OSMOREGULÁCIA: ČO TO JE, V RASTLINÁCH, U ZVIERAT, PRÍKLADY - BIOLÓGIE - 2026

Osmoregulace je proces, ktorý je zodpovedný za udržiavanie homeostázy tekutín v tele tým, že aktívne reguláciu jeho vnútorný osmotický tlak. Jeho účelom je udržiavať primerané objemy a osmolarné koncentrácie rôznych biologických kompartmentov, čo je nevyhnutné pre správne fungovanie organizmov.

Biologická voda sa môže považovať za distribuovanú v kompartmentoch, ktoré zahŕňajú vnútro bunky (intracelulárny kompartment) av prípade mnohobunkových organizmov tekutinu, ktorá obklopuje bunky (extracelulárna alebo intersticiálna kompartment).

Pohyb vody a iónov v sladkovodných telostusových rybách (Zdroj: Raver, Duane; modifikoval Biezl (Vlastné dielo), nedefinované. )

V zložitejších organizmoch je tiež intravaskulárny kompartment, ktorý privádza intra a extracelulárnu tekutinu do kontaktu s vonkajším prostredím. Tieto tri oddelenia sú oddelené biologickými membránami so selektívnou permeabilitou, ktoré umožňujú voľný priechod vody a vo väčšej alebo menšej miere obmedzujú priechod častíc nachádzajúcich sa v roztoku v tejto tekutine.

Voda aj niektoré malé častice sa môžu voľne pohybovať cez póry v membráne difúziou a sledujúc svoje koncentračné gradienty. Ostatné, väčšie alebo elektricky nabité, môžu prechádzať iba z jednej strany na druhú pomocou iných molekúl, ktoré slúžia ako dopravný prostriedok.

Osmotické procesy súvisia s pohybom vody z jedného miesta na druhé po jej koncentračnom gradiente. To znamená, že sa pohybuje z oddelenia, v ktorom je najviac koncentrovaná, do oddelenia, v ktorom je jej koncentrácia nižšia.

Voda je koncentrovanejšia v mieste, kde je osmolarná koncentrácia (koncentrácia osmoticky aktívnych častíc) nižšia a naopak. O vode sa potom hovorí, že sa pohybuje z miesta s nízkou osmolárnou koncentráciou do iného s vyššou osmolárnou koncentráciou.

Živé bytosti vyvinuli zložité mechanizmy na riadenie osmotickej rovnováhy vo svojom vnútri a na reguláciu procesov vstupu a výstupu vody, regulujúcich vstup a / alebo výstup solutov, a to je to, čo sa týka osmoregulácie.

Čo je osmoregulácia?

Hlavným cieľom osmotickej regulácie je upraviť prívod a odtok vody a rozpustených látok tak, aby objem i zloženie kvapalných kompartmentov zostali konštantné.

V tomto zmysle možno uvažovať o dvoch aspektoch, jeden je výmena medzi organizmom a životným prostredím a druhý je výmena medzi rôznymi zložkami tela.

Vstup a výstup vody a rozpustených látok sa uskutočňuje rôznymi mechanizmami:

- Napríklad v prípade vyšších stavovcov je príjem regulovaný prísunom vody a rozpustených látok, čo záleží na činnosti nervového a endokrinného systému, ktoré tiež zasahujú do regulácie vylučovanie týchto látok obličkami.

- V prípade cievnych rastlín dochádza k absorpcii vody a rozpustených látok vďaka procesom evapotranspirácie, ktoré sa vyskytujú v listoch. Tieto procesy „ťahajú“ vodný stĺpec a poháňajú jeho pohyb smerom nahor z rastliny z koreňov, čo súvisí s vodným potenciálom.

Výmena a rovnováha medzi rôznymi zložkami organizmu sa uskutočňuje akumuláciou solutov v jednom alebo druhom oddiele prostredníctvom ich aktívneho transportu. Napríklad zvýšenie rozpustených látok vo vnútri buniek určuje pohyb vody smerom k nim a zvýšenie ich objemu.

Rovnováha v tomto prípade spočíva v udržiavaní intracelulárnej osmolarnej koncentrácie, ktorá je primeraná na udržanie konštantného objemu buniek, a to sa dosiahne vďaka účasti proteínov s rôznymi transportnými aktivitami, medzi ktorými vynikajú čerpadlá ATPázy a ďalšie transportéry. ,

Osmoregulácia v rastlinách

Rastliny potrebujú vodu, aby mohli žiť v rovnakom rozsahu ako zvieratá a iné jednobunkové organizmy. V nich je voda, rovnako ako vo všetkých živých bytostiach, nevyhnutná na uskutočnenie všetkých metabolických reakcií súvisiacich s rastom a vývojom, ktoré sa týkajú udržiavania tvaru a turgoru ich buniek.

