osmosas

osmosas yra nukreiptas molekulinių dalelių srautas per pusiau pralaidžią membraną. Biologijoje jis yra ypač svarbus reguliuojant vandens balansą ląstelėse.

Kas yra osmozė?

Osmozė yra nukreiptas molekulių dalelių srautas per pusiau pralaidžią membraną. Biologijoje jis yra ypač svarbus reguliuojant vandens balansą ląstelėse.

Osmozė graikų kalba reiškia „įsiskverbimą“. Jis apibūdinamas kaip savaiminis tirpiklių, tokių kaip vanduo, praėjimas per pasirinktinai pralaidžią membraną. Membrana yra pralaidi tik tirpikliui, bet ne ištirpusioms medžiagoms. Tik vieno komponento selektyvi difuzija lemia cheminio potencialo pusiausvyrą abiejose membranos pusėse.

Osmozė yra paplitusi gamtoje. Visų pirma biologinėse membranose būtina selektyviai keistis medžiagomis, kad galėtų vykti biologiniai pernešimo procesai. Tačiau aktyvūs, daug energijos sunaudojantys transportavimo procesai taip pat užtikrina, kad pasyviai atsirandantis osmosinis slėgis neturi destruktyvaus poveikio ląstelei.

Nors normaliais difuzijos procesais grįžti neįmanoma, o osmozė yra grįžtamasis procesas.

Funkcija ir užduotis

Osmozės metu tirpalo arba gryno tirpiklio molekulės selektyviai pasklinda per membraną, kol cheminis potencialas bus subalansuotas abiejose membranos pusėse. Pavyzdžiui, koncentruotas tirpalas iš kitos pusės skiedžiamas tirpikliu tol, kol susidaręs hidrostatinis slėgis neleidžia tolimesnei difuzijai.

Molekulės gali migruoti per membraną, nepriklausomai nuo to, iš kurios pusės jos kilusios. Tačiau jie visada labiau linkę pasiskirstyti didžiausio potencialo skirtumo link.

Kai cheminis potencialas yra subalansuotas, iš kairės į dešinę migruoja tiek pat dalelių, kiek iš dešinės į kairę. Taigi išoriškai niekas daugiau nesikeičia. Tačiau, norint koncentruoto tirpalo praskiesti, iš vienos pusės susikaupė didesnis skysčio kiekis, kuris sukėlė aukštą slėgį (osmosinį slėgį). Jei membrana nebegali atlaikyti slėgio, ląstelė gali būti sunaikinta.

Aktyvūs transportavimo procesai per membraną užtikrina, kad tam tikros medžiagos pašalinamos naudojant energiją. Ryškus osmosinio proceso pavyzdys yra prinokusių vyšnių patinimas, kai į jas pridedama vandens. Vanduo prasiskverbia pro išorinę vaisiaus odelę, o cukrus negali išeiti. Praskiedimo procesas vaisiuose tęsiasi tol, kol vaisius sprogo.

Kūno viduje osmosinių ir aktyvių, energiją vartojančių transportavimo procesų derinys užtikrina, kad biocheminiai procesai vyktų sklandžiai erdvėse, kurias skiria biomembranos. Gali egzistuoti ląstelės, kurios atsiskiria nuo išorinės aplinkos, tačiau nuolat keičiasi medžiagomis su ja.

Organelės taip pat yra ląstelėje, kur gali vykti atskiros reakcijos. Kad osmosinis slėgis padidėtų iki tokio lygio, kad biomembranos plyštų, molekulės išstumiamos vykstant aktyviam transportavimo procesui.

Žinduolių ląstelėse, padidėjus osmosiniam slėgiui, baltymas NFAT5 gaminamas didesniu mastu. Tai suteikia daugybę kovos mechanizmų, apsaugančių ląstelę nuo hipertoninio streso (perteklinio slėgio). Proceso metu gaminami transportiniai baltymai, kurie, panaudodami energiją, iš ląstelės išveda tam tikras medžiagas. Be kita ko, šlapime esančios medžiagos, tokios kaip gliukozė ir elektrolitų perteklius, išsiskiria per inkstus, kad būtų reguliuojamas osmosinis slėgis organizme.

Ligos ir negalavimai

Osmozė taip pat vaidina svarbų vaidmenį reguliuojant elektrolitų pusiausvyrą. Elektrolitai yra ištirpintos druskos ir susideda iš teigiamai įkrautų metalų jonų, tokių kaip natrio, kalio, magnio arba kalcio jonai, ir neigiamai įkrautų anijonų, tokių kaip chlorido, bikarbonato arba fosfato anijonai.

Jų būna skirtingose ​​koncentracijose ląstelėje (tarpląstelinėje), ląstelių išorėje (intersticinėje) arba kraujyje (intravaskulinėje). Koncentracijos skirtumai sukuria elektrinę įtampą ląstelių membranose ir taip sužadina daugybę procesų ląstelės lygyje. Jei sutrinka koncentracijos skirtumai, sumaišomas ir visas elektrolitų balansas.

Inkstai reguliuoja šį elektrolitų balansą įvairiais mechanizmais, tokiais kaip troškulio mechanizmai, hormoniniai procesai ar peptidai, kurie veikia inkstus. Esant stipriam viduriavimui, vėmimui, kraujo netekimui ar inkstų nepakankamumui, gali sutrikti vandens ir elektrolitų pusiausvyra. Kiekvieno elektrolito koncentracija gali būti per didelė arba per maža.

Vandens ir elektrolitų pusiausvyros sutrikimai kartais yra pavojingi gyvybei, atsižvelgiant į jų sunkumą. Tokių būklių pavyzdžiai yra dehidracija, hiperhidratacija, hiper- ir hipovolemija (padidėja arba sumažėja kraujo tūris), hipo- ir hipernatremija, hipo- ir hiperkalemija arba hipo- ir hiperkalcemija.

Kiekviena iš šių sąlygų reikalauja intensyvaus gydymo. Paprastai vandens ir elektrolitų pusiausvyra greitai vėl išbalansuoja. Tačiau jei inkstų nepakankamumas ar kita liga sutrikdo aktyvaus transportavimo ir osmosinių procesų reguliavimo mechanizmą, gali atsirasti lėtinis elektrolitų sutrikimas. Dėl to atsiranda edema, širdies ir kraujagyslių ligos, smegenų edema, sumišimo būsenos ar traukuliai.

Vandens ir elektrolitų pusiausvyros santykis su biologiniais procesais organizme yra toks sudėtingas, kad panašūs simptomai dažnai pastebimi esant visų formų elektrolitų sutrikimams. Elektrolitų balanso nustatymas turėtų būti vienas iš standartinių tyrimų, jei šie simptomai yra lėtiniai.