OSMOREGULACE: CO TO JE, U ROSTLIN, U ZVÍŘAT, PŘÍKLADY - BIOLOGIE - 2025

Osmoregulace je proces, který je zodpovědný za udržování homeostázy tekutin v těle tím, že aktivně regulaci jeho vnitřní osmotický tlak. Jeho účelem je udržovat přiměřené objemy a osmolarní koncentrace různých biologických kompartmentů, které jsou nezbytné pro správné fungování organismů.

Biologickou vodu lze považovat za distribuovanou v kompartmentech, které zahrnují buněčný vnitřek (intracelulární kompartment) a v případě mnohobuněčných organismů tekutinu, která obklopuje buňky (extracelulární nebo intersticiální kompartment).

Pohyb vody a iontů ve sladkovodních tělových rybách (Zdroj: Raver, Duane; upraveno Biezlem (Vlastní práce), nedefinováno Přeloženo do španělštiny - Cristina busch (talk) 20:53, 1. září 2014 (UTC) přes Wikimedia Commons)

Ve složitějších organismech je také intravaskulární kompartment, který přivádí intra a extracelulární tekutinu do kontaktu s vnějším prostředím. Tyto tři oddíly jsou odděleny biologickými membránami se selektivní permeabilitou, které umožňují volný průchod vody a ve větší či menší míře omezují průchod částic, které jsou v roztoku v této kapalině.

Jak voda, tak některé malé částice se mohou volně pohybovat póry v membráně, difúzí a sledováním jejich koncentračních gradientů. Jiné, větší nebo elektricky nabité, mohou procházet pouze z jedné strany na druhou pomocí jiných molekul, které slouží jako dopravní prostředek.

Osmotické procesy mají co do činění s pohybem vody z jednoho místa na druhé po koncentračním gradientu. To znamená, že se pohybuje z oddělení, ve kterém je nejvíce koncentrovaná, do prostoru, kde je její koncentrace menší.

Voda je koncentrovanější v místě, kde je osmolar koncentrace (koncentrace osmoticky aktivních částic) nižší a naopak. O vodě se pak říká, že se pohybuje z místa s nízkou osmolarní koncentrací do jiného s vyšší osmolarní koncentrací.

Živé bytosti vyvinuly složité mechanismy pro ovládání osmotické rovnováhy ve svém vnitřku a pro regulaci procesů vstupu a výstupu vody, regulování vstupu a / nebo výstupu solutů, a to je to, na co se odkazuje osmoregulace.

Co je osmoregulace?

Hlavním cílem osmotické regulace je upravit přívod a odtok vody a solutů tak, aby objem i složení kapalných kompartmentů zůstaly konstantní.

V tomto smyslu lze uvažovat o dvou aspektech, jeden o výměně mezi organismem a prostředím a druhý o výměně mezi různými částmi těla.

Vstup a výstup vody a rozpuštěných látek nastává různými mechanismy:

- V případě vyšších obratlovců je například příjem regulován příjmem vody a solutů, což záleží na aktivitě nervových a endokrinních systémů, které také zasahují do regulace renální exkrece těchto látek.

- V případě cévnatých rostlin dochází k absorpci vody a solutů díky evapotranspiračním procesům, které se odehrávají v listech. Tyto procesy „zatahují“ vodní sloupec a vedou jeho pohyb směrem nahoru rostlinou od kořenů, což souvisí s vodním potenciálem.

Výměna a rovnováha mezi různými kompartmenty organismu nastává akumulací solutů v jednom nebo druhém kompartmentu prostřednictvím jejich aktivního transportu. Například nárůst solutů uvnitř buněk určuje pohyb vody směrem k nim a zvýšení jejich objemu.

Rovnováha v tomto případě spočívá v udržení intracelulární osmolarní koncentrace, která je dostatečná k udržení konstantního objemu buněk, čehož je dosaženo díky účasti proteinů s různými transportními aktivitami, mezi nimiž vynikají ATPázové pumpy a další transportéry..

Osmoregulace v rostlinách

Rostliny potřebují vodu, aby mohly žít ve stejném rozsahu jako zvířata a jiné jednobuněčné organismy. V nich, stejně jako ve všech živých bytostech, je voda nezbytná k provádění všech metabolických reakcí souvisejících s růstem a vývojem, které mají co do činění s udržováním tvaru a turgoru jejich buněk.

Během svého života jsou vystaveny různým hydrickým podmínkám, které závisí na prostředí, které je obklopuje, konkrétně na atmosférické vlhkosti a na úrovních slunečního záření.

U rostlinných organismů plní osmoregulace funkci udržování potenciálu turgoru akumulací nebo snížením množství solutů v reakci na vodní stres, což jim umožňuje pokračovat v růstu.

Pohyb vody v kořenových buňkách (simplastický transport a apoplastický transport) (Zdroj: Dylan W. Schwilk přes Wikimedia Commons)

Voda nalezená mezi kořenovými chloupky a endodermou proudí mezi kořenovými buňkami přes extracelulární kompartment známý jako apoplast (apoplastický transport) nebo přes cytoplazmatická spojení (zjednodušený transport), dokud není filtrována spolu s ionty a minerály do buněk endodermis a pak cestuje do cévních svazků.

Protože voda a minerální živiny jsou přenášeny z půdy kořenem do leteckých orgánů, buňky různých tkání těla "přijímají" objemy vody a množství solutů nezbytných pro plnění jejich funkcí.

V rostlinách, stejně jako v mnoha vyšších organismech, jsou procesy vstupu a vytlačování vody regulovány látkami regulujícími růst (fytohormony), které modulují reakce na různé podmínky prostředí a další vnitřní faktory.

- Vodní potenciál a tlakový potenciál

Protože intracelulární koncentrace solutů v rostlinných buňkách je vyšší než koncentrace jejich prostředí, voda má tendenci difundovat osmózou směrem dovnitř, dokud to tlakový potenciál vyvíjený buněčnou stěnou neumožňuje a to je to, co buňky vytváří buňky jsou pevné nebo turgidní.

Vodní potenciál je jedním z faktorů podílejících se na výměně vody obou rostlin s prostředím a buněk jejich tkání mezi sebou.

To se týká měření směru proudu vody mezi dvěma oddíly a zahrnuje součet osmotického potenciálu s tlakovým potenciálem vyvíjeným buněčnou stěnou.

V rostlinách, protože koncentrace intracelulárního solutu je obvykle vyšší než koncentrace extracelulárního prostředí, osmotický potenciál je záporné číslo; zatímco tlakový potenciál je obvykle kladný.

Čím nižší je osmotický potenciál, tím negativnější je vodní potenciál. Pokud je považována za buňku, pak se říká, že voda ji vstoupí po svém potenciálním gradientu.

Osmoregulace u zvířat

Mnohobuněčné obratlovci a bezobratlí používají různé systémy k udržování vnitřní homeostázy, což je v přísné závislosti na lokalitě, kterou zaujímají; to znamená, že adaptivní mechanismy se liší mezi slanou vodou, sladkou vodou a suchozemskými zvířaty.

Různé přizpůsobení často závisí na specializovaných orgánech pro osmoregulaci. V přírodě jsou nejběžnější známé jako nefridiální orgány, což jsou specializované vylučovací struktury, které fungují jako systém trubek, které se otevírají ven skrze póry zvané nefhridiopory.

Flatworms mají takové struktury známé jako protonephridiums, zatímco annelids a měkkýši mají metanephridia. Hmyz a pavouci mají verzi nefhridiálních orgánů zvanou Malpighi Tubules.

U obratlovců se dosahuje osmoregulačního a vylučovacího systému, který se skládá převážně z ledvin, ale nervový a endokrinní systém, zažívací systém, plíce (žábry) a kůže se rovněž podílejí na tomto procesu udržování vodní rovnováhy.

- Vodní živočichové

Mořští bezobratlí jsou považováni za osmo adaptivní organismy, protože jejich těla jsou v osmotické rovnováze s vodou, která je obklopuje. Voda a soli vstupují a odcházejí difúzí, když se mění vnější koncentrace.

Bezobratlí, kteří žijí v ústí řek, kde koncentrace solného roztoku vykazuje významné výkyvy, jsou známí jako osmoregulační organismy, protože mají složitější regulační mechanismy vzhledem ke skutečnosti, že koncentrace solí v jejich vnitřku je odlišná od koncentrace vody, ve které žijí.

Sladkovodní ryby mají ve svém vnitřním prostředí koncentraci fyziologického roztoku, která je mnohem vyšší než koncentrace vody, která je obklopuje, takže hodně vody vstupuje do jejich vnitřku osmózou, ale to se vylučuje ve formě zředěné moči.

Kromě toho mají některé druhy ryb žábrové buňky pro vstup soli.

Mořští obratlovci, jejichž koncentrace solí je nižší než koncentrace jejich prostředí, získávají vodu pitím z moře a vylučují přebytečnou sůl do moči. Mnoho mořských ptáků a plazů má „slané žlázy“, které používají k uvolnění přebytečné soli, kterou dostanou po pití mořské vody.

Většina mořských savců požívá slanou vodu, když se krmí, ale jejich vnitřek má obvykle nižší koncentraci soli. Mechanismus používaný k udržení homeostázy je produkce moči s vysokou koncentrací solí a amoniaku.

Rozdíl v osmoregulaci mezi rostlinami a zvířaty

Ideální stav rostlinné buňky se výrazně liší od stavu zvířecí buňky, což je skutečnost, která souvisí s přítomností buněčné stěny, která zabraňuje nadměrné expanzi buňky v důsledku pronikání vody.

U zvířat je intracelulární prostor v osmotické rovnováze s extracelulárními tekutinami a za udržování tohoto stavu jsou zodpovědné procesy osmoregulace.

Na druhé straně rostlinné buňky vyžadují turgor, kterého dosáhnou udržováním nitrobuněčné tekutiny koncentrovanější než její prostředí, a proto do nich voda inklinuje.

Příklady

Kromě všech výše diskutovaných případů je dobrým příkladem osmoregulačních systémů ten, který se nachází v lidském těle:

U lidí zahrnuje udržení normálního objemu a osmolarity tělesných tekutin rovnováhu mezi vstupem a výstupem vody a solutů, tj. Rovnováhou, kde se vstup rovná výstupu.

Protože hlavní extracelulární solut je sodík, regulace objemu a osmolarity extracelulární tekutiny závisí téměř výhradně na rovnováze mezi vodou a sodíkem.

Voda vstupuje do těla potravou a spotřebovanými tekutinami (jejichž regulace závisí na mechanismech žízně) a je produkována interně v důsledku oxidačních procesů v potravě (metabolická voda).

K odtoku vody dochází necitlivými ztrátami, potem, stolicí a močí. Objem vylučovaného moči je regulován plazmatickou hladinou antidiuretického hormonu (ADH).

Sodík vstupuje do těla přijímáním potravy a tekutin. Ztrácí se potem, stolicí a močí. Jeho ztráta močí je jedním z mechanismů pro regulaci obsahu sodíku v těle a závisí na vnitřní funkci ledvin, regulované hormonem aldosteronem.

Reference

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Základní buněčná biologie. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Cushman, J. (2001). Osmoregulace v rostlinách: implikace pro zemědělství. Amer. Zool., 41, 758 - 769.
3. Morgan, JM (1984). Osmoregulace a vodní stres ve vyšších rostlinách. Ann. Plant. Physiol., 35, 299 - 319.
4. Nabors, M. (2004). Úvod do botaniky (1. vydání). Pearsonovo vzdělávání.
5. Solomon, E., Berg, L., & Martin, D. (1999). Biologie (5. vydání). Philadelphia, Pensylvánie: Saunders College Publishing.
6. West, J. (1998). Fyziologické základy lékařské praxe (12. vydání). Mexico DF: Editorial Médica Panamericana.