Počas svojho života sú vystavené rôznym hydrickým podmienkam, ktoré závisia od prostredia, ktoré ich obklopuje, konkrétne od atmosférickej vlhkosti a úrovne slnečného žiarenia.

V rastlinných organizmoch osmoregulácia plní funkciu udržiavania turgorového potenciálu prostredníctvom akumulácie alebo zníženia rozpustených látok v reakcii na vodný stres, čo im umožňuje pokračovať v raste.

Pohyb vody v koreňových bunkách (simplastický transport a apoplastický transport) (Zdroj: Dylan W. Schwilk cez Wikimedia Commons)

Voda nachádzajúca sa medzi koreňovými chĺpkami a endodermou preteká medzi koreňovými bunkami cez extracelulárny kompartment známy ako apoplast (apoplastický transport) alebo cez cytoplazmatické spojenia (jednoduchý transport), až kým nie je filtrovaná spolu s iónmi a minerálov do buniek endodermy a potom putuje do cievnych zväzkov.

Pretože voda a minerálne živiny sú prenášané z pôdy koreňmi do vzdušných orgánov, bunky rôznych tkanív tela „prijímajú“ objemy vody a množstvo rozpustených látok potrebných na plnenie svojich funkcií.

V rastlinách, rovnako ako v mnohých vyšších organizmoch, sú procesy vstupu a vylúčenia vody regulované látkami regulujúcimi rast (fytohormóny), ktoré modulujú reakcie na rôzne podmienky prostredia a ďalšie vnútorné faktory.

- Vodný potenciál a tlakový potenciál

Pretože intracelulárna koncentrácia rozpustených látok v rastlinných bunkách je vyššia ako koncentrácia v ich prostredí, voda má tendenciu difundovať osmózou smerom dovnútra, až kým to dovolí tlakový potenciál vyvíjaný bunkovou stenou a to je to, čo bunky spôsobuje bunky sú pevné alebo turgidné.

Vodný potenciál je jedným z faktorov podieľajúcich sa na výmene vody rastlín spolu s prostredím a buniek ich tkanív.

Týka sa to merania smeru toku vody medzi dvoma oddeleniami a zahŕňa súčet osmotického potenciálu s tlakovým potenciálom vyvíjaným bunkovou stenou.

U rastlín, pretože koncentrácia intracelulárnej rozpustenej látky je zvyčajne vyššia ako koncentrácia extracelulárneho prostredia, osmotický potenciál je záporné číslo; zatiaľ čo tlakový potenciál je zvyčajne pozitívny.

Čím nižší je osmotický potenciál, tým negatívnejší je vodný potenciál. Ak je považovaná za bunku, potom sa hovorí, že voda do nej vstúpi po jej potenciálnom gradiente.

Osmoregulácia u zvierat

Mnohobunkové stavovce a bezstavovce používajú rôzne systémy na udržiavanie vnútornej homeostázy, čo je prísne závislé od miesta, kde sa nachádzajú; to znamená, že adaptačné mechanizmy sa líšia medzi slanou vodou, sladkou vodou a suchozemskými zvieratami.

Rôzne úpravy často závisia od špecializovaných orgánov na osmoreguláciu. V prírode sú najbežnejšie známe ako nefridiálne orgány, čo sú špecializované vylučovacie štruktúry, ktoré fungujú ako systém rúrok, ktoré sa otvárajú zvonka cez póry nazývané nefhridiopory.

Flatworms majú také štruktúry, ktoré sú známe ako protonefridiums, zatiaľ čo annelids a mäkkýše majú metanefhridia. Hmyz a pavúky majú verziu nefhridiálnych orgánov zvanú Malpighi Tubules.

U stavovcov sa dosahuje osmoregulačný a vylučovací systém, ktorý sa skladá hlavne z obličiek, ale nervový a endokrinný systém, tráviaci systém, pľúca (žiabre) a koža sa tiež podieľajú na tomto procese udržiavania rovnováhy vody.

