Osmoregulatie Definitie en uitleg

Osmoregulatie is de actieve regulatie van osmotische druk om de balans van water en elektrolyten in een organisme te handhaven. Controle van osmotische druk is nodig om biochemische reacties uit te voeren en homeostase te behouden.

Hoe osmoregulatie werkt

Osmose is de beweging van oplosmiddelmoleculen door een semipermeabel membraan in een gebied met een hogere concentratie opgeloste stof. Osmotische druk is de externe druk die nodig is om te voorkomen dat het oplosmiddel het membraan kruist. Osmotische druk is afhankelijk van de concentratie opgeloste deeltjes. In een organisme is het oplosmiddel water en de opgeloste deeltjes zijn hoofdzakelijk opgeloste zouten en andere ionen, omdat grotere moleculen (eiwitten en polysachariden) en niet-polaire of hydrofobe moleculen (opgeloste gassen, lipiden) een semipermeabel membraan niet kruisen. Om de water- en elektrolytbalans in stand te houden, scheiden organismen overtollig water, opgeloste moleculen en afvalstoffen af.

Osmoconformers en Osmoregulators

Er zijn twee strategieën gebruikt voor osmoregulatie-conform en regulerend.

Osmoconformers gebruiken actieve of passieve processen om hun interne osmolariteit af te stemmen op die van de omgeving. Dit wordt vaak gezien bij ongewervelde zeedieren, die dezelfde interne osmotische druk in hun cellen hebben als het buitenwater, hoewel de chemische samenstelling van de opgeloste stoffen anders kan zijn.

Osmoregulators regelen de interne osmotische druk zodat de omstandigheden binnen een strak gereguleerd bereik worden gehandhaafd. Veel dieren zijn osmoregulatoren, waaronder gewervelde dieren (zoals mensen).

Osmoregulatiestrategieën van verschillende organismen

bacterie - Wanneer osmolariteit rond bacteriën toeneemt, kunnen ze transportmechanismen gebruiken om elektrolyten of kleine organische moleculen te absorberen. De osmotische stress activeert genen in bepaalde bacteriën die leiden tot de synthese van osmoprotecterende moleculen.

protozoön - Protisten gebruiken contractiele vacuolen om ammoniak en ander uitscheidingsafval van het cytoplasma naar het celmembraan te transporteren, waar de vacuole zich opent naar de omgeving. Osmotische druk dwingt water in het cytoplasma, terwijl diffusie en actief transport de stroom van water en elektrolyten regelen.

Planten - Hogere planten gebruiken de huidmondjes aan de onderkant van de bladeren om waterverlies te beheersen. Plantencellen vertrouwen op vacuolen om osmolariteit van het cytoplasma te reguleren. Planten die in gehydrateerde grond (mesofyten) leven, compenseren gemakkelijk waterverlies door transpiratie door meer water te absorberen. De bladeren en de stengel van de planten kunnen worden beschermd tegen overmatig waterverlies door een wasachtige buitenlaag die de nagelriem wordt genoemd. Planten die in droge habitats (xerophytes) leven, slaan water op in vacuolen, hebben dikke nagelriemen en kunnen structurele wijzigingen hebben (d.w.z. naaldvormige bladeren, beschermde huidmondjes) om te beschermen tegen waterverlies. Planten die in zoute omgevingen (halofyten) leven, moeten niet alleen de waterinname / -verlies regelen, maar ook het effect op de osmotische druk door zout. Sommige soorten slaan zouten op in hun wortels, dus het lage waterpotentieel trekt het oplosmiddel via osmose aan. Zout kan op bladeren worden uitgescheiden om watermoleculen op te vangen voor absorptie door bladcellen. Planten die in water of vochtige omgevingen (hydrofyten) leven, kunnen water over hun hele oppervlak absorberen.

Dieren - Dieren gebruiken een uitscheidingssysteem om de hoeveelheid water die verloren gaat naar de omgeving te regelen en de osmotische druk te handhaven. Eiwitmetabolisme genereert ook afvalmoleculen die de osmotische druk kunnen verstoren. De organen die verantwoordelijk zijn voor osmoregulatie zijn afhankelijk van de soort.

Osmoregulatie bij mensen

Bij mensen is het primaire orgaan dat water reguleert de nier. Water, glucose en aminozuren kunnen opnieuw worden geabsorbeerd uit het glomerulaire filtraat in de nieren of het kan door de urineleiders naar de blaas blijven voor uitscheiding in urine. Op deze manier handhaven de nieren de elektrolytenbalans van het bloed en reguleren ook de bloeddruk. Absorptie wordt geregeld door de hormonen aldosteron, antidiuretisch hormoon (ADH) en angiotensine II. Mensen verliezen ook water en elektrolyten via transpiratie.

Osmoreceptoren in de hypothalamus van de hersenen volgen veranderingen in waterpotentieel op, controleren dorst en scheiden ADH af. ADH wordt opgeslagen in de hypofyse. Wanneer het wordt vrijgegeven, richt het zich op de endotheelcellen in de nefronen van de nieren. Deze cellen zijn uniek omdat ze aquaporines hebben. Water kan aquaporines direct passeren in plaats van door de lipide dubbellaag van het celmembraan te moeten navigeren. ADH opent de waterkanalen van de aquaporines, waardoor water kan stromen. De nieren blijven water absorberen en brengen het terug in de bloedbaan, totdat de hypofyse stopt met het afgeven van ADH.