OSMOREGULAATIO: MITÄ SE ON KASVEISSA, ELÄIMISSÄ, ESIMERKKEJÄ - BIOLOGIA - 2026

Osmoregulation on prosessi, joka on vastuussa sisäisen tasapainon ylläpitämiseksi nesteiden elimen aktiivisesti säätämällä sen sisäisen osmoottisen paineen. Sen tarkoituksena on ylläpitää eri biologisten osastojen riittäviä tilavuuksia ja osmolaarisia pitoisuuksia, mikä on välttämätöntä organismien moitteettomalle toiminnalle.

Biologista vettä voidaan pitää jakautuneena osastoihin, jotka sisältävät solun sisäosan (solunsisäinen osasto) ja monisoluisten organismien tapauksessa nestettä, joka ympäröi soluja (solunulkoinen tai interstitiaalinen osasto).

Veden ja ionien liikkeet makeanveden telostuskaloissa (Lähde: Raver, Duane; muokannut Biezl (oma työ), määrittelemätön. Kääntänyt espanjaksi –Cristina Busch (keskustelu) 20:53, 1. syyskuuta 2014 (UTC) Wikimedia Commonsin kautta)

Monimutkaisemmissa organismeissa on myös suonensisäinen osasto, joka saattaa solunsisäisen ja solunulkoisen nesteen kosketuksiin ulkoisen ympäristön kanssa. Nämä kolme osastoa on erotettu selektiivisillä läpäisevyysbiologisilla membraaneilla, jotka sallivat veden vapaan läpikulun ja rajoittavat suurempana tai pienemmässä määrin siinä nesteessä olevan liuoksen hiukkasten läpikulkua.

Sekä vesi että jotkut pienet hiukkaset voivat liikkua vapaasti membraanin huokosten läpi diffuusiolla ja seuraamalla niiden pitoisuusgradienteja. Toiset, suurempia tai sähköisesti varautuneita, voivat kulkea vain molemmilta puolilta toisiaan käyttämällä muita kuljetusvälineinä toimivia molekyylejä.

Osmoottiset prosessit liittyvät veden liikkumiseen paikasta toiseen sen pitoisuusgradientin seurauksena. Toisin sanoen se siirtyy osastosta, johon hän on eniten keskittynyt, kohtaan, jossa hänen keskittymisensä on vähemmän.

Vesi on keskittyneempi paikkaan, jossa osmolaarinen pitoisuus (osmoottisesti aktiivisten hiukkasten pitoisuus) on alhaisempi ja päinvastoin. Sitten veden sanotaan siirtyvän kohdasta, jolla on alhainen osmolaarinen pitoisuus toiseen, jolla on korkeampi osmolaarinen konsentraatio.

Elävät olennot ovat kehittäneet monimutkaisia ​​mekanismeja osmoottisen tasapainon hallitsemiseksi sisätiloissaan ja veden tulon ja poistumisen prosessien säätelemiseksi, liuenneiden aineiden tulon ja / tai poistumisen säätelemiseksi, ja tähän osmoregulaatio viittaa.

Mikä on osmoregulaatio?

Osmoottisen säätelyn päätavoite on säätää veden ja liuenneiden aineiden sisääntuloa ja poistoa niin, että sekä nesteosastojen tilavuus että koostumus pysyvät vakiona.

Tässä mielessä voidaan harkita kahta näkökohtaa, toista vaihtamista organismin ja ympäristön välillä ja toista vaihtamista kehon eri osastojen välillä.

Veden ja liuenneiden aineiden pääsy ja poistuminen tapahtuu erilaisilla mekanismeilla:

- Esimerkiksi korkeampien selkärankaisten eläinten tuloja säätelee veden ja liuenneiden aineiden saanti, asia, joka puolestaan ​​riippuu hermoston ja endokriinisten järjestelmien aktiivisuudesta, joka myös puuttuu näiden aineiden erittyminen munuaisten kautta.

- Verisuonikasvien tapauksessa veden ja liuenneiden aineiden imeytyminen tapahtuu lehtien höyrystymistä edistävien prosessien ansiosta. Nämä prosessit "vetävät" vesipylvään ja ajavat sen ylöspäin liikkumisen kasvin läpi juurista, mikä liittyy veden potentiaaliin.

Organismin eri osastojen välinen vaihto ja tasapaino tapahtuu kertymällä liuenneita aineita toiseen osastoon niiden aktiivisen kuljetuksen kautta. Esimerkiksi solujen sisällä olevan liuenneen aineen määrän kasvu määrää veden liikkumisen niitä kohti ja niiden tilavuuden lisääntymisen.

Tasapaino tässä tapauksessa koostuu solunsisäisen osmolaarisen pitoisuuden ylläpidosta, joka on riittävä ylläpitämään vakio solutilavuus, ja tämä saavutetaan ansiosta, että proteiineja on mukana eri kuljetusaktiivisuuksilla, joista ATPaasi-pumput ja muut kuljettajat erottuvat..