- Vodné zvieratá

Morské bezstavovce sa považujú za osmo adaptívne organizmy , pretože ich telá sú v osmotickej rovnováhe s vodou, ktorá ich obklopuje. Voda a soli vstupujú a odchádzajú difúziou, keď sa menia vonkajšie koncentrácie.

Bezstavovce, ktoré žijú v ústiach riek, kde koncentrácia fyziologického roztoku vykazuje významné výkyvy, sa nazývajú osmoregulačné organizmy , pretože majú zložitejšie regulačné mechanizmy, pretože koncentrácia solí v nich sa líši od koncentrácie vody, v ktorej žijú.

Sladkovodné ryby majú vo svojom vnútri koncentráciu slaného roztoku, ktorá je oveľa vyššia ako koncentrácia vody, ktorá ich obklopuje, takže veľa vody vstupuje do ich vnútorného priestoru osmózou, ale táto sa vylučuje vo forme zriedeného moču.

Niektoré druhy rýb majú navyše žiabrové bunky na vstup soli.

Morské stavovce, ktorých koncentrácia solí je nižšia ako v ich prostredí, získavajú vodu pitím z mora a vylučujú nadbytočnú soľ do moču. Mnoho morských vtákov a plazov má „slané žľazy“, ktoré používajú na vypustenie prebytočnej soli, ktorú dostanú po pití morskej vody.

Väčšina morských cicavcov konzumuje slanú vodu, keď sa kŕmia, ale ich vnútro má zvyčajne nižšiu koncentráciu soli. Mechanizmus používaný na udržiavanie homeostázy je produkcia moču s vysokou koncentráciou solí a amoniaku.

Rozdiel v osmoregulácii medzi rastlinami a zvieratami

Ideálny stav rastlinnej bunky sa výrazne líši od stavu živočíšnej bunky, čo súvisí s prítomnosťou bunkovej steny, ktorá zabraňuje nadmernej expanzii bunky v dôsledku prenikania vody.

U zvierat je intracelulárny priestor v osmotickej rovnováhe s extracelulárnymi tekutinami a za udržiavanie tohto stavu sú zodpovedné procesy osmoregulácie.

Rastlinné bunky naopak vyžadujú turgor, ktorý dosahujú udržiavaním koncentrovanejšej vnútrobunkovej tekutiny ako je ich prostredie, takže voda má tendenciu vstúpiť do nich.

Príklady

Okrem všetkých vyššie uvedených prípadov je dobrým príkladom osmoregulačných systémov ten, ktorý sa nachádza v ľudskom tele:

U ľudí udržanie normálneho objemu a osmolarity telesných tekutín predstavuje rovnováhu medzi vstupom a výstupom vody a rozpustenými látkami, to znamená rovnováhu, kde sa vstup rovná výstupu.

Pretože hlavným extracelulárnym solutom je sodík, regulácia objemu a osmolarity extracelulárnej tekutiny závisí takmer výlučne od rovnováhy medzi vodou a sodíkom.

Voda vstupuje do tela prostredníctvom potravy a spotrebovaných tekutín (ktorých regulácia závisí od mechanizmov smädu) a je produkovaná vnútorne v dôsledku oxidačných procesov potravy (metabolická voda).

K odtoku vody dochádza necitlivými stratami, potom, výkaly a močom. Objem vylúčeného moču je regulovaný hladinou antidiuretického hormónu v plazme (ADH) v plazme.

Sodík vstupuje do tela prijímaním potravy a tekutín. Stratí sa prostredníctvom potu, výkalov a moču. Jeho strata močom je jedným z mechanizmov na reguláciu obsahu sodíka v tele a závisí od vnútornej funkcie obličiek, ktorú reguluje hormón aldosterón.

Referencie

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Esenciálna bunková biológia. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Cushman, J. (2001). Osmoregulácia v rastlinách: implikácie pre poľnohospodárstvo. Amer. Zool. , 41, 758 - 769.
3. Morgan, JM (1984). Osmoregulácia a vodný stres vo vyšších rastlinách. Ann. Plant. Physiol. , 35, 299 - 319.
4. Nabors, M. (2004). Úvod do botaniky (1. vydanie). Pearson Education.
5. Solomon, E., Berg, L. a Martin, D. (1999). Biológia (5. vydanie). Philadelphia, Pensylvánia: Saunders College Publishing.
6. West, J. (1998). Fyziologické základy lekárskej praxe (12. vydanie). Mexico DF: Editorial Médica Panamericana.