Osmoregulācija ir aktīva osmotiskā spiediena regulēšana, lai uzturētu līdzsvaru no ūdens un elektrolīti organismā. Kontrole osmotiskais spiediens ir nepieciešams, lai veiktu bioķīmiskās reakcijas un saglabātu homeostāze.
Kā darbojas osmoregulācija
Osmoze ir šķīdinātāja molekulu kustība caur daļēji caurlaidīgu membrānu apgabalā, kurā ir augstāka izšķīdinātā koncentrācija. Osmotiskais spiediens ir ārējais spiediens, kas nepieciešams, lai novērstu šķīdinātājs no membrānas šķērsošanas. Osmotiskais spiediens ir atkarīgs no izšķīdušo daļiņu koncentrācijas. Organismā šķīdinātājs ir ūdens, un izšķīdušās daļiņas galvenokārt ir izšķīduši sāļi un citi joni, jo lielākas molekulas (olbaltumvielas un polisaharīdi) un nepolārās vai hidrofobās molekulas (izšķīdušas gāzes, lipīdi) nešķērso puscaurlaidīgu membrāna. Lai uzturētu ūdens un elektrolītu līdzsvaru, organismi izdala lieko ūdeni, šķīst molekulas un atkritumus.
Osmoconformers un Osmoregulator
Osmoregulācijai tiek izmantotas divas stratēģijas - atbilstoša un regulējoša.
Osmoconformers izmanto aktīvus vai pasīvus procesus, lai saskaņotu to iekšējo osmolaritāte apkārtējai videi. To parasti novēro jūras bezmugurkaulniekiem, kuru iekšējais osmotiskais spiediens ir vienāds to šūnas kā ārējais ūdens, kaut arī izšķīdušo vielu ķīmiskais sastāvs var būt savādāk.
Osmoregulatori kontrolē iekšējo osmotisko spiedienu tā, lai apstākļi tiktu uzturēti stingri regulētā diapazonā. Daudzi dzīvnieki ir osmoregulatori, ieskaitot mugurkaulniekus (piemēram, cilvēkus).
Dažādu organismu osmoregulācijas stratēģijas
Baktērijas - Kad ap baktērijām palielinās osmolaritāte, tās var izmantot transporta mehānismus, lai absorbētu elektrolītus vai mazas organiskas molekulas. Osmotiskais stress aktivizē gēnus dažās baktērijās, kas noved pie osmoprotektanta molekulu sintēzes.
Vienšūņi - Protisti izmantojiet saraušanās vakuumus, lai amonjaku un citus izdalīšanas atkritumus pārvestu no citoplazmas uz šūnu membrānu, kur vakuols atveras vidē. Osmotiskais spiediens piespiež ūdeni citoplazmā, bet difūzija un aktīvs transports kontrolē ūdens un elektrolītu plūsmu.
Augi - Augstāki augi izmanto stomu lapu apakšpusē, lai kontrolētu ūdens zudumu. Augu šūnas paļaujas uz vakuoliem, lai regulētu citoplazmas osmolaritāti. Augi, kas dzīvo hidratētā augsnē (mezofīti), viegli kompensē transpirācijas dēļ zaudēto ūdeni, absorbējot vairāk ūdens. Augu lapas un stublājus no pārmērīga ūdens zuduma var pasargāt ar vaskainu ārējo pārklājumu, ko sauc par kutikulu. Augi, kas dzīvo sausos biotopos (kserofītos), ūdeni uzglabā vakuumā, ar biezām kutikulām un var ir strukturālas modifikācijas (t.i., adatas formas lapas, aizsargāta stomata), lai aizsargātu pret ūdeni zaudējums. Augiem, kas dzīvo sāļā vidē (halogofīti), ir jāregulē ne tikai ūdens uzņemšana / zaudēšana, bet arī sāls ietekme uz osmotisko spiedienu. Dažas sugas savās saknēs glabā sāļus, tāpēc zemais ūdens potenciāls ievilks šķīdinātāju osmoze. Sāli var izdalīt uz lapām, lai notvertu ūdens molekulas absorbcijai lapu šūnās. Augi, kas dzīvo ūdenī vai mitrā vidē (hidrofīti), var absorbēt ūdeni visā to virsmā.
Dzīvnieki - Dzīvnieki izmanto ekskrēcijas sistēmu, lai kontrolētu videi zaudētā ūdens daudzumu un uzturētu to osmotiskais spiediens. Olbaltumvielu metabolisms rada arī atkritumu molekulas, kas var izjaukt osmotisko spiedienu. Orgāni, kas ir atbildīgi par osmoregulāciju, ir atkarīgi no sugas.
Osmoregulācija cilvēkiem
Cilvēkiem primārais orgāns, kas regulē ūdeni, ir nieres. Ūdeni, glikozi un aminoskābes var absorbēt no glomerulārā filtrāta nierēs vai arī caur urīnvadiem līdz urīnpūslim izdalīties urīnā. Šādā veidā nieres uztur asiņu elektrolītu līdzsvaru un arī regulē asinsspiedienu. Uzsūkšanos kontrolē hormoni aldosterons, antidiurētiskais hormons (ADH) un angiotenzīns II. Cilvēki zaudē arī ūdeni un elektrolīti caur svīšanu.
Smadzeņu hipotalāmā esošie osmoreceptori uzrauga ūdens potenciāla izmaiņas, kontrolējot slāpes un izdalot ADH. ADH tiek glabāta hipofīzē. Kad tas tiek atbrīvots, tas mērķē uz endotēlija šūnām nieru nefronos. Šīs šūnas ir unikālas, jo tām ir akvaporīni. Ūdens var tieši iziet cauri akvaporīniem, nevis jāpārvietojas pa šūnas membrānas lipīdu divslāni. ADH atver akvaporīnu ūdens kanālus, ļaujot ūdenim plūst. Nieres turpina absorbēt ūdeni, atdodot to atpakaļ asinsritē, līdz hipofīze pārstāj atbrīvot ADH.