Osmoregulaatio kasveissa

Kasvit tarvitsevat vettä elääkseen samalla tavalla kuin eläimet ja muut yksisoluiset organismit. Heissä, kuten kaikissa elävissä olennoissa, vesi on välttämätöntä kaikkien kasvuun ja kehitykseen liittyvien aineenvaihduntareaktioiden toteuttamiseksi, jotka liittyvät solujensa muodon ja turgorin ylläpitämiseen.

Elämänsä aikana ne ovat alttiina vaihteleville vesieroille, jotka riippuvat heitä ympäröivästä ympäristöstä, erityisesti ilmankosteudesta ja auringon säteilytasosta.

Kasvien organismeissa osmoregulaatio täyttää turgoripotentiaalin ylläpitämisen tehtävän kertymällä tai vähentämällä liuenneita aineita vastauksena vesistressiin, mikä antaa niille mahdollisuuden jatkaa kasvuaan.

Veden liikkuminen juurisoluissa (yksinkertainen kuljetus ja apoplastinen kuljetus) (Lähde: Dylan W. Schwilk Wikimedia Commonsin kautta)

Juurikarvojen ja endodermisten välillä löydetty vesi virtaa juurisolujen välillä apoplastina tunnetun solunulkoisen osaston (apoplastinen kuljetus) tai sytoplasmisten yhteyksien (yksinkertainen kuljetus) kautta, kunnes se suodatetaan ionien ja mineraaleja endodermisoluihin ja kulkee sitten verisuonen kimppuihin.

Kun vesi ja mineraaliravinteet kulkevat juuresta maaperästä ilmaelimiin, kehon eri kudosten solut "ottavat" vesimäärät ja liukoisten aineiden määrät, jotka ovat tarpeen tehtäviensä suorittamiseksi.

Kasveissa, kuten monissa korkeammissa organismeissa, veden kulkeutumista ja karkottamista säätelevät kasvua säätelevät aineet (fytohormonit), jotka moduloivat reaktioita erilaisiin ympäristöolosuhteisiin ja muihin luontaisiin tekijöihin.

- Vesipotentiaali ja painepotentiaali

Koska solujen solunsisäinen pitoisuus kasvisoluissa on korkeampi kuin niiden ympäristössä, vedellä on taipumus diffundoitua osmoosilla sisätiloihin, kunnes soluseinämän aiheuttama painepotentiaali sallii sen, ja tämä tekee soluista solut ovat tiukkoja tai turkkilaisia.

Vesipotentiaali on yksi tekijöistä, jotka liittyvät sekä kasvien että niiden ympäristön ja kudosten solujen vedenvaihtoon keskenään.

Se liittyy kahden osaston välisen veden virtaussuunnan mittaamiseen, ja se käsittää osmoottisen potentiaalin ja soluseinämän aiheuttaman painepotentiaalin summan.

Kasveissa, koska solunsisäinen liuenneen aineen pitoisuus on yleensä korkeampi kuin solunulkoisen ympäristön, osmoottinen potentiaali on negatiivinen luku; kun taas painepotentiaali on yleensä positiivinen.

Mitä pienempi osmoottinen potentiaali, sitä negatiivisempi on vesipotentiaali. Jos sitä pidetään soluna, niin sanotaan, että vesi tulee siihen mahdollisen gradientinsa seurauksena.

Osmoregulaatio eläimissä

Monisoluiset selkärankaiset ja selkärangattomat käyttävät erilaisia ​​järjestelmiä sisäisen homeostaasin ylläpitämiseksi, mikä riippuu ehdottomasti heidän käyttämästään elinympäristöstä; ts. adaptiiviset mekanismit ovat erilaisia ​​suolaisen, makean veden ja maaeläinten välillä.

Erilaiset mukautukset riippuvat usein erikoistuneista elimistä osmoregulaatiota varten. Luonnossa yleisimpiä tunnetaan nefriidioeliminä, jotka ovat erikoistuneita eritysrakenteita, jotka toimivat putkijärjestelmänä, joka aukeaa ulkopuolelle huokosten kautta, nimeltään nephridiopores.

Flatwormilla on sellaisia ​​rakenteita, joita kutsutaan protonephridiumsiksi, kun taas annelideilla ja nilviäisillä on metanephridia. Hyönteisillä ja hämähäkkeillä on versio munuaiselimistä, nimeltään Malpighi-tubululit.

Selkärankaisilla eläimillä saavutetaan osmoregulatoiva ja erittyvä järjestelmä, joka koostuu pääasiassa munuaisista, mutta hermo- ja endokriiniset järjestelmät, ruuansulatusjärjestelmä, keuhkot (tai kidukset) ja iho osallistuvat myös tähän vesitasapainon ylläpitämisprosessiin.

