OSZMOREGULÁCIÓ: MI EZ A NÖVÉNYEKBEN, AZ ÁLLATOKBAN, PÉLDÁK - BIOLÓGIA - 2026

Az ozmoreguláció egy folyamat, amely a folyadékok homeosztázisának fenntartásáért felel meg a testben azáltal, hogy aktívan szabályozza a test belső ozmotikus nyomását. Célja a különböző biológiai kompartmentek megfelelő térfogatának és ozmoláris koncentrációjának fenntartása, ami elengedhetetlen a szervezetek megfelelő működéséhez.

A biológiai vizet úgy lehet osztani, hogy olyan részekben oszlik meg, amelyek tartalmazzák a sejt belsejét (intracelluláris rekesz), és többsejtű organizmusok esetén a sejteket körülvevő folyadékot (extracelluláris vagy intersticiális rekesz).

A víz és az ionok mozgása az édesvízi telosztási halakban (Forrás: Raver, Duane; módosította Biezl (Saját munka), meghatározatlan)

Bonyolultabb szervezetekben van egy intravaszkuláris rekesz is, amely az intracelluláris és extracelluláris folyadékot érintkezésbe hozza a külső környezettel. Ezt a három rekeszt szelektív permeabilitású biológiai membránok választják el, amelyek lehetővé teszik a víz szabad áthaladását és nagyobb vagy kisebb mértékben korlátozzák az abban a folyadékban oldódó részecskék áthaladását.

A víz és néhány apró részecske egyaránt szabadon mozoghat a membrán pórusain, diffúzióval és a koncentrációs gradienseik követésével. Mások, nagyobb vagy elektromos töltésűek, csak az egyik oldalról a másikra mozgathatók olyan molekulákkal, amelyek szállítóeszközként szolgálnak.

Az ozmotikus folyamatok a víz egyik helyről a másikra való mozgatásával járnak, a koncentráció-gradiens után. Vagyis a leginkább koncentrálódó rekeszről mozog ahhoz a rekeszhez, ahol kevésbé koncentrálódik.

A víz koncentráltabb, ahol az ozmoláris koncentráció (az ozmotikusan aktív részecskék koncentrációja) alacsonyabb, és fordítva. Azt mondják, hogy a víz egy alacsony ozmoláris koncentrációjú helyről egy másikra mozog, ahol a ozmoláris koncentráció magasabb.

Az élő lények összetett mechanizmusokat fejlesztettek ki az ozmotikus egyensúly szabályozására a belső terekben, valamint a vízbejutás és -elvezetés folyamatainak szabályozására, az oldott anyagok belépésének és / vagy kilépésének a szabályozására, és erre utal az osmoreguláció.

Mi az ozmoreguláció?

Az ozmotikus szabályozás fő célja az, hogy beállítsa a víz és az oldott anyag be- és kimenetet úgy, hogy a folyadékrekeszek térfogata és összetétele változatlan maradjon.

Ebben az értelemben két szempontot lehet mérlegelni: az egyik a szervezet és a környezet közötti cserét, a másik a test különböző részeinek közötti cserét jelenti.

A víz és az oldott anyagok belépése és kilépése különböző mechanizmusok révén történik:

- Például magasabb gerinces állatok esetében a jövedelmet a víz és az oldott anyag bevitele szabályozza, ez egy olyan kérdés, amely viszont az idegrendszer és az endokrin rendszer aktivitásától függ, amelyek szintén beavatkoznak a ezen anyagok vesén keresztüli kiválasztása.

-Az érrendszeri növények esetében a víz és az oldott anyag felszívódása a levelekben zajló evapotranszpirációs folyamatoknak köszönhető. Ezek a folyamatok "meghúzzák" a vízoszlopot, és felfelé irányuló mozgását a növényen keresztül a gyökerektől vezetik, ami a vízpotenciálhoz kapcsolódik.

A kicserélés és az egyensúly a szervezet különböző kompartmenei között az oldott anyagnak az egyik vagy másik rekeszben történő felhalmozódásával történik, aktív transzportjuk révén. Például a sejteken belüli oldott anyag növekedése meghatározza a víz mozgását felé és a térfogat növekedését.

Az egyensúly ebben az esetben az állandó sejtmennyiség fenntartásához szükséges intracelluláris ozmoláris koncentráció fenntartásából áll, és ezt különféle transzport-aktivitású fehérjék részvétele révén érjük el, amelyek között az ATPáz szivattyúk és az egyéb transzporterek kiemelkednek..

Ozmoreguláció növényekben

A növényeknek vízre van szükségük, hogy ugyanolyan mértékben éljenek, mint az állatok és más egysejtű szervezetek. Nekik, mint minden élőlényben, a víz nélkülözhetetlen a növekedéshez és fejlődéshez kapcsolódó összes anyagcsere-reakció végrehajtásához, amelyek a sejtjeik alakjának és turgorjának megőrzéséhez kapcsolódnak.

Életük során változatos hidrológiai feltételeknek vannak kitéve, amelyek függnek a körülvevő környezettől, különösen a légköri páratartalomtól és a napsugárzás szintjétől.

A növényi szervezetekben az ozmoreguláció a turgor potenciáljának fenntartását szolgálja az oldott anyag felhalmozódása vagy csökkentése útján, a víz stressz hatására, ami lehetővé teszi számukra a növekedés folytatását.

A víz mozgása a gyökérsejtekben (szimplasztikus és apoplasztikus transzport) (Forrás: Dylan W. Schwilk a Wikimedia Commons segítségével)

A gyökérszőr és az endodermisz között található víz a gyökérsejtek között az apoplaszt néven ismert extracelluláris rekeszen (apoplasztikus transzport) vagy citoplazmatikus összeköttetéseken (egyszerű transzport) keresztül folyik, amíg az ionokkal és az ásványi anyagokat az endodermisz sejtjeibe juttatja el, majd az érrendszer kötegeibe utazik.

Mivel a vizet és az ásványi tápanyagokat a gyökér a talajból a légi szervekbe szállítja, a test különféle szöveteinek sejtjei "beviszik" a víz mennyiségét és az oldott anyag mennyiségét, amely szükséges funkciójuk ellátásához.

A növényekben, mint sok más magasabb szervezetben, a vízbejutás és kilépés folyamatait növekedést szabályozó anyagok (fitohormonok) szabályozzák, amelyek modulálják a reakciókat a különféle környezeti körülményekre és más belső tényezőkre.

- Vízpotenciál és nyomáspotenciál

Mivel a növényi sejