Osmoregulering Definisjon og forklaring

Osmoregulering er den aktive reguleringen av osmotisk trykk for å opprettholde balansen av vann og elektrolytter i en organisme. Kontroll av osmotisk trykk er nødvendig for å utføre biokjemiske reaksjoner og bevare homeostase.

Osmose er bevegelse av løsningsmiddelmolekyler gjennom en semipermeabel membran inn i et område som har en høyere oppløst konsentrasjon. Osmotisk trykk er det ytre trykket som trengs for å forhindre løsningsmidlet fra å krysse membranen. Osmotisk trykk avhenger av konsentrasjonen av faste stoffer. I en organisme er løsningsmidlet vann og de oppløste partikler er hovedsakelig oppløste salter og andre ioner, siden større molekyler (proteiner og polysakkarider) og ikke-polare eller hydrofobe molekyler (oppløste gasser, lipider) krysser ikke en semipermeabel membran. For å opprettholde balansen mellom vann og elektrolytt, skiller organismer ut overflødig vann, oppløste molekyler og avfall.

Det er to strategier som brukes for osmoregulering - å overholde og regulere.

Osmokonformatorer bruker aktive eller passive prosesser for å matche deres interne osmolaritet til miljøet. Dette sees ofte hos marine virvelløse dyr, som har samme indre osmotiske trykk inni cellene deres som det ytre vannet, selv om den kjemiske sammensetningen av oppløste stoffer kan være annerledes.

Osmoregulatorer kontrollerer internt osmotisk trykk slik at forholdene opprettholdes innenfor et tett regulert område. Mange dyr er osmoregulatorer, inkludert virveldyr (som mennesker).

Bakterie - Når osmolariteten øker rundt bakterier, kan de bruke transportmekanismer for å absorbere elektrolytter eller små organiske molekyler. Det osmotiske stresset aktiverer gener i visse bakterier som fører til syntese av osmbeskyttende molekyler.

protozoer - protister bruk kontraktile vakuoler til å transportere ammoniakk og annet utskillelsesavfall fra cytoplasma til cellemembranen, hvor vakuolen åpner seg for omgivelsene. Osmotisk trykk tvinger vann inn i cytoplasmaet, mens diffusjon og aktiv transport styrer strømmen av vann og elektrolytter.

planter - Høyere planter bruker stomata på undersiden av bladene for å kontrollere vanntap. Plante celler er avhengige av vakuoler for å regulere cytoplasma osmolaritet. Planter som lever i hydrert jord (mesofytter) kompenserer lett for vann som går tapt fra transpirasjon ved å absorbere mer vann. Plantenes blader og stilk kan beskyttes mot for høyt vanntap ved et voksaktig ytre belegg som kalles kutikula. Planter som lever i tørre naturtyper (xerofytter) lagrer vann i vakuoler, har tykke neglebånd og kan har strukturelle modifikasjoner (dvs. nåleformede blader, beskyttet stomata) for å beskytte mot vann tap. Planter som lever i salte miljøer (halofytter) må regulere ikke bare vanninntak / -tap, men også effekten på saltet osmotisk trykk. Noen arter lagrer salter i røttene sine slik at det lave vannpotensialet vil trekke løsningsmidlet inn via osmose. Salt kan skilles ut på blader for å felle vannmolekyler for absorpsjon av bladceller. Planter som lever i vann eller fuktige miljøer (hydrofytter) kan absorbere vann over hele overflaten.

dyr - Dyr bruker et utskillingssystem for å kontrollere mengden vann som går tapt i omgivelsene og vedlikeholde osmotisk trykk. Proteinmetabolisme genererer også avfallsmolekyler som kan forstyrre det osmotiske trykket. Organene som er ansvarlige for osmoregulering avhenger av arten.

Hos mennesker er det primære organet som regulerer vann nyre. Vann, glukose og aminosyrer kan reabsorberes fra det glomerulære filtratet i nyrene, eller det kan fortsette gjennom urinlederne til blæren for utskillelse i urin. På denne måten opprettholder nyrene elektrolyttbalansen i blodet og regulerer også blodtrykket. Absorpsjonen kontrolleres av hormonene aldosteron, antidiuretisk hormon (ADH) og angiotensin II. Mennesker mister også vann og elektrolytter via svette.

Osmoreseptorer i hypothalamus i hjernen overvåker endringer i vannpotensialet, kontrollerer tørsten og utskiller ADH. ADH lagres i hypofysen. Når den frigjøres, retter den seg mot endotelcellene i nefronene i nyrene. Disse cellene er unike fordi de har akvaporiner. Vann kan passere gjennom aquaporiner direkte i stedet for å måtte navigere gjennom lipid-dobbeltlaget i cellemembranen. ADH åpner vannkanalene til akvaporinene, slik at vann kan strømme. Nyrene fortsetter å absorbere vann og returnerer det til blodomløpet, til hypofysen slutter å frigjøre ADH.