- Vesieläimet

Meren selkärangattomia pidetään osmoadaptiivisina organismeina, koska heidän ruumiinsa ovat osmoottisessa tasapainossa ympäröivän veden kanssa. Vesi ja suolat tulevat diffuusion kautta ja poistuvat siitä, kun ulkoiset pitoisuudet muuttuvat.

Selkärangattomia, jotka asuvat suistoissa, joissa suolaveden pitoisuus vaihtelee huomattavasti, kutsutaan osmoregulatoiviksi organismeiksi, koska niillä on monimutkaisempia säätelymekanismeja johtuen siitä, että niiden sisäosien suolakonsentraatio on erilainen kuin veden, jossa he asuvat.

Makean veden kalojen suolaliuospitoisuus on niiden sisätiloissa paljon korkeampi kuin niitä ympäröivän veden pitoisuus, joten niiden sisäosaan tulee paljon vettä osmoosilla, mutta se erittyy laimennetun virtsaan.

Lisäksi joillakin kalalajeilla on kudokesoluja suolan kulkeutumiseen.

Merenelävät, joiden suolapitoisuus on alhaisempi kuin ympäristössä, saavat vettä juomalla sitä merestä ja poistavat ylimääräisen suolan virtsasta. Monilla merilintuilla ja matelijoilla on "suolarauhaset", joita he käyttävät vapauttamaan ylimääräistä suolaa, jonka he saavat meriveden juomisen jälkeen.

Useimmat merinisäkkäät syövät suolavettä ruokkiessaan, mutta niiden sisäosissa on yleensä pienempi suolakonsentraatio. Homeostaasin ylläpitämiseen käytettävä mekanismi on virtsan tuottaminen, jolla on korkea pitoisuus suoloja ja ammoniakkia.

Ero kasvien ja eläinten osmoregulaatiossa

Kasvisolun ihanteellinen tila eroaa huomattavasti eläinsolun tilasta, tosiasia, joka liittyy soluseinämän läsnäoloon, joka estää solun liiallisen paisumisen veden pääsyn takia.

Eläimissä solunsisäinen tila on osmoottisessa tasapainossa solunulkoisten nesteiden kanssa ja osmoregulaatioprosessit ovat vastuussa tämän tilan ylläpidosta.

Kasvisolut sitä vastoin vaativat turgoria, jonka ne saavuttavat pitämällä solunsisäisen nesteen keskittyneemmin kuin sen ympäristö, minkä vuoksi vesi taipumus päästä niihin.

esimerkit

Kaikkien edellä käsiteltyjen tapausten lisäksi hyvä esimerkki osmoregulaatiojärjestelmistä on ihmiskehosta löytyvä:

Ihmisissä kehon nesteiden normaalin tilavuuden ja osmolaarisuuden ylläpitämiseen sisältyy veden ja liuenneiden aineiden sisääntulon ja ulostulon välinen tasapaino, ts. Tasapaino, missä tulo on yhtä suuri kuin ulostulo.

Koska tärkein solunulkoinen liuennut aine on natrium, solunulkoisen nesteen tilavuuden ja osmolaarisuuden säätely riippuu melkein yksinomaan veden ja natriumin tasapainosta.

Vesi pääsee kehoon kuluneiden ruokien ja nesteiden kautta (joiden säätely riippuu janojen mekanismeista) ja tuotetaan sisäisesti ruoan (aineenvaihduntaveden) hapetusprosessien seurauksena.

Veden poistuminen tapahtuu tuntemattomilla menetyksillä, hikillä, ulosteella ja virtsalla. Erittyvän virtsan määrää säätelee antidiureettisen hormonin (ADH) taso plasmassa.

Natrium pääsee kehoon nautitun ruoan ja nesteiden kautta. Se häviää hiki, uloste ja virtsa. Sen häviäminen virtsan kautta on yksi mekanismeista kehon natriumpitoisuuden säätelemiseksi ja riippuu munuaisen luontaisesta toiminnasta, jota säätelee aldosteronihormoni.

Viitteet

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Oleellinen solubiologia. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis -ryhmä.
2. Cushman, J. (2001). Osmoregulaatio kasveissa: vaikutukset maatalouteen. Amer. Zool., 41, 758 - 769.
3. Morgan, JM (1984). Osmoregulaatio ja vesistressi korkeissa kasveissa. Ann. Rev. Plant Physiol., 35, 299 - 319.
4. Nabors, M. (2004). Johdanto kasvitiedeeseen (1. painos). Pearson koulutus.
5. Solomon, E., Berg, L., ja Martin, D. (1999). Biologia (5. painos). Philadelphia, Pennsylvania: Saunders College Publishing.
6. West, J. (1998). Lääketieteellisen käytännön fysiologiset perusteet (12. painos). Mexico DF: Toimittaja Médica Panamericana.