Opredelitev in razlaga osmoregulacije

Osmoregulacija je aktivna regulacija osmotskega tlaka za ohranjanje ravnovesja od vode in elektroliti v organizmu. Nadzor nad osmotski tlak je potreben za izvajanje biokemijskih reakcij in ohranjanje homeostaza.

Osmoza je gibanje molekul topila skozi polprepustno membrano v območje, ki ima višje koncentracija topil. Osmotski tlak je zunanji tlak, ki je potreben za preprečevanje topilo od prečkanja membrane. Osmotski tlak je odvisen od koncentracije topnih delcev. V organizmu je topilo voda, topljeni delci pa so predvsem raztopljene soli in drugi ioni, saj so večje molekule (beljakovine in polisaharidi) in nepolarne ali hidrofobne molekule (raztopljeni plini, lipidi) ne prestopajo polprepustne membrana. Da bi ohranili vodno in elektrolitno ravnovesje, organizmi izločajo odvečno vodo, molekule topljenca in odpadke.

Za osmoregulacijo se uporabljata dve strategiji - skladnost in uravnavanje.

Osmokonformatorji uporabljajo aktivne ali pasivne procese, da ustrezajo njihovim notranjim

Osmoregulatorji nadzorujejo notranji osmotski tlak, tako da se pogoji ohranjajo v zelo reguliranem območju. Mnoge živali so osmoregulatorji, tudi vretenčarji (kot ljudje).

Bakterije - Ko se osmolarnost poveča okoli bakterij, lahko uporabljajo transportne mehanizme za absorpcijo elektrolitov ali majhnih organskih molekul. Osmotski stres aktivira gene nekaterih bakterij, ki vodijo k sintezi molekul osmoprotektanta.

Protozoa - Proti uporabite kontraktilne vakuole za prevoz amonijaka in drugih izločenih odpadkov iz citoplazme do celične membrane, kjer se vakuola odpre v okolje. Osmotski tlak sili vodo v citoplazmo, medtem ko difuzija in aktivni transport nadzorujeta pretok vode in elektrolitov.

Rastline - Višje rastline uporabljajo stome na spodnji strani listov za nadzor izgube vode. Rastlinske celice se za uravnavanje osmolarnosti citoplazme zanašajo na vakuole. Rastline, ki živijo v hidratiziranih tleh (mezofiti), zlahka kompenzirajo izgubljeno vodo iz transpiracije z absorpcijo več vode. Liste in steblo rastline lahko zaščitimo pred čezmerno izgubo vode z voskastim zunanjim premazom, imenovanim kutikula. Rastline, ki živijo v suhih habitatih (kserofiti), hranijo vodo v vakuolih, imajo debele kutikule in lahko imajo strukturne modifikacije (t.i. igličasti listi, zaščiteni ustniki) za zaščito pred vodo izguba. Rastline, ki živijo v slanem okolju (halofiti), morajo uravnavati ne le vnos / izgubo vode, ampak tudi vpliv osmotskega tlaka s soljo. Nekatere vrste hranijo soli v svojih koreninah, tako da bo majhen vodni potencial topilo potegnil skozi osmoza. Sol se lahko izloči na liste, da ujame molekule vode, da jih listne celice absorbirajo. Rastline, ki živijo v vodnem ali vlažnem okolju (hidrofiti), lahko absorbirajo vodo po celotni površini.

Živali - Živali uporabljajo izločevalni sistem za nadzor nad količino vode, ki se izgubi v okolju in vzdržuje osmotski tlak. Presnova beljakovin ustvarja tudi odpadne molekule, ki lahko porušijo osmotski tlak. Organi, odgovorni za osmoregulacijo, so odvisni od vrste.

Pri človeku je glavni organ, ki uravnava vodo, ledvica. Voda, glukoza in aminokisline se lahko absorbirajo iz glomerularnega filtrata v ledvicah ali pa se skozi sečnike do mehurja nadaljujejo z izločanjem z urinom. Na ta način ledvice vzdržujejo elektrolitsko ravnovesje v krvi in ​​uravnavajo tudi krvni tlak. Absorpcijo nadzirajo hormoni aldosteron, antidiuretični hormon (ADH) in angiotenzin II. Tudi ljudje izgubljajo vodo in elektroliti prek znojenja.

Osmoreceptorji v hipotalamusu možganov spremljajo spremembe vodnega potenciala, nadzorujejo žejo in izločajo ADH. ADH je shranjen v hipofizi. Ko se sprosti, cilja na endotelne celice v nefronih ledvic. Te celice so edinstvene, ker imajo akvaporine. Voda lahko prehaja skozi akvaporine neposredno, namesto da bi morala pluti po lipidnem dvosloju celične membrane. ADH odpre vodne kanale akvaporinov, kar omogoča, da voda teče. Ledvice še naprej absorbirajo vodo in jo vračajo v krvni obtok, dokler hipofiza ne preneha sproščati ADH.