OSMOREGULACJA: CO TO JEST U ROŚLIN, U ZWIERZĄT, PRZYKŁADY - BIOLOGIA - 2025

Osmoregulacja jest to proces, który jest odpowiedzialny za utrzymanie homeostazy płynów w ciele aktywnie regulując jego wewnętrznego ciśnienia osmotycznego. Jego celem jest utrzymanie odpowiednich objętości i stężeń osmolarnych różnych przedziałów biologicznych, co jest niezbędne do prawidłowego funkcjonowania organizmów.

Wodę biologiczną można uznać za rozprowadzaną w przedziałach, które obejmują wnętrze komórki (przedział wewnątrzkomórkowy) oraz, w przypadku organizmów wielokomórkowych, płyn otaczający komórki (przedział zewnątrzkomórkowy lub śródmiąższowy).

Ruch wody i jonów w słodkowodnych rybach telostus (Źródło: Raver, Duane; zmodyfikowane przez Biezl (Praca własna), nieokreślone Przetłumaczone na hiszpański przez –Cristina Busch (dyskusja) 20:53, 1 września 2014 (UTC) za pośrednictwem Wikimedia Commons )

W bardziej złożonych organizmach występuje również przedział wewnątrznaczyniowy, który powoduje kontakt płynu wewnątrz i zewnątrzkomórkowego ze środowiskiem zewnętrznym. Te trzy przedziały są oddzielone membranami biologicznymi o selektywnej przepuszczalności, które umożliwiają swobodny przepływ wody i ograniczają, w mniejszym lub większym stopniu, przepływ cząstek znajdujących się w roztworze w tej cieczy.

Zarówno woda, jak i niektóre małe cząsteczki mogą swobodnie przemieszczać się przez pory w membranie w wyniku dyfuzji i podążania za gradientami ich stężeń. Inne, większe lub naładowane elektrycznie, mogą przechodzić z jednej strony na drugą, używając innych cząsteczek, które służą jako środki transportu.

Procesy osmotyczne mają związek z przemieszczaniem się wody z jednego miejsca do drugiego zgodnie z gradientem stężenia. Oznacza to, że przenosi się z przedziału, w którym jest najbardziej skoncentrowana, do tego, w którym jej koncentracja jest mniejsza.

Woda jest bardziej skoncentrowana w miejscu, w którym stężenie osmolarne (stężenie osmotycznie aktywnych cząstek) jest mniejsze i odwrotnie. Następnie mówi się, że woda przemieszcza się z miejsca o niskim stężeniu osmolarnym do innego o wyższym stężeniu osmolarnym.

Żywe istoty rozwinęły złożone mechanizmy kontrolowania równowagi osmotycznej w swoim wnętrzu i regulowania procesów wchodzenia i wychodzenia z wody, regulując dopływ i / lub wypływ substancji rozpuszczonych i do tego właśnie odnosi się osmoregulacja.

Co to jest osmoregulacja?

Głównym celem regulacji osmotycznej jest takie dostosowanie dopływu i odpływu wody i substancji rozpuszczonych, aby zarówno objętość, jak i skład przedziałów cieczy pozostały stałe.

W tym sensie można rozważyć dwa aspekty, jeden to wymianę między organizmem a środowiskiem, a drugi wymianę między różnymi przedziałami ciała.

Wejście i wyjście wody i substancji rozpuszczonych zachodzi za pomocą różnych mechanizmów:

- Na przykład w przypadku wyższych kręgowców dochód jest regulowany przez spożycie wody i substancji rozpuszczonych, co z kolei zależy od aktywności układu nerwowego i hormonalnego, które również wpływają na regulację wydalanie tych substancji przez nerki.

-W przypadku roślin naczyniowych wchłanianie wody i substancji rozpuszczonych zachodzi dzięki procesom ewapotranspiracji zachodzącym w liściach. Procesy te „ciągną” kolumnę wody i kierują jej ruch w górę przez roślinę od korzeni, co ma związek z potencjałem wody.

Wymiana i równowaga między różnymi przedziałami organizmu następuje poprzez gromadzenie się substancji rozpuszczonych w jednej lub drugiej komorze poprzez ich aktywny transport. Na przykład wzrost zawartości substancji rozpuszczonych w komórkach determinuje ruch wody w ich kierunku i wzrost ich objętości.

Równowaga w tym przypadku polega na utrzymaniu wewnątrzkomórkowego stężenia osmolarnego, które jest wystarczające do utrzymania stałej objętości komórki, a jest to osiągane dzięki udziałowi białek o różnej aktywności transportowej, wśród których wyróżniają się pompy ATPazy i inne transportery. .

