Ορισμός και επεξήγηση οσμοριαγισμού

Osmoregulation είναι η ενεργός ρύθμιση της οσμωτικής πίεσης για τη διατήρηση της ισορροπίας από νερό και ηλεκτρολύτες σε έναν οργανισμό. Ελεγχος του ωσμωτική πίεση είναι απαραίτητη για την εκτέλεση βιοχημικών αντιδράσεων και τη διατήρηση ομοιοσταση.

Η όσμωση είναι η μετακίνηση των μορίων του διαλύτη μέσω μιας ημιπερατής μεμβράνης σε μια περιοχή που έχει υψηλότερη συγκέντρωση διαλυτής ουσίας. Η οσμωτική πίεση είναι η εξωτερική πίεση που απαιτείται για την πρόληψη διαλύτη από τη διασταύρωση της μεμβράνης. Η οσμωτική πίεση εξαρτάται από τη συγκέντρωση των σωματιδίων διαλυτής ουσίας. Σε έναν οργανισμό, ο διαλύτης είναι νερό και τα σωματίδια διαλυτής ουσίας είναι κυρίως διαλελυμένα άλατα και άλλα ιόντα, εφόσον τα μεγαλύτερα μόρια (πρωτεΐνες και πολυσακχαρίτες) και μη πολικά ή υδρόφοβα μόρια (διαλυμένα αέρια, λιπίδια) δεν διασχίζουν ημιπερατό μεμβράνη. Για να διατηρηθεί η ισορροπία νερού και ηλεκτρολυτών, οι οργανισμοί εκκρίνουν περίσσεια νερού, μόρια διαλυμένης ουσίας και απόβλητα.

Υπάρχουν δύο στρατηγικές που χρησιμοποιούνται για την προσαρμογή και τον έλεγχο της ρύθμισης.

Οι μονάδες Osmoconformers χρησιμοποιούν ενεργές ή παθητικές διαδικασίες για να ταιριάζουν με τις εσωτερικές τους οσμωτικότητα σε αυτό του περιβάλλοντος. Αυτό παρατηρείται συνήθως στα θαλάσσια ασπόνδυλα, τα οποία έχουν την ίδια εσωτερική οσμωτική πίεση μέσα τα κύτταρα τους ως εξωτερικό νερό, ακόμη και αν μπορεί να είναι η χημική σύνθεση των διαλελυμένων ουσιών διαφορετικός.

Osmoregulators ελέγχουν την εσωτερική οσμωτική πίεση έτσι ώστε οι συνθήκες να διατηρούνται μέσα σε ένα σφιχτά ρυθμισμένο εύρος. Πολλά ζώα είναι osmoregulators, συμπεριλαμβανομένων των σπονδυλωτών (όπως οι άνθρωποι).

Βακτήρια - Όταν η οσμωτικότητα αυξάνεται γύρω από τα βακτήρια, μπορεί να χρησιμοποιούν μηχανισμούς μεταφοράς για να απορροφούν ηλεκτρολύτες ή μικρά οργανικά μόρια. Το οσμωτικό στρες ενεργοποιεί γονίδια σε ορισμένα βακτήρια που οδηγούν στη σύνθεση οσμοπροστατευτικών μορίων.

Πρωτόζωα - Αντιπάλους χρησιμοποιήστε συστολικά κενοτόπια για τη μεταφορά αμμωνίας και άλλων απολυμαντικών αποβλήτων από το κυτταρόπλασμα στην κυτταρική μεμβράνη, όπου το κενοτόπιο ανοίγει στο περιβάλλον. Η οσμωτική πίεση αναγκάζει το νερό στο κυτταρόπλασμα, ενώ η διάχυση και η ενεργός μεταφορά ελέγχουν τη ροή του νερού και των ηλεκτρολυτών.

Φυτά - Τα ανώτερα φυτά χρησιμοποιούν τα στομάχια στην κάτω πλευρά των φύλλων για τον έλεγχο της απώλειας νερού. Τα φυτικά κύτταρα βασίζονται σε κενοτόπια για να ρυθμίζουν την ωσμωτικότητα του κυτταροπλάσματος. Τα φυτά που ζουν σε ενυδατωμένο χώμα (μεσοφυτά) αντισταθμίζουν εύκολα το νερό που χάνεται από τη διαπνοή απορροφώντας περισσότερο νερό. Τα φύλλα και το στελέχους των φυτών μπορούν να προστατευθούν από την υπερβολική απώλεια νερού με μια κηρώδη εξωτερική επικάλυψη που ονομάζεται επιδερμίδα. Φυτά που ζουν σε ξηρούς οικότοπους (ξηρόφυτα) αποθηκεύουν νερό σε κενοτόπια, έχουν χοντρές επιδερμίδες και μπορούν έχουν δομικές τροποποιήσεις (δηλ. φύλλα σε σχήμα βελόνας, προστατευμένα στομάχια) για προστασία από το νερό απώλεια. Τα φυτά που ζουν σε αλμυρά περιβάλλοντα (halophytes) πρέπει να ρυθμίζουν όχι μόνο την πρόσληψη / απώλεια νερού, αλλά και την επίδραση στην οσμωτική πίεση από το αλάτι. Κάποια είδη αποθηκεύουν άλατα στις ρίζες τους, έτσι ώστε το χαμηλό δυναμικό νερού θα τραβήξει το διαλύτη μέσα από ώσμωση. Το αλάτι μπορεί να εκκρίνεται σε φύλλα για να παγιδεύει μόρια νερού για απορρόφηση από κύτταρα φύλλων. Τα φυτά που ζουν σε νερό ή σε υγρά περιβάλλοντα (υδροφυτά) μπορούν να απορροφήσουν νερό σε ολόκληρη την επιφάνεια τους.

Των ζώων - Τα ζώα χρησιμοποιούν ένα σύστημα αποβολής για τον έλεγχο της ποσότητας νερού που χάνεται στο περιβάλλον και τη διατήρηση ωσμωτική πίεση. Ο μεταβολισμός των πρωτεϊνών δημιουργεί επίσης μόρια αποβλήτων που θα μπορούσαν να διαταράξουν την οσμωτική πίεση. Τα όργανα που είναι υπεύθυνα για τον οπισθορυθμό εξαρτώνται από το είδος.

Στον άνθρωπο, το κύριο όργανο που ρυθμίζει το νερό είναι ο νεφρός. Το νερό, η γλυκόζη και τα αμινοξέα μπορούν να επαναπορροφηθούν από το σπειραματικό διήθημα στα νεφρά ή μπορεί να συνεχιστούν μέσω των ουρητήρων στην κύστη για εκκρίσεις στα ούρα. Με αυτόν τον τρόπο, τα νεφρά διατηρούν την ισορροπία του ηλεκτρολύτη στο αίμα και ρυθμίζουν επίσης την αρτηριακή πίεση. Η απορρόφηση ελέγχεται από τις ορμόνες αλδοστερόνη, αντιδιουρητική ορμόνη (ADH) και αγγειοτενσίνη II. Οι άνθρωποι χάνουν επίσης νερό και ηλεκτρολύτες μέσω της εφίδρωσης.

Οι οσμωροδεκτοί στον υποθάλαμο του εγκεφάλου παρακολουθούν τις αλλαγές στο δυναμικό του νερού, ελέγχοντας τη δίψα και εκκρίνεται η ADH. Η ADH αποθηκεύεται στην υπόφυση. Όταν απελευθερώνεται, στοχεύει τα ενδοθηλιακά κύτταρα στα νεφρώνα των νεφρών. Αυτά τα κύτταρα είναι μοναδικά επειδή έχουν aquaporins. Το νερό μπορεί να περάσει απευθείας από τις ακουαπορίνες παρά να χρειάζεται να περιηγηθεί στη λιπιδική διπλοστοιβάδα της κυτταρικής μεμβράνης. Το ADH ανοίγει τα κανάλια ύδατος των aquaporins, επιτρέποντας τη ροή του νερού. Τα νεφρά συνεχίζουν να απορροφούν το νερό, επιστρέφοντάς το στην κυκλοφορία του αίματος, έως ότου η αδένα της υπόφυσης σταματήσει να απελευθερώνει ADH.