Osmosis

Osmosis on molekyylihiukkasten suunnattu virtaus puoliläpäisevän kalvon läpi. Biologiassa sillä on keskeinen merkitys solujen vesitasapainon säätelemisessä.

Mikä on osmoosi?

Osmoosi on molekyylihiukkasten suunnattu virtaus puoliläpäisevän kalvon läpi. Biologiassa sillä on keskeinen merkitys solujen vesitasapainon säätelemisessä.

Osmoosi tarkoittaa kreikkaksi "tunkeutumista". Sitä kuvataan liuottimien, kuten veden spontaanina kulkuna selektiivisesti läpäisevän kalvon läpi. Kalvo on läpäisevä vain liuottimelle, mutta ei liuenneille aineille. Vain yhden komponentin selektiivinen diffuusio johtaa kemiallisen potentiaalin tasapainoon kalvon molemmilla puolilla.

Osmoosi on yleinen luonteeltaan. Erityisesti biologisissa membraaneissa on välttämätöntä valikoiva aineiden vaihto, jotta biologiset kuljetusprosessit voivat tapahtua. Aktiiviset, energiaa kuluttavat kuljetusprosessit kuitenkin myös varmistavat, että passiivisesti syntyvällä osmoottisella paineella ei ole tuhoavaa vaikutusta soluun.

Vaikka kääntö ei ole mahdollista normaalilla diffuusioprosesseilla, osmoosi on palautuva prosessi.

Toiminto ja tehtävä

Osmoosissa liuoksen tai puhtaan liuottimen molekyylit diffundoituvat selektiivisesti kalvon läpi, kunnes kemialliset potentiaalit ovat tasapainossa tämän kalvon molemmilla puolilla. Esimerkiksi väkevä liuos toisella puolella laimennetaan liuottimella, kunnes kertynyt hydrostaattinen paine estää edelleen diffuusion.

Molekyylit voivat kulkea kalvon läpi riippumatta siitä, mistä puolelta ne tulevat. Ne ovat kuitenkin todennäköisemmin leviämässä suurimman potentiaalieron suuntaan.

Kun kemiallinen potentiaali on tasapainossa, sama määrä hiukkasia kulkee vasemmalta oikealle kuin oikealta vasemmalle. Joten ulkoisesti mikään ei muutu enää. Konsentroidun liuoksen halutun laimentamisen seurauksena toisaalta on kertynyt suurempi määrä nestettä, joka on rakentanut korkean paineen (osmoottinen paine). Jos kalvo ei enää kestä paineita, kenno voidaan tuhota.

Aktiiviset kuljetusprosessit kalvon läpi varmistavat, että tietyt aineet poistuvat energiaa käyttämällä. Kirkas esimerkki osmoottisesta prosessista on kypsien kirsikoiden turpoaminen, kun niihin lisätään vettä. Vesi tunkeutuu hedelmän ulkokuoren läpi, kun taas sokeri ei pääse ulos. Hedelmän sisällä tapahtuva laimennusprosessi jatkuu, kunnes se murtuu.

Kehossa osmoottisten ja aktiivisten, energiaa kuluttavien kuljetusprosessien yhdistelmä varmistaa, että biokemialliset prosessit sujuvat tasaisesti biomembraanien erottamissa tiloissa. Soluja voi olla, jotka eroavat ulkoisesta ympäristöstä, mutta ovat jatkuvasti vaihtamassa aineita sen kanssa.

Organelleja on myös läsnä solussa, jossa voi tapahtua erillisiä reaktioita. Osmoottisen paineen nousun estämiseksi sellaisessa määrin, että biomembraanin repeämät, molekyylit karkotetaan aktiivisten kuljetusprosessien kautta.

Nisäkässoluissa, kun osmoottinen paine kasvaa, NFAT5-proteiini tuotetaan suuremmassa määrin. Se tarjoaa useita vastamekanismeja suojaamaan solua hypertoniselta stressiltä (ylipaine). Prosessissa syntyy kuljetusproteiineja, jotka kanavoivat energiaa käyttämällä tiettyjä aineita solusta. Munuaisten kautta erittyy muun muassa virtsa-aineita kuten glukoosia ja ylimääräisiä elektrolyyttejä kehon osmoottisen paineen säätelemiseksi.

Sairaudet ja vaivat

Osmoosilla on myös tärkeä rooli elektrolyyttitasapainon säätelyssä. Elektrolyytit ovat liuenneita suoloja ja koostuvat positiivisesti varautuneista metalli-ioneista, kuten natrium-, kalium-, magnesium- tai kalsiumioneista, ja negatiivisesti varautuneista anioneista, kuten kloridi-, bikarbonaatti- tai fosfaatti-anioneista.

Niitä esiintyy eri pitoisuuksina solussa (solunsisäisesti), solujen ulkopuolella (interstitiaalinen) tai verenkierrossa (intravaskulaarisesti). Pitoisuuserot tuottavat sähköjännitteen solukalvoille ja laukaisevat siten lukuisia prosesseja solutasolla. Jos pitoisuuserot häiriintyvät, sekoitetaan myös koko elektrolyyttitasapaino.

Munuaiset säätelevät tätä elektrolyyttitasapainoa erilaisten mekanismien, kuten janojen, hormonaalisten prosessien tai munuaisiin vaikuttavien peptidien kautta. Vakavan ripulin, oksentelun, verenhukan tai munuaisten vajaatoiminnan yhteydessä veden ja elektrolyyttitasapaino voi häiriintyä. Jokainen elektrolyytti voi esiintyä pitoisuuksina, jotka ovat joko liian korkeita tai liian pieniä.

Veden ja elektrolyyttitasapainon häiriöt ovat joskus hengenvaarallisia niiden vakavuudesta riippuen. Esimerkkejä sellaisista tiloista ovat dehydraatio, hyperhydraatio, hyper- ja hypovolemia (veren tilavuus kasvaa tai vähenee), hypo- ja hypernatremia, hypo- ja hyperkalemia tai muuten hypo- ja hyperkalkemia.

Jokainen näistä tiloista vaatii intensiivistä hoitoa. Yleensä veden ja elektrolyyttitasapaino tasapainottuu nopeasti uudelleen. Kuitenkin, jos munuaisten vajaatoiminta tai muu sairaus häiritsee aktiivisten kuljetusprosessien ja osmoottisten prosessien välistä säätelymekanismia, seurauksena voi olla kroonisia elektrolyyttihäiriöitä. Seurauksena on ödeema, sydän- ja verisuonisairaudet, aivoödeema, sekavuustilat tai kouristukset.

Veden ja elektrolyyttitasapainon suhteet kehossa esiintyviin biologisiin prosesseihin ovat niin monimutkaiset, että samanlaisia ​​oireita havaitaan usein kaikissa elektrolyyttihäiriöissä. Elektrolyyttitasapainon määrittämisen tulisi olla yksi tavanmukaisista tutkimuksista, jos nämä oireet ovat kroonisia.