Osmoregulacja u roślin

Rośliny potrzebują wody do życia w takim samym stopniu jak zwierzęta i inne organizmy jednokomórkowe. U nich, podobnie jak u wszystkich żywych istot, woda jest niezbędna do przeprowadzenia wszystkich reakcji metabolicznych związanych ze wzrostem i rozwojem, związanych z utrzymaniem kształtu i turgoru ich komórek.

W swoim życiu są narażone na zmienne warunki wodne, które zależą od środowiska, które je otacza, w szczególności od wilgotności powietrza i poziomu promieniowania słonecznego.

W organizmach roślinnych osmoregulacja pełni funkcję utrzymywania potencjału turgorowego poprzez gromadzenie lub zmniejszanie się substancji rozpuszczonych w odpowiedzi na stres wodny, co pozwala im na dalszy wzrost.

Ruch wody w komórkach korzeni (transport simplastic i transport apoplastyczny) (Źródło: Dylan W. Schwilk za Wikimedia Commons)

Woda znajdująca się między włośnikami a endodermą przepływa między komórkami korzenia przez przedział pozakomórkowy zwany apoplastem (transport apoplastyczny) lub przez połączenia cytoplazmatyczne (transport prosty), aż do przefiltrowania wraz z jonami i minerały do ​​komórek endodermy, a następnie wędrują do wiązek naczyniowych.

Ponieważ woda i mineralne składniki odżywcze są transportowane z gleby przez korzenie do organów nadziemnych, komórki różnych tkanek ciała „pobierają” wody i substancje rozpuszczone niezbędne do spełnienia ich funkcji.

U roślin, podobnie jak w wielu organizmach wyższych, procesy wnikania i wydalania wody są regulowane przez substancje regulujące wzrost (fitohormony), które modulują reakcje na różne warunki środowiskowe i inne wewnętrzne czynniki.

- Potencjał wodny i potencjał ciśnieniowy

Ponieważ wewnątrzkomórkowe stężenie substancji rozpuszczonych w komórkach roślinnych jest wyższe niż w ich środowisku, woda ma tendencję do dyfuzji osmozy do wnętrza, dopóki nie pozwoli na to potencjał ciśnienia wywierany przez ścianę komórkową i to właśnie sprawia, że ​​komórki komórki są jędrne lub jędrne.

Potencjał wodny jest jednym z czynników biorących udział w wymianie wody między roślinami i ich otoczeniem oraz komórkami ich tkanek.

Ma to związek z pomiarem kierunku przepływu wody między dwoma przedziałami i zawiera sumę potencjału osmotycznego z potencjałem ciśnienia wywieranym przez ścianę komórki.

W roślinach, ponieważ wewnątrzkomórkowe stężenie substancji rozpuszczonej jest zwykle wyższe niż w środowisku zewnątrzkomórkowym, potencjał osmotyczny jest liczbą ujemną; podczas gdy potencjał ciśnienia jest zwykle dodatni.

Im niższy potencjał osmotyczny, tym bardziej ujemny potencjał wody. Jeśli jest uważana za komórkę, mówi się, że woda dostanie się do niej zgodnie z jej potencjalnym gradientem.

Osmoregulacja u zwierząt

Kręgowce wielokomórkowe i bezkręgowce wykorzystują różne systemy do utrzymania wewnętrznej homeostazy, w ścisłej zależności od zajmowanego przez nie siedliska; to znaczy, mechanizmy adaptacyjne są różne u zwierząt słonowodnych, słodkowodnych i lądowych.

Różne adaptacje często zależą od wyspecjalizowanych narządów do osmoregulacji. W naturze najpowszechniejsze są narządy nerek, które są wyspecjalizowanymi strukturami wydalniczymi, które działają jako system rurek, które otwierają się na zewnątrz przez pory zwane nephridiopores.

Płazińce mają takie struktury znane jako protonephridiums, podczas gdy pierścienice i mięczaki mają metanephridia. Owady i pająki mają wersję organów nerkowych zwanych kanalikami Malpighiego.

U kręgowców uzyskuje się układ osmoregulacyjny i wydalniczy, składający się głównie z nerek, ale w tym procesie utrzymania równowagi wodnej biorą również udział układ nerwowy i hormonalny, układ pokarmowy, płuca (lub skrzela) i skóra.

- Zwierzęta wodne

Bezkręgowce morskie są uważane za organizmy przystosowujące się do osmozy , ponieważ ich ciała znajdują się w równowadze osmotycznej z otaczającą je wodą. Woda i sole wchodzą i wychodzą poprzez dyfuzję, gdy zmieniają się stężenia zewnętrzne.

Bezkręgowce żyjące w ujściach rzek, w których stężenie soli wykazuje znaczne wahania, nazywane są organizmami osmoregulacyjnymi , ponieważ mają bardziej złożone mechanizmy regulacyjne ze względu na fakt, że stężenie soli w ich wnętrzu jest inne niż w wodzie, w której żyją.

Ryby słodkowodne mają w swoim wnętrzu znacznie większe stężenie zasolenia niż woda, która je otacza, przez co dużo wody dostaje się do ich wnętrza w wyniku osmozy, ale jest to wydalane w postaci rozcieńczonego moczu.

Ponadto niektóre gatunki ryb mają komórki skrzelowe służące do wprowadzania soli.

Kręgowce morskie, których stężenie soli jest niższe niż w ich środowisku, pozyskują wodę pijąc ją z morza i wydalają nadmiar soli z moczem. Wiele ptaków morskich i gadów ma „gruczoły solne”, których używają do uwalniania nadmiaru soli, który dostają po wypiciu wody morskiej.

Większość ssaków morskich spożywa słoną wodę podczas żerowania, ale ich wnętrze ma zwykle niższe stężenie soli. Mechanizmem służącym do utrzymania homeostazy jest wytwarzanie moczu o wysokim stężeniu soli i amoniaku.

Różnica w osmoregulacji między roślinami i zwierzętami

Idealny stan komórki roślinnej znacznie różni się od stanu komórki zwierzęcej, co jest związane z obecnością ściany komórkowej, która zapobiega nadmiernej ekspansji komórki w wyniku wnikania wody.

U zwierząt przestrzeń wewnątrzkomórkowa znajduje się w równowadze osmotycznej z płynami pozakomórkowymi, a za utrzymanie tego stanu odpowiedzialne są procesy osmoregulacji.

Z drugiej strony komórki roślinne wymagają turgoru, który osiągają, utrzymując płyn wewnątrzkomórkowy bardziej skoncentrowany niż jego otoczenie, dlatego woda ma tendencję do wnikania do nich.

Przykłady

Oprócz wszystkich omówionych powyżej przypadków, dobrym przykładem układów osmoregulacji jest ten, który znajduje się w ludzkim ciele:

U ludzi utrzymanie normalnej objętości i osmolarności płynów ustrojowych wiąże się z równowagą między dopływem i odpływem wody i substancji rozpuszczonych, to znaczy równowagą, w której ilość wejściowa równa się produkcji.

Ponieważ główną zewnątrzkomórkową substancją rozpuszczoną jest sód, regulacja objętości i osmolarności płynu zewnątrzkomórkowego zależy prawie wyłącznie od równowagi między wodą a sodem.

Woda przedostaje się do organizmu poprzez spożywane pożywienie i płyny (których regulacja zależy od mechanizmów pragnienia) i jest wytwarzana wewnętrznie w wyniku procesów utleniania w żywności (woda metaboliczna).

Wydostawanie się wody następuje w wyniku niewrażliwych strat, potu, kału i moczu. Objętość wydalanego moczu jest regulowana przez stężenie hormonu antydiuretycznego (ADH) w osoczu.

Sód dostaje się do organizmu wraz z pokarmem i płynami. Jest tracony z potem, kałem i moczem. Jego utrata z moczem jest jednym z mechanizmów regulacji zawartości sodu w organizmie i zależy od wewnętrznej funkcji nerek, regulowanej przez hormon aldosteron.

Bibliografia

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Podstawowa biologia komórki. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Cushman, J. (2001). Osmoregulation in Plants: Implikacje dla rolnictwa. Amer. Zool. 41, 758–769.
3. Morgan, JM (1984). Osmoregulacja i stres wodny u roślin wyższych. Ann. Rev. Plant Physiol. 35, 299-319.
4. Nabors, M. (2004). Wprowadzenie do botaniki (1st ed.). Edukacja Pearson.
5. Solomon, E., Berg, L. i Martin, D. (1999). Biology (5 wyd.). Filadelfia, Pensylwania: Saunders College Publishing.
6. West, J. (1998). Fizjologiczne podstawy praktyki lekarskiej (wyd. 12). Meksyk DF: Editorial Médica Panamericana.