Osmoregulering Definisjon og forklaring

Hva du trenger å vite om osmoregulering

Dorling Kindersley / Getty Images

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 konserverehomeostase.

Hvordan Osmoregulering fungerer

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

Osmokonformatorer og osmoregulatorer

Det er to strategier som brukes for osmoregulering - samsvar og regulering.

Osmokonformatorer bruker aktive eller passive prosesser for å matche deres indre osmolaritet til miljøets. Dette er ofte sett hos marine virvelløse dyr, som har det samme indre osmotiske trykket inne i cellene sine som vannet utenfor, selv om den kjemiske sammensetningen av de oppløste stoffene kan være annerledes.

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

Osmoreguleringsstrategier for forskjellige organismer

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 osmobeskyttende molekyler.

Protozoer - Protister bruke kontraktile vakuoler for å transportere ammoniakk og annet ekskresjonsavfall fra cytoplasmaet til cellemembranen, hvor vakuolen åpner seg mot 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 blader for å kontrollere vanntapet. Planteceller er avhengige av vakuoler for å regulere cytoplasmas osmolaritet. Planter som lever i hydrert jord (mesofytter) kompenserer lett for vann som går tapt fra transpirasjon ved å absorbere mer vann. Bladene og stilken til plantene kan beskyttes mot overdreven vanntap av et voksaktig ytre belegg kalt kutikula. Planter som lever i tørre habitater (xerofytter) lagrer vann i vakuoler, har tykke neglebånd og kan ha strukturelle modifikasjoner (dvs. nåleformede blader, beskyttede stomata) for å beskytte mot vanntap. Planter som lever i salte miljøer (halofytter) må regulere ikke bare vanninntak/tap, men også effekten på saltets osmotisk trykk. Noen arter lagrer salter i røttene slik at det lave vannpotensialet vil trekke løsningsmidlet inn via osmose . Salt kan skilles ut på blader for å fange vannmolekyler for absorpsjon av bladceller. Planter som lever i vann eller fuktige omgivelser (hydrofytter) kan absorbere vann over hele overflaten.

Dyr - Dyr bruker et utskillelsessystem for å kontrollere mengden vann som går tapt til miljøet og vedlikeholde osmotisk trykk . Proteinmetabolisme genererer også avfallsmolekyler som kan forstyrre osmotisk trykk. Organene som er ansvarlige for osmoregulering avhenger av arten.

Osmoregulering hos mennesker

Hos mennesker er det primære organet som regulerer vann nyrene. Vann, glukose og aminosyrer kan reabsorberes fra det glomerulære filtratet i nyrene, eller det kan fortsette gjennom urinlederne til blæren for utskillelse i urinen. På denne måten opprettholder nyrene elektrolyttbalansen i blodet og regulerer også blodtrykket. Absorpsjonen styres 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 vannpotensial, kontrollerer tørste og skiller ut ADH. ADH lagres i hypofysen. Når den frigjøres, retter den seg mot endotelcellene i nyrenes nefroner. 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 aquaporinene, og lar vannet strømme. Nyrene fortsetter å absorbere vann, og returnerer det til blodet, til hypofysen slutter å frigjøre ADH.