nước. Còn nhóm vi khuẩn làm chua chịu mặn tốt hơn, nên được dịp sinh sôi và biến đường trong rau thành axit.
Đó là lý do người muối dưa có kinh nghiệm nêm muối vừa phải. Ít muối quá thì dưa dễ khú, nhớt. Nhiều muối quá thì vi khuẩn làm chua cũng chậm lại, dưa mặn chát mà lâu chua. Mỗi nhà một tay muối, nhưng nguyên lý thì chung.
Cá khô, thịt muối, mứt đường cũng dựa trên cùng một ý: làm môi trường đặc tới mức vi sinh vật bị rút nước, không sống nổi.
Rau héo ngâm nước lại tươi, uống nước biển lại khát
Chiều ngược lại cũng đúng. Bó rau muống để quá trưa héo rũ, ngâm vào chậu nước sạch một lúc thì cứng lại. Lúc này bên ngoài nhạt hơn bên trong, nước đi vào tế bào, không bào căng ra ép vào vách cứng. Lực căng đó gọi là sức trương nước, và chính nó giữ cho lá rau đứng thẳng.
Cây không có xương. Cái làm thân rau, lá cải giòn chính là hàng triệu tế bào căng nước tựa vào nhau. Mất nước là mất dáng ngay.
Với con người, thẩm thấu giải thích vì sao uống nước biển không giải khát. Nước biển mặn hơn dịch cơ thể, thận phải thải bớt muối và muốn vậy phải dùng thêm nước. Uống càng nhiều càng thiếu nước. Người gặp nạn trên biển được dặn tuyệt đối không uống nước biển là vì thế.
Ăn một bữa mặn rồi khát cũng là cơ chế gần giống: muối vào máu, cơ thể báo khát để kéo nồng độ về mức cũ.
Vì sao dịch truyền phải đúng nồng độ?
Hồng cầu không có vách cứng như tế bào rau. Nếu đặt hồng cầu vào nước cất, nước tràn vào mà không có gì giữ lại, tế bào trương lên và có thể vỡ. Đặt vào nước quá mặn, hồng cầu co lại nhăn nheo.
Vì thế dung dịch truyền vào tĩnh mạch được pha để có nồng độ tương đương dịch cơ thể, thường được gọi là đẳng trương. Loại nước muối sinh lý bán ở hiệu thuốc cũng được pha theo tinh thần đó. Việc chọn loại dịch nào, truyền bao nhiêu là quyết định của bác sĩ, không phải chuyện tự làm ở nhà.
Cũng từ nguyên lý này mà các phòng thí nghiệm luôn giữ tế bào trong dung dịch đệm đúng nồng độ. Một sai sót nhỏ trong pha dung dịch có thể làm hỏng cả mẻ tế bào nuôi.
Lần tới thấy bó rau héo trong tủ lạnh, bạn thử ngâm một nửa vào nước lạnh, một nửa để nguyên, rồi so sau nửa giờ. Bạn đang tự làm một thí nghiệm về thẩm thấu đấy.
Câu hỏi thường gặp
Rắc muối lên con đỉa thì sao?
Muối làm bên ngoài cơ thể đỉa đặc hơn bên trong, nước bị rút ra khiến đỉa co rúm và nhả ra. Cách này thường được dân gian dùng, nhưng chỗ đỉa cắn vẫn cần được rửa sạch và theo dõi.
Thẩm thấu khác khuếch tán thế nào?
Khuếch tán là mọi chất tự lan từ chỗ đặc sang chỗ loãng, như mùi nước hoa lan khắp phòng. Thẩm thấu là trường hợp riêng: nước đi qua một màng bán thấm về phía dung dịch đặc hơn.
Vì sao ngâm rau trong nước muối lâu lại làm rau héo?
Nếu nước muối đặc hơn dịch trong tế bào rau, nước sẽ bị rút ra khiến rau mềm đi. Muốn rửa rau thì nên dùng nước sạch, ngâm vừa đủ rồi xả lại.
Cá biển sống trong nước mặn mà không bị khô sao?
Cá biển liên tục mất nước vì thẩm thấu, nên chúng uống nước biển và có tế bào đặc biệt ở mang để thải muối thừa. Cá nước ngọt thì ngược lại, phải thải bớt nước và giữ muối.
Màng tế bào có bị phá hỏng được không?
Có. Xà phòng, cồn và nhiệt độ cao có thể làm rối lớp màng chất béo, đó là lý do rửa tay bằng xà phòng hay cồn diệt được nhiều vi khuẩn và một số loại virus có vỏ bọc.
