Tonisitas

Tonisitas merupakan ukuran efektif gradien tekanan osmosis, seperti yang didefinisikan oleh potensi air dari dua larutan yang dipisahkan oleh membran semipermeabel. Dengan kata lain, tonisitas adalah konsentrasi relatif dari zat terlarut yang dilarutkan dalam larutan yang menentukan arah dan tingkat difusi. Hal ini umumnya digunakan ketika menggambarkan respon dari sel-sel yag direndam dalam larutan eksternal.

Tidak seperti tekanan osmotik, tonisitas hanya dipengaruhi oleh zat terlarut yang tidak dapat melewati membran, karena hanya ini yang mengerahkan efektif tekanan osmotik. Zat terlarut yang dapat bebas melintasi membran tidak mempengaruhi tonisitas karena mereka akan selalu berada dalam konsentrasi yang sama pada kedua sisi membran. Hal ini juga merupakan faktor yang mempengaruhi imbibisi.

Ada tiga klasifikasi tonisitas yang dimiliki satu larutan relatif terhadap yang lain: hipertonik, hipotonik, isotonik.^[1]

Hipertonisitas

Larutan hipertonik memiliki konsentrasi zat terlarut lebih besar daripada larutan yang lain. Dalam biologi, tonisitas larutan biasanya mengacu pada konsentrasi zat terlarut relatif terhadap larutan yang lain pada sisi membran sel yang berlawanan; larutan di luar sel disebut hipertonik jika memiliki konsentrasi zat terlarut yang lebih besar daripada sitosol di dalam sel. Ketika sel direndam dalam larutan hipertonik, tekanan osmotik cenderung mendorong air mengalir keluar dari dalam sel untuk menyeimbangkan konsentrasi zat terlarut pada kedua sisi membran sel. Sitosol sebaliknya dikategorikan sebagai hipotonik, kebalikan dari larutan luar.

Bila sel tumbuhan berada dalam larutan hipertonik, membran sel yang fleksibel menarik diri dari dinding sel yang kaku, tetapi tetap bergabung ke dinding sel pada titik-titik yang disebut plasmodesmata. Sel-sel yang sering mengambil pada penampilan dari sebuah bantalan, dan plasmodesmata hampir berhenti berfungsi karena mereka menjadi terbatas, kondisi yang dikenal sebagai plasmolysis. Dalam sel-sel tanaman persyaratan isotonik, hipotonik dan hipertonik tidak benar-benar dapat digunakan secara akurat karena tekanan yang diberikan oleh dinding sel secara signifikan mempengaruhi titik keseimbangan osmotik.

Beberapa organisme telah berevolusi dengan metode rumit untuk menghindari hipertonisitas. Misalnya, air asin adalah hipertonik untuk ikan yang hidup di dalamnya. Karena ikan membutuhkan luas permukaan yang besar dalam insang untuk berhubungan dengan air laut dalam pertukaran gas, mereka kehilangan air ke laut secara osmosis dari sel-sel insang. Mereka merespon kehilangannya dengan minum sejumlah besar air asin, dan secara aktif mengeluarkan kelebihan garam. Proses ini disebut osmoregulasi.

Hipotonisitas

Larutan hipotonik memiliki konsentrasi zat terlarut yang lebih daripada larutan lainnya. Dalam biologi, larutan di luar sel disebut hipotonik jika memiliki konsentrasi zat terlarut lebih rendah relatif terhadap sitosol. Karena tekanan osmotik, air berdifusi ke dalam sel, dan sel sering muncul bombastis, atau kembung. Untuk sel-sel tanpa dinding sel, seperti sel-sel hewan, jika gradien cukup besar, penyerapan kelebihan air dapat menghasilkan tekanan yang cukup untuk menyebabkan sitolisis, atau pecahnya sel. Bila sel tumbuhan berada dalam larutan yang hipotonik, sentral vakuola mengambil air tambahan dan mendorong membran sel ke dinding sel. Karena kekakuan dari dinding sel, ia mendorong kembali, mencegah sel agar tidak meledak. Ini disebut tekanan turgor.^[2]

Isotonisitas

Larutan dikatakan isotonik ketika konsentrasi osmol efektif sama seperti larutan yang lain. Dalam biologi, larutan di kedua sisi membran sel adalah isotonik jika konsentrasi zat terlarut di luar sel sama dengan konsentrasi zat terlarut di dalam sel. Dalam hal ini sel tidak membengkak atau menyusut karena tidak ada gradien konsentrasi untuk mendorong difusi air melintasi membran sel. Molekul air bebas berdifusi melalui membran plasma di kedua arah, dan karena laju difusi air adalah sama di setiap arah, sel tidak akan mendapatkan atau kehilangan air.

Laruta iso-osmolar dapat menjadi hipotonik jika zat terlarut dapat menembus membran sel. Misalnya, iso-osmolar urea larutan hipotonik ke sel-sel darah merah, menyebabkan lisis. Hal ini disebabkan urea memasuki sel menuruni gradien konsentrasi, diikuti oleh air. Dengan osmolaritas normal saline, 9 gram NaCl dilarutkan dalam air untuk total volume satu liter, merupakan perkiraan dekat ke osmolaritas NaCl dalam darah (sekitar 290 mOsm/L). Dengan demikian, normal saline hampir isotonik dengan plasma darah. Baik natrium atau ion klorida dapat dengan bebas melewati membran plasma, tidak seperti urea.