Osmoreguliacija yra aktyvus osmosinio slėgio reguliavimas pusiausvyrai palaikyti vandens ir elektrolitai organizme. Kontrolė osmoso slėgis reikalingas atlikti biochemines reakcijas ir išsaugoti homeostazė.
Kaip veikia Osmoregulation
Osmozė yra tirpiklio molekulių judėjimas per pusiau pralaidžią membraną į didesnę plotą tirpi koncentracija. Osmosinis slėgis yra išorinis slėgis, reikalingas užkirsti kelią tirpiklis nuo membranos perėjimo. Osmosinis slėgis priklauso nuo ištirpusių dalelių koncentracijos. Organizme tirpiklis yra vanduo, o ištirpusios dalelės yra daugiausia ištirpusios druskos ir kiti jonai, nes didesnės molekulės (baltymai ir polisacharidai) ir nepolinės ar hidrofobinės molekulės (ištirpusios dujos, lipidai) neperžengia pusiau pralaidžios membrana. Norėdami palaikyti vandens ir elektrolitų pusiausvyrą, organizmai išskiria vandens perteklių, tirpinamas molekules ir atliekas.
Osmokonformeriai ir osmoregulatoriai
Yra dvi osmoreguliacijai naudojamos strategijos - atitikimas ir reguliavimas.
Osmoconformers naudoja aktyvius arba pasyvius procesus, kad atitiktų savo vidinius osmoliškumas prie aplinkos. Dažniausiai tai pastebima jūriniuose bestuburiuose, kurių vidinis osmosinis slėgis yra vienodas jų ląstelės kaip išorinis vanduo, net jei tirpių cheminė sudėtis gali būti skirtingi.
Osmoregulatoriai kontroliuoja vidinį osmosinį slėgį, kad sąlygos būtų palaikomos griežtai reguliuojamoje srityje. Daugelis gyvūnų yra osmoregulatoriai, įskaitant stuburinius (pavyzdžiui, žmones).
Įvairių organizmų osmoreguliacijos strategijos
Bakterijos - Kai aplink bakterijas padidėja osmoliškumas, jos gali naudoti transportavimo mechanizmus, kad absorbuotų elektrolitus ar mažas organines molekules. Osmosinis stresas suaktyvina tam tikrų bakterijų genus, kurie lemia osmoprotektanto molekulių sintezę.
Pirmuonys - Protistai amoniaką ir kitas pašalinančias atliekas iš citoplazmos į ląstelės membraną, kur vakuolė atsiveria į aplinką, naudokite susitraukiančius vakuolius. Osmosinis slėgis verčia vandenį į citoplazmą, o difuzija ir aktyvusis transportas kontroliuoja vandens ir elektrolitų srautą.
Augalai - Aukštesni augalai, norėdami kontroliuoti vandens netekimą, naudoja stiebus ant apatinės lapų pusės. Augalų ląstelės remiasi vakuolėmis, norėdamos sureguliuoti citoplazmos osmoliariškumą. Augalai, kurie gyvena hidratuotame dirvožemyje (mezofitai), lengvai kompensuoja prarastą vandenį dėl transpiracijos, sugerdami daugiau vandens. Augalų lapus ir stiebą nuo per didelio vandens netekimo gali apsaugoti vaškinė išorinė danga, vadinama odelėmis. Augalai, gyvenantys sausose buveinėse (kserofituose), vandenį kaupia vakuumuose, turi storus odeles ir gali turi konstrukcijos modifikacijas (t. y. adatos formos lapus, apsaugotus stiebus), kad apsaugotų nuo vandens praradimas. Augalai, gyvenantys druskingoje aplinkoje (halofitai), turi reguliuoti ne tik vandens suvartojimą / praradimą, bet ir druskos poveikį osmosiniam slėgiui. Kai kurios rūšys kaupia druskas savo šaknyse, todėl mažas vandens potencialas įtrauks tirpiklį osmosas. Druska gali būti išskiriama ant lapų, kad sugaudytų vandens molekules, kad jas absorbuotų lapų ląstelės. Augalai, gyvenantys vandenyje ar drėgnoje aplinkoje (hidrofitai), gali absorbuoti vandenį per visą paviršių.
Gyvūnai - Gyvūnai naudoja išmatų sistemą, kad galėtų kontroliuoti vandens kiekį, kurį praranda aplinka, ir palaikyti osmoso slėgis. Baltymų apykaitoje taip pat susidaro atliekų molekulės, kurios gali sutrikdyti osmosinį slėgį. Organai, atsakingi už osmoreguliaciją, priklauso nuo rūšies.
Osmorereguliacija žmonėms
Žmonėms pagrindinis organas, reguliuojantis vandenį, yra inkstai. Vanduo, gliukozė ir aminorūgštys gali būti absorbuojamos iš inkstuose esančio glomerulų filtrato arba per šlapimtaklius gali patekti į šlapimo pūslę. Tokiu būdu inkstai palaiko kraujo elektrolitų pusiausvyrą ir taip pat reguliuoja kraujospūdį. Rezorbciją kontroliuoja hormonai aldosteronas, antidiurezinis hormonas (ADH) ir angiotenzinas II. Žmonės taip pat netenka vandens ir elektrolitai per prakaitavimą.
Smegenų pagumburio osmoreceptoriai stebi vandens potencialo pokyčius, kontroliuodami troškulį ir išskirdami ADH. ADH saugomas hipofizėje. Kai jis išsiskiria, jis nukreiptas į endotelio ląsteles inkstų nefronuose. Šios ląstelės yra unikalios, nes turi akvaporinų. Vanduo gali prasiskverbti pro akvaporinus tiesiai, o ne pereiti per ląstelės membranos lipidinį dvisluoksnį sluoksnį. ADH atidaro akvaporinų vandens kanalus, leisdama vandeniui tekėti. Inkstai ir toliau absorbuoja vandenį, grąžindami jį į kraują, kol hipofizė nebeatleidžia ADH.