OSMOREGULACIJA: KAJ JE TO, V RASTLINAH, PRI ŽIVALIH, PRIMERI - BIOLOGIJA - 2026

Osmoregulation je proces, ki je odgovoren za vzdrževanje homeostaze tekočine v telesu z aktivno regulacijo svojo notranjo osmotskega tlaka. Njegov namen je vzdrževati ustrezne količine in osmolarne koncentracije različnih bioloških oddelkov, kar je bistveno za pravilno delovanje organizmov.

Šteje se, da je biološka voda razporejena v oddelkih, ki vključujejo celično notranjost (medcelični oddelek), v primeru večceličnih organizmov pa tekočino, ki obdaja celice (zunajcelični ali intersticijski oddelek).

Gibanje vode in ionov v sladkovodnih telostusnih ribah (Vir: Raver, Duane; priredil Biezl (Lastno delo), nedefinirano Prevedeno v španščino - Cristina busch (pogovor) 20:53, 1. september 2014 (UTC) prek Wikimedia Commons )

V kompleksnejših organizmih je tudi intravaskularni oddelek, ki prinaša znotraj in zunajcelično tekočino v stik z zunanjim okoljem. Ti trije oddelki so ločeni z biološkimi membranami s selektivno prepustnostjo, ki omogočajo prost prehod vode in v večji ali manjši meri omejujejo prehod delcev, ki se nahajajo v raztopini.

Tako voda kot nekateri majhni delci se lahko prosto gibljejo skozi pore v membrani, z difuzijo in po svojih koncentracijah. Druge, večje ali električno napolnjene, lahko prehajajo le z ene strani na drugo s pomočjo drugih molekul, ki služijo kot prevozno sredstvo.

Osmotski procesi so povezani s premikom vode iz enega kraja v drugega, ki sledi njegovemu koncentracijskemu gradientu. Se pravi, da se premika od predelka, v katerem je najbolj koncentrirana, do tistega, kjer je njena koncentracija manjša.

Voda je bolj koncentrirana na mestu, kjer je osmolarna koncentracija (koncentracija osmotsko aktivnih delcev) nižja in obratno. Nato naj bi se voda premaknila z mesta z nizko osmolarno koncentracijo na drugo z višjo osmolarno koncentracijo.

Živa bitja so razvila zapletene mehanizme za nadziranje osmotskega ravnovesja v svoji notranjosti in uravnavanje procesov vstopa in izstopa vode, urejanja vstopa in / ali izstopa topljencev in na to se nanaša osmoregulacija.

Kaj je osmoregulacija?

Glavni cilj osmotske regulacije je prilagoditi dovod in odtok vode in topil, tako da tako volumen kot sestava tekočih oddelkov ostaneta stalna.

V tem smislu je mogoče obravnavati dva vidika, eden je izmenjava med organizmom in okoljem, drugi pa izmenjava med različnimi telesnimi oddelki.

Vstop in izstopanje vode in topljencev potekajo po različnih mehanizmih:

- Pri višjih vretenčarjih se na primer dohodek uravnava z vnosom vode in topil, kar je odvisno od aktivnosti živčnega in endokrinega sistema, ki prav tako posegata v uravnavanje ledvično izločanje teh snovi.

-V primeru žilnih rastlin absorpcija vode in topil nastane zahvaljujoč procesom evapotranspiracije, ki potekajo v listih. Ti procesi "vlečejo" vodni stolpec in poganjajo njegovo gibanje navzgor skozi rastlino od korenin, kar je povezano z vodnim potencialom.

Izmenjava in ravnotežje med različnimi oddelki organizma se zgodi z kopičenjem topljencev v enem ali drugem oddelku z njihovim aktivnim transportom. Na primer, povečanje topil znotraj celic določa gibanje vode proti njim in povečanje njihove prostornine.

Ravnotežje v tem primeru vključuje ohranjanje znotrajcelične osmolarne koncentracije, ki je primerna za vzdrževanje konstantne volumne celice, kar dosežemo zahvaljujoč sodelovanju beljakovin z različnimi transportnimi aktivnostmi, med katerimi izstopajo črpalke ATPase in drugi prenašalci. .

Osmoregulacija v rastlinah

Rastline potrebujejo vodo za življenje v enaki meri kot živali in drugi enocelični organizmi. V njih je, tako kot pri vseh živih bitjih, voda bistvena za izvajanje vseh presnovnih reakcij, povezanih z rastjo in razvojem, ki so povezane z ohranjanjem oblike in turgor njihovih celic.

V svojem življenju so izpostavljeni spremenljivim hidričnim razmeram, ki so odvisne od okolja, ki jih obdaja, zlasti od atmosferske vlažnosti in ravni sončnega sevanja.

V rastlinskih organizmih osmoregulacija izpolnjuje funkcijo ohranjanja turgor potenciala s kopičenjem ali zmanjšanjem topil kot odziv na vodni stres, kar jim omogoča, da še naprej rastejo.

Premik vode v koreninskih celicah (simplastični transport in apoplastični transport) (Vir: Dylan W. Schwilk prek Wikimedia Commons)

Voda, ki jo najdemo med koreninskimi dlačicami in endodermisom, teče med koreninskimi celicami skozi zunajcelični oddelek, znan kot apoplast (apoplastični transport) ali preko citoplazemskih povezav (poenostavljen transport), dokler se ne filtrira skupaj z ioni in mineralov v celice endodermisa in nato potuje do žilnih snopov.

Ker se voda in mineralna hranila s koreninami prenašajo s korenino do zračnih organov, celice različnih telesnih teles "prevzamejo" količino vode in količine topljencev, ki so potrebne za opravljanje njihovih funkcij.

V rastlinah, tako kot v mnogih višjih organizmih, procese vstopa in izliva vode uravnavajo snovi, ki uravnavajo rast (fitohormoni), ki modulirajo odzive na različne okoljske razmere in druge intrinzične dejavnike.

- Vodni potencial in potencial tlaka

Ker je znotrajcelična koncentracija topljenih snovi v rastlinskih celicah višja kot v njihovem okolju, se voda osmozno razprši proti notranjosti, dokler to ne omogoča tlak, ki ga izvaja celična stena, in to je tisto, kar celice povzroča celice so čvrste ali trde.

Vodni potencial je eden izmed dejavnikov, ki sodelujejo pri izmenjavi vode obeh rastlin z njihovim okoljem in celic njihovih tkiv med seboj.

To je povezano z merjenjem smeri pretoka vode med dvema oddelkoma in obsega vsoto osmotskega potenciala s tlačnim potencialom, ki ga izvaja celična stena.

Ker je koncentracija znotrajceličnega topljenca v rastlinah običajno višja od koncentracije zunajceličnega okolja, je osmotski potencial negativno število; medtem ko je tlak potencial običajno pozitiven.

Nižji je osmotski potencial, bolj je negativen vodni potencial. Če velja za celico, potem se govori, da bo voda vstopila vanjo po njenem potencialnem gradientu.

Osmoregulacija pri živalih

Večcelični vretenčarji in nevretenčarji uporabljajo različne sisteme za vzdrževanje notranje homeostaze, to je v strogi odvisnosti od habitata, ki ga zasedajo; to pomeni, da so prilagodljivi mehanizmi med slano vodo, sladko vodo in kopenskimi živalmi različni.

Različne prilagoditve so pogosto odvisne od specializiranih organov za osmoregulacijo. V naravi so najpogostejši znani kot nefridialni organi, ki so specializirane izločevalne strukture, ki delujejo kot sistem cevi, ki se odpirajo na zunanjo stran skozi pore, imenovane nefridiopore.

Ploščice imajo takšne strukture, ki jih poznamo kot protonefridije, medtem ko imajo koprive in mehkužci metanefridije. Insekti in pajki imajo različico nefridijskih organov, imenovane Malpighijeve tubule.

Pri vretenčarjih se doseže osmoregulacijski in izločevalni sistem, ki ga sestavljajo predvsem ledvice, vendar pri tem procesu ohranjanja vodnega ravnovesja sodelujejo živčni in endokrini sistem, prebavni sistem, pljuča (ali škrge) in koža.

- vodne živali

Morski nevretenčarji veljajo za osmo-prilagodljive organizme , saj so njihova telesa v osmotskem ravnovesju z vodo, ki jih obdaja. Voda in soli vstopijo in difuzijo zapustijo, ko se zunanje koncentracije spremenijo.

Vretenčarji, ki živijo v ustju, kjer koncentracija soli kaže občutno nihanje, so znani kot osmoregulacijski organizmi , saj imajo bolj zapletene regulacijske mehanizme zaradi dejstva, da je koncentracija soli v njihovi notranjosti drugačna od koncentracije vode, v kateri živijo.

Sladkovodne ribe imajo v svoji notranjosti koncentracijo soli, ki je veliko višja od vode, ki jih obdaja, tako da veliko vode v njihovo notranjost vstopi z osmozo, vendar se ta izloči v obliki razredčenega urina.

Poleg tega imajo nekatere vrste rib škržne celice za vnos soli.

Morski vretenčarji, katerih koncentracija soli je nižja od koncentracije v njihovem okolju, vodo pridobivajo tako, da jo pijejo iz morja in v urinu izpuščajo odvečno sol. Mnoge morske ptice in plazilci imajo "solne žleze", ki jih uporabljajo za sproščanje odvečne soli, ki jo dobijo po pitju morske vode.

Večina morskih sesalcev zaužije slano vodo, ko se hrani, vendar je v njihovi notranjosti običajno manjša koncentracija soli. Mehanizem za vzdrževanje homeostaze je proizvodnja urina z visoko koncentracijo soli in amoniaka.

Razlika v osmoregulaciji med rastlinami in živalmi

Idealno stanje rastlinske celice se precej razlikuje od stanja živalske celice, kar je povezano s prisotnostjo celične stene, ki preprečuje prekomerno širitev celice zaradi vdora vode.

Pri živalih je znotrajcelični prostor v osmotskem ravnovesju z zunajceličnimi tekočinami in za vzdrževanje tega stanja so odgovorni procesi osmoregulacije.

Rastlinske celice na drugi strani potrebujejo turgor, kar dosežejo tako, da znotrajcelična tekočina ostane bolj koncentrirana kot njeno okolje, zato voda ponavadi vstopa vanje.

Primeri

Poleg vseh zgoraj obravnavanih primerov je dober primer osmoregulacijskih sistemov tisti, ki ga najdemo v človeškem telesu:

Pri človeku ohranjanje normalne prostornine in osmolarnosti telesnih tekočin vključuje ravnovesje med vnosom in izpustom vode in topil, to je ravnotežja, kjer je vhod enak izhodu.

Ker je glavno zunajtelesno topilo natrij, je uravnavanje volumna in osmolarnosti zunajcelične tekočine skoraj izključno od ravnovesja med vodo in natrijem.

Voda v telo vstopi s hrano in tekočino, ki jo zaužijemo (njena regulacija je odvisna od mehanizmov žeje) in nastane znotraj kot posledica oksidacijskih procesov v hrani (presnovna voda).

Do izstopa vode pride zaradi nerazumljivih izgub, znoj, blata in urina. Količino izločenega urina uravnavamo z nivojem antidiuretičnega hormona (ADH) v plazmi.

Natrij v telo vstopi skozi zaužito hrano in tekočine. Izgubi se skozi znoj, iztrebki in urin. Njegova izguba skozi urin je eden od mehanizmov za uravnavanje telesne vsebnosti natrija in je odvisna od notranje funkcije ledvic, ki jo uravnava hormon aldosteron.

Reference

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Bistvena celična biologija. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Cushman, J. (2001). Osmoregulacija v rastlinah: posledice za kmetijstvo. Amer. Zool. , 41, 758–769.
3. Morgan, JM (1984). Osmoregulacija in vodni stres v višjih rastlinah. Ann Rev. rastlinski fiziol. , 35, 299–319.
4. Nabors, M. (2004). Uvod v botaniko (1. izd.). Pearsonova vzgoja.
5. Solomon, E., Berg, L., & Martin, D. (1999). Biologija (5. izd.). Philadelphia, Pennsylvania: Založništvo Saunders College.
6. West, J. (1998). Fiziološke podlage medicinske prakse (12. izv.). Mehika DF: Uredništvo Médica Panamericana.