Osmoregulation Definition och förklaring

Osmoregulation är den aktiva regleringen av osmotiskt tryck för att upprätthålla balansen av vatten och elektrolyter i en organism. Kontroll av osmotiskt tryck behövs för att utföra biokemiska reaktioner och bevara homeostas.

Osmos är rörelsen av lösningsmedelsmolekyler genom ett semipermeabelt membran till ett område som har högre lösta koncentration. Osmotiskt tryck är det yttre trycket som behövs för att förhindra lösningsmedlet från att korsa membranet. Osmotiskt tryck beror på koncentrationen av lösta partiklar. I en organisme är lösningsmedlet vatten och de lösta partiklarna är huvudsakligen upplösta salter och andra joner, eftersom större molekyler (proteiner och polysackarider) och icke-polära eller hydrofoba molekyler (upplösta gaser, lipider) korsar inte en semipermeabel membran. För att upprätthålla vatten- och elektrolytbalansen utsöndrar organismer överskottsvatten, lösta molekyler och avfall.

Det finns två strategier som används för osmoregulering - överensstämmelse och reglering.

Osmokonformatorer använder aktiva eller passiva processer för att matcha deras interna osmolaritet till miljöns. Detta ses ofta hos marina ryggradslösa djur som har samma inre osmotiska tryck inuti deras celler som det yttre vattnet, även om den kemiska sammansättningen av lösta ämnen kan vara annorlunda.

Osmoregulatorer kontrollerar det inre osmotiska trycket så att förhållandena hålls inom ett tätt reglerat intervall. Många djur är osmoregulatorer, inklusive ryggradsdjur (som människor).

Bakterie - När osmolariteten ökar runt bakterier kan de använda transportmekanismer för att absorbera elektrolyter eller små organiska molekyler. Den osmotiska stressen aktiverar gener i vissa bakterier som leder till syntes av osmoprotektantmolekyler.

protozoa - protister använd kontraktila vakuoler för att transportera ammoniak och annat utsöndringsavfall från cytoplasma till cellmembranet, där vakuolen öppnar sig för miljön. Osmotiskt tryck tvingar vatten in i cytoplasma, medan diffusion och aktiv transport styr flödet av vatten och elektrolyter.

växter - Högre växter använder stomaten på undersidan av bladen för att kontrollera vattenförlust. Växtceller förlitar sig på vakuoler för att reglera cytoplasma-osmolaritet. Växter som lever i hydratiserad jord (mesofyter) kompenserar lätt för vatten som förloras från transpiration genom att absorbera mer vatten. Växternas blad och stjälk kan skyddas mot överdriven vattenförlust med en vaxartad yttre beläggning som kallas nagelbanden. Växter som lever i torra livsmiljöer (xerofyter) lagrar vatten i vakuoler, har tjocka nagelband och kan har strukturella modifieringar (dvs nålformade blad, skyddad stomi) för att skydda mot vatten förlust. Växter som lever i salta miljöer (halofyter) måste reglera inte bara vattenintag / -förlust utan också effekten på saltet osmotiskt. Vissa arter lagrar salter i sina rötter så att den låga vattenpotentialen drar in lösningsmedlet via osmos. Salt kan utsöndras på blad för att fånga vattenmolekyler för absorption av bladceller. Växter som lever i vatten eller fuktiga miljöer (hydrofyter) kan absorbera vatten över hela ytan.

djur - Djur använder ett utsöndringssystem för att kontrollera mängden vatten som går förlorad i miljön och underhålla osmotiskt tryck. Proteinmetabolism genererar också avfallsmolekyler som kan störa osmotiskt tryck. Organen som ansvarar för osmoregulering beror på arten.

Hos människor är det primära organet som reglerar vatten njurarna. Vatten, glukos och aminosyror kan tas upp igen från det glomerulära filtratet i njurarna eller så kan det fortsätta genom urinledaren till urinblåsan för utsöndring i urinen. På detta sätt upprätthåller njurarna blodets elektrolytbalans och reglerar också blodtrycket. Absorption kontrolleras av hormonerna aldosteron, antidiuretiskt hormon (ADH) och angiotensin II. Människor tappar också vatten och elektrolyter via svett.

Osmoreceptorer i hypotalamus i hjärnan övervakar förändringar i vattenpotential, kontrollerar törst och utsöndrar ADH. ADH lagras i hypofysen. När den släpps riktar den sig mot endotelcellerna i nefronerna i njurarna. Dessa celler är unika eftersom de har akvaporiner. Vatten kan passera genom akvaporiner direkt snarare än att behöva navigera genom cellmembranets lipid-skikt. ADH öppnar vattenkanalerna i akvaporinerna, vilket tillåter att vatten rinner. Njurarna fortsätter att ta upp vatten och returnerar det till blodomloppet tills hypofysen slutar släppa ADH.