Osmoregulering Definition og forklaring

Osmoregulering er den aktive regulering af osmotisk tryk for at opretholde balancen af vand og elektrolytter i en organisme. Kontrol af osmotisk tryk er nødvendigt for at udføre biokemiske reaktioner og bevare homøostase.

Osmose er bevægelse af opløsningsmiddelmolekyler gennem en semipermeabel membran ind i et område, der har et højere opløst koncentration. Osmotisk tryk er det ydre tryk, der er nødvendigt for at forhindre opløsningsmidlet fra at krydse membranen. Osmotisk tryk afhænger af koncentrationen af ​​opløste partikler. I en organisme er opløsningsmidlet vand, og de opløste partikler er hovedsageligt opløste salte og andre ioner, da større molekyler (proteiner og polysaccharider) og ikke-polære eller hydrofobe molekyler (opløste gasser, lipider) krydser ikke en semipermeabel membran. For at opretholde vand- og elektrolytbalancen udskiller organismer overskydende vand, opløste molekyler og affald.

Der er to strategier, der bruges til osmoregulering - overensstemmelse og regulering.

Osmoconformers bruger aktive eller passive processer til at matche deres interne osmolaritet til miljøet. Dette ses ofte i marine hvirvelløse dyr, der har det samme indre osmotiske tryk indeni deres celler som det udvendige vand, selvom den kemiske sammensætning af opløste stoffer kan være forskellige.

Osmoregulatorer kontrollerer internt osmotisk tryk, så betingelserne opretholdes inden for et tæt reguleret område. Mange dyr er osmoregulatorer, herunder hvirveldyr (som mennesker).

Bakterie - Når osmolaritet øges omkring bakterier, kan de bruge transportmekanismer til at absorbere elektrolytter eller små organiske molekyler. Den osmotiske stress aktiverer gener i visse bakterier, der fører til syntese af osmoprotektantmolekyler.

protozoer - protister Brug kontraktile vakuoler til at transportere ammoniak og andet ekskretorisk affald fra cytoplasma til cellemembranen, hvor vakuolen åbner sig for miljøet. Osmotisk tryk tvinger vand ind i cytoplasmaet, mens diffusion og aktiv transport styrer strømmen af ​​vand og elektrolytter.

Planter - Højere planter bruger stomaten på undersiden af ​​blade til at kontrollere vandtab. Planteceller er afhængige af vakuoler for at regulere cytoplasma-osmolaritet. Planter, der lever i hydreret jord (mesofytter) kompenserer let for vand, der går tabt fra transpiration ved at absorbere mere vand. Plantenes blade og stilk kan beskyttes mod overdreven vandtab ved en voksagtig ydre belægning kaldet kutikula. Planter, der lever i tørre levesteder (xerophytes), opbevarer vand i vakuoler, har tykke neglebånd og kan har strukturelle modifikationer (dvs. nåleformede blade, beskyttet stomata) for at beskytte mod vand tab. Planter, der lever i salte miljøer (halofytter), skal ikke kun regulere vandindtag / -tab, men også effekten på saltet osmotisk. Nogle arter opbevarer salte i deres rødder, så det lave vandpotentiale trækker opløsningsmidlet ind via osmose. Salt kan udskilles på blade for at fange vandmolekyler til absorption af bladceller. Planter, der lever i vand eller fugtige miljøer (hydrofytter), kan absorbere vand på hele deres overflade.

Dyr - Dyr bruger et udskillelsessystem til at kontrollere mængden af ​​vand, der går tabt i miljøet og vedligeholde osmotisk tryk. Proteinmetabolisme genererer også affaldsmolekyler, der kan forstyrre det osmotiske tryk. Organerne, der er ansvarlige for osmoregulering, afhænger af arten.

Hos mennesker er det primære organ, der regulerer vand, nyre. Vand, glukose og aminosyrer kan reabsorberes fra det glomerulære filtrat i nyrerne, eller det kan fortsætte gennem urinlederne til blæren for udskillelse i urin. På denne måde opretholder nyrerne blodets elektrolytbalance og regulerer også blodtrykket. Absorption kontrolleres af hormonerne aldosteron, antidiuretisk hormon (ADH) og angiotensin II. Mennesker mister også vand og elektrolytter via sved.

Osmoreceptorer i hypothalamus i hjernen overvåger ændringer i vandpotentiale, kontrollerer tørst og udskiller ADH. ADH opbevares i hypofysen. Når den frigives, er den målrettet mod endotelcellerne i nefronerne i nyrerne. Disse celler er unikke, fordi de har akvaporiner. Vand kan passere gennem akvaporiner direkte i stedet for at skulle navigere gennem cellemembranens lipid-lag. ADH åbner vandkanalerne i vanddampene, så vandet kan strømme. Nyrerne fortsætter med at absorbere vand og returnerer det til blodbanen, indtil hypofysen stopper med at frigive ADH.