OSMOREGULĀCIJA: KAS TAS IR, AUGOS, DZĪVNIEKOS, PIEMĒRI - BIOLOĢIJA - 2025

Osmoregulation ir process, kas ir atbildīgs par uzturēšanu homeostāzes šķidrumu ķermeņa, aktīvi regulējot iekšējo osmotisko spiedienu. Tās mērķis ir uzturēt pietiekamus dažādu bioloģisko nodalījumu tilpumus un osmolārās koncentrācijas, kas ir svarīgi organismu pareizai darbībai.

Var uzskatīt, ka bioloģisko ūdeni izplata nodalījumos, kas ietver šūnu iekšpusi (intracelulāru nodalījumu) un daudzšūnu organismu gadījumā šķidrumu, kas apņem šūnas (ārpusšūnu vai intersticiālu nodalījumu).

Ūdens un jonu pārvietošanās saldūdens telostus zivīs (Avots: Raver, Duane; modificējis Biezl (Pats darbs), nenoteikts Tulkoja spāņu valodā ar –Cristina Busch (saruna) 20:53, 2014. gada 1. septembris (UTC), izmantojot Wikimedia Commons )

Sarežģītākos organismos ir arī intravaskulārs nodalījums, kas iekšējo un ārpusšūnu šķidrumu nonāk saskarē ar ārējo vidi. Šos trīs nodalījumus atdala ar selektīvās caurlaidības bioloģiskajām membrānām, kas ļauj brīvi iziet ūdeni un lielākā vai mazākā mērā ierobežo daļiņu caurlaidību, kas ir šķīdumā šajā šķidrumā.

Gan ūdens, gan dažas sīkas daļiņas var brīvi pārvietoties pa membrānas porām, difūzijas ceļā un sekojot to koncentrācijas gradientam. Citi, lielāki vai elektriski uzlādēti, var pāriet tikai no vienas puses uz otru, izmantojot citas molekulas, kuras kalpo kā transporta līdzeklis.

Osmotiskie procesi ir saistīti ar ūdens pārvietošanos no vienas vietas uz otru pēc tā koncentrācijas gradienta. Tas ir, tas pārvietojas no nodalījuma, kurā viņa ir viskoncentrētākā, uz to, kur viņas koncentrēšanās ir mazāka.

Ūdens ir koncentrētāks tajā vietā, kur osmolārā koncentrācija (osmotiski aktīvo daļiņu koncentrācija) ir zemāka, un otrādi. Pēc tam tiek teikts, ka ūdens pārvietojas no vietas ar mazu osmolāru koncentrāciju uz citu, kur osmolārā koncentrācija ir augstāka.

Dzīvās būtnes ir izstrādājušas sarežģītus mehānismus, lai kontrolētu osmotisko līdzsvaru savā iekšienē un regulētu ūdens iekļūšanas un izplūdes procesus, regulējot izšķīdušo vielu iekļūšanu un / vai izeju, un uz to atsaucas osmoregulācija.

Kas ir osmoregulācija?

Osmozes regulēšanas galvenais mērķis ir pielāgot ūdens un izšķīdušo vielu ieplūdi un izvadi tā, lai šķidruma nodalījumu tilpums un sastāvs nemainītos.

Šajā ziņā var apsvērt divus aspektus: viens apmaiņa starp organismu un vidi, otrs - apmaiņa starp dažādiem ķermeņa nodalījumiem.

Ūdens un izšķīdušo vielu iekļūšana un izplūde notiek ar dažādiem mehānismiem:

- Piemēram, augstāku mugurkaulnieku gadījumā ienākumus regulē ūdens un izšķīdušo vielu uzņemšana, un tas ir jautājums, kas savukārt ir atkarīgs no nervu un endokrīno sistēmu darbības, kas arī iejaucas dzīvnieku šo vielu izdalīšana caur nierēm.

- Asinsvadu augu gadījumā ūdens un izšķīdušo vielu absorbcija notiek, pateicoties evapotranspirācijas procesiem, kas notiek lapās. Šie procesi "izvelk" ūdens stabu un virza to augšup pa augu no saknēm, kas ir saistīts ar ūdens potenciālu.

Apmaiņa un līdzsvars starp dažādiem organisma nodalījumiem notiek, uzkrājoties izšķīdušajām vielām vienā vai otrā nodalījumā, to aktīvajam transportam. Piemēram, izšķīdušo vielu skaita palielināšanās šūnās nosaka ūdens kustību pret tām un to tilpuma palielināšanos.

Līdzsvars šajā gadījumā sastāv no tāda, ka tiek uzturēta starpšūnu osmolārā koncentrācija, kas ir pietiekama, lai uzturētu nemainīgu šūnu tilpumu, un tas tiek panākts, pateicoties olbaltumvielu līdzdalībai ar dažādām transporta aktivitātēm, starp kurām izceļas ATPāzes pumpji un citi transportētāji. .

Osmoregulācija augos

Augiem ir nepieciešams ūdens, lai dzīvotu tādā pašā mērā kā dzīvnieki un citi vienšūnas organismi. Viņos, tāpat kā visās dzīvajās būtnēs, ūdens ir būtisks, lai veiktu visas metabolisma reakcijas, kas saistītas ar augšanu un attīstību, kas saistītas ar viņu šūnu formas un turgora saglabāšanu.

Dzīves laikā viņi ir pakļauti mainīgiem hidriskiem apstākļiem, kas ir atkarīgi no apkārtējās vides, it īpaši no atmosfēras mitruma un saules starojuma līmeņa.

Augu organismos osmoregulācija pilda turgora potenciālu, uzkrājoties vai samazinot izšķīdušās vielas, reaģējot uz ūdens stresu, kas ļauj tiem turpināt augt.

Ūdens kustība sakņu šūnās (vienkāršs un apoplastisks transports) (Avots: Dylan W. Schwilk, izmantojot Wikimedia Commons)

Ūdens, kas atrodas starp sakņu matiņiem un endodermu, plūst starp sakņu šūnām caur ārpusšūnu nodalījumu, kas pazīstams kā apoplast (apoplastiskais transports), vai caur citoplazmas savienojumiem (vienkāršs transports), līdz tas tiek filtrēts kopā ar joniem un minerāli nonāk endoderma šūnās un pēc tam nonāk pie asinsvadu saišķiem.

Tā kā ūdeni un minerālvielu barības vielas no saknēm uz augsni transportē uz gaisa orgāniem, dažādu ķermeņa audu šūnas "uzņem" ūdens daudzumus un izšķīdušo vielu daudzumu, kas nepieciešami to funkciju veikšanai.

Augos, tāpat kā daudzos augstākajos organismos, ūdens iekļūšanas un izvadīšanas procesus regulē augšanu regulējošas vielas (fitohormoni), kas modulē reakciju uz dažādiem vides apstākļiem un citiem raksturīgiem faktoriem.

- ūdens potenciāls un spiediena potenciāls

Tā kā izšķīdušo vielu intracelulārā koncentrācija augu šūnās ir augstāka nekā to vidē, ūdenim ir tendence difuzēt ar osmozes palīdzību uz iekšpusi, līdz to ļauj spiediena potenciāls, ko rada šūnu siena, un tas ir tas, kas šūnas padara šūnas ir stingras vai turgid.

Ūdens potenciāls ir viens no faktoriem, kas saistīti ar ūdens apmaiņu abos augos ar apkārtējo vidi un audu šūnās savā starpā.

Tas ir saistīts ar ūdens plūsmas virziena mērīšanu starp diviem nodalījumiem, un tajā ietilpst osmotiskā potenciāla summa ar spiediena potenciālu, ko rada šūnas siena.

Tā kā augos intracelulārā izšķīdinātā koncentrācija parasti ir augstāka nekā ārpusšūnu vidē, osmotiskais potenciāls ir negatīvs; savukārt spiediena potenciāls parasti ir pozitīvs.

Jo zemāks osmotiskais potenciāls, jo negatīvāks ir ūdens potenciāls. Ja to uzskata par šūnu, tad tiek teikts, ka ūdens tajā ienāks pēc tā potenciālā gradienta.

Osmoregulācija dzīvniekiem

Daudzšūnu mugurkaulnieki un bezmugurkaulnieki izmanto dažādas sistēmas, lai uzturētu iekšējo homeostāzi, tas ir stingri atkarīgs no dzīvotnes, ko tie aizņem; tas ir, adaptīvie mehānismi ir atšķirīgi starp sālsūdens, saldūdens un sauszemes dzīvniekiem.

Dažādās adaptācijas bieži ir atkarīgas no specializētiem osmoregulācijas orgāniem. Dabā visbiežāk tos sauc par nefridiālajiem orgāniem, kas ir specializētas ekskrēcijas struktūras, kas darbojas kā cauruļu sistēma, kas atveras uz ārpusi caur porām, kuras sauc par nefridioporām.

Plakanajiem tārpiem ir tādas struktūras, kas pazīstamas kā protonefrīdi, savukārt annelīdiem un gliemjiem ir metanefridijas. Kukaiņiem un zirnekļiem ir nefridiālo orgānu versija, ko sauc par Malpighi Tubules.

Mugurkaulniekiem tiek sasniegta osmoregulējoša un izdalīšanas sistēma, kas galvenokārt sastāv no nierēm, bet nervu un endokrīnās sistēmas, gremošanas sistēma, plaušas (vai žaunas) un āda piedalās arī šajā ūdens līdzsvara uzturēšanas procesā.

- ūdensdzīvnieki

Jūras bezmugurkaulniekus uzskata par osmoadaptīviem organismiem , jo viņu ķermeņi ir osmotiski līdzsvarā ar ūdeni, kas tos ieskauj. Ūdens un sāļi nonāk un iziet difūzijas ceļā, mainoties ārējai koncentrācijai.

Bezmugurkaulniekus, kas dzīvo estuāros, kur fizioloģiskā šķīduma koncentrācija uzrāda ievērojamas svārstības, sauc par osmoregulējošiem organismiem , jo tiem ir sarežģītāki regulēšanas mehānismi tāpēc, ka sāļu koncentrācija viņu iekšienē atšķiras no ūdens, kurā viņi dzīvo.

Saldūdens zivju fizioloģiskā koncentrācija to iekšpusē ir daudz augstāka nekā ūdens, kas tos ieskauj, tāpēc to iekšpusē osmozes ceļā nonāk daudz ūdens, bet tas izdalās atšķaidīta urīna veidā.

Turklāt dažām zivju sugām ir žaunu šūnas sāls ievadīšanai.

Jūras mugurkaulnieki, kuru sāls koncentrācija ir zemāka nekā viņu vidē, ūdeni iegūst, dzerot to no jūras, un izvada lieko sāli urīnā. Daudziem jūras putniem un rāpuļiem ir "sāls dziedzeri", kurus viņi izmanto, lai atbrīvotu lieko sāli, ko viņi saņem pēc jūras ūdens dzeršanas.

Lielākā daļa jūras zīdītāju barojas ar sālsūdeni, bet viņu iekšienē parasti ir zemāka sāls koncentrācija. Homeostāzes uzturēšanas mehānisms ir urīna ražošana ar augstu sāļu un amonjaka koncentrāciju.

Augu un dzīvnieku osmoregulācijas atšķirība

Augu šūnas ideālais stāvoklis ievērojami atšķiras no dzīvnieka šūnas stāvokļa - tas ir saistīts ar šūnas sienas klātbūtni, kas novērš pārmērīgu šūnas izplešanos ūdens iekļūšanas dēļ.

Dzīvniekiem intracelulārā telpa atrodas osmotiskā līdzsvarā ar ārpusšūnu šķidrumiem, un osmoregulācijas procesi ir atbildīgi par šī stāvokļa uzturēšanu.

No otras puses, augu šūnām ir nepieciešams turgors, ko tās panāk, noturot starpšūnu šķidrumu koncentrētāku nekā tā vide, tāpēc ūdenim ir tendence iekļūt tajos.

Piemēri

Papildus visiem iepriekš apskatītajiem gadījumiem labs osmoregulācijas sistēmu piemērs ir tāds, kāds atrodams cilvēka ķermenī:

Cilvēkiem ķermeņa šķidrumu normāla tilpuma un osmolaritātes uzturēšana nozīmē līdzsvaru starp ūdens un izšķīdušo vielu ieplūdi un izvadi, tas ir, līdzsvaru, kurā ievade ir vienāda ar izvadi.

Tā kā galvenais ārpusšūnu šķīdinātājs ir nātrijs, ārpusšūnu šķidruma tilpuma un osmolaritātes regulēšana gandrīz ir atkarīga tikai no ūdens un nātrija līdzsvara.

Ūdens organismā nonāk caur patērēto pārtiku un šķidrumiem (kuru regulēšana ir atkarīga no slāpes mehānismiem), un tas tiek ražots iekšēji pārtikas (vielmaiņas ūdens) oksidācijas procesu rezultātā.

Ūdens izplūde notiek ar nemanāmiem zaudējumiem, sviedriem, fekālijām un urīnu. Izdalītā urīna daudzumu regulē antidiurētiskā hormona (ADH) līmenis plazmā.

Nātrijs iekļūst ķermenī ar norītu pārtiku un šķidrumiem. Tas tiek zaudēts ar sviedriem, fekālijām un urīnu. Tās zudums caur urīnu ir viens no mehānismiem ķermeņa nātrija satura regulēšanai un ir atkarīgs no nieres iekšējās funkcijas, ko regulē hormons aldosterons.

Atsauces

1. Alberts, B., Deniss, B., Hopkins, K., Džonsons, A., Lūiss, J., Rafs, M., … Valters, P. (2004). Būtiskā šūnu bioloģija. Abingdons: Garland Science, Taylor & Francis grupa.
2. Kušmens, J. (2001). Osmoregulācija augos: ietekme uz lauksaimniecību. Amer. Zool. , 41, 758–769.
3. Morgans, JM (1984). Osmoregulācija un ūdens stress augstākajos augos. Ann. Augu fiziols. , 35, 299-319.
4. Nabors, M. (2004). Ievads botānikā (1. red.). Pīrsona izglītība.
5. Zālamans, E., Bergs, L., un Martins, D. (1999). Bioloģija (5. izdevums). Filadelfija, Pensilvānija: Saunders koledžas izdevniecība.
6. West, J. (1998). Medicīnas prakses fizioloģiskās bāzes (12. izdevums). Meksika DF: redaktore Médica Panamericana.