Definicja i wyjaśnienie osmoregulacji

Osmoregulacja to aktywna regulacja ciśnienia osmotycznego w celu utrzymania równowagi Z wody i elektrolity w organizmie. Kontrola ciśnienie osmotyczne jest potrzebny do przeprowadzenia reakcji biochemicznych i zachowania homeostaza.

Osmoza to ruch cząsteczek rozpuszczalnika przez półprzepuszczalną membranę do obszaru o wyższym koncentracja substancji rozpuszczonej. Ciśnienie osmotyczne to ciśnienie zewnętrzne potrzebne do zapobiegania rozpuszczalnik od przejścia przez błonę. Ciśnienie osmotyczne zależy od stężenia cząstek substancji rozpuszczonej. W organizmie rozpuszczalnikiem jest woda, a cząstki rozpuszczone to głównie rozpuszczone sole i inne jony, ponieważ większe cząsteczki (białka i polisacharydy) oraz niepolarne lub hydrofobowe cząsteczki (rozpuszczone gazy, lipidy) nie przechodzą przez półprzepuszczalne membrana. Aby utrzymać równowagę wodno-elektrolitową, organizmy wydzielają nadmiar wody, rozpuszczają cząsteczki i odpady.

Istnieją dwie strategie osmoregulacji - zgodne i regulujące.

Osmoconformery wykorzystują procesy aktywne lub pasywne, aby dopasować swoje wewnętrzne osmolarność do środowiska. Jest to powszechnie widoczne w bezkręgowcach morskich, które mają w sobie to samo wewnętrzne ciśnienie osmotyczne ich komórki jako woda zewnętrzna, nawet jeśli skład chemiczny substancji rozpuszczonych może być różne.

Osmoregulatory kontrolują wewnętrzne ciśnienie osmotyczne, dzięki czemu warunki są utrzymywane w ściśle regulowanym zakresie. Wiele zwierząt to osmoregulatory, w tym kręgowce (jak ludzie).

Bakteria - Gdy osmolarność wzrasta wokół bakterii, mogą wykorzystywać mechanizmy transportowe do absorpcji elektrolitów lub małych cząsteczek organicznych. Stres osmotyczny aktywuje geny w niektórych bakteriach, które prowadzą do syntezy cząsteczek osmoprotektantów.

Pierwotniaki - Protisty użyj kurczliwych wakuoli do transportu amoniaku i innych odpadów wydalniczych z cytoplazmy do błony komórkowej, gdzie wakuola otwiera się do środowiska. Ciśnienie osmotyczne zmusza wodę do cytoplazmy, a dyfuzja i aktywny transport kontrolują przepływ wody i elektrolitów.

Rośliny - Wyższe rośliny używają aparatów szparkowych na spodzie liści do kontrolowania utraty wody. Komórki roślinne wykorzystują wakuole do regulacji osmolarności cytoplazmy. Rośliny żyjące w nawodnionej glebie (mezofity) łatwo kompensują utratę wody z transpiracji przez pochłanianie większej ilości wody. Liście i łodygi roślin mogą być chronione przed nadmierną utratą wody za pomocą woskowej powłoki zewnętrznej zwanej skórką. Rośliny żyjące w suchych siedliskach (kserofity) przechowują wodę w wakuolach, mają grube skórki i mogą mają modyfikacje strukturalne (tj. liście w kształcie igieł, chronione aparaty szparkowe) w celu ochrony przed wodą utrata. Rośliny żyjące w słonym środowisku (halofity) muszą regulować nie tylko pobór / utratę wody, ale także wpływ soli na ciśnienie osmotyczne. Niektóre gatunki przechowują sole w swoich korzeniach, więc niski potencjał wody wciągnie rozpuszczalnik przez osmoza. Sól może być wydalana na liście w celu uwięzienia cząsteczek wody w celu absorpcji przez komórki liści. Rośliny żyjące w środowisku wodnym lub wilgotnym (hydrofity) mogą wchłaniać wodę na całej powierzchni.

Zwierząt - Zwierzęta wykorzystują system wydalniczy do kontrolowania ilości wody traconej do środowiska i utrzymania ciśnienie osmotyczne. Metabolizm białek generuje również cząsteczki odpadowe, które mogą zakłócać ciśnienie osmotyczne. Narządy odpowiedzialne za osmoregulację zależą od gatunku.

U ludzi podstawowym narządem regulującym wodę jest nerka. Woda, glukoza i aminokwasy mogą być ponownie wchłaniane z przesączu kłębuszkowego w nerkach lub mogą przechodzić przez moczowody do pęcherza moczowego w celu wydalenia z moczem. W ten sposób nerki utrzymują równowagę elektrolitową krwi, a także regulują ciśnienie krwi. Wchłanianie jest kontrolowane przez hormony aldosteron, hormon antydiuretyczny (ADH) i angiotensynę II. Ludzie tracą także wodę i elektrolity poprzez pot.

Osmoreceptory w podwzgórzu mózgu monitorują zmiany potencjału wody, kontrolując pragnienie i wydzielając ADH. ADH jest przechowywany w przysadce mózgowej. Po uwolnieniu atakuje komórki śródbłonka w nefronach nerek. Te komórki są wyjątkowe, ponieważ mają akwaporyny. Woda może przepływać bezpośrednio przez akwaporyny, zamiast przechodzić przez dwuwarstwę lipidową błony komórkowej. ADH otwiera kanały wodne akwaporyn, umożliwiając przepływ wody. Nerki nadal wchłaniają wodę, zwracając ją do krwioobiegu, dopóki przysadka mózgowa przestanie uwalniać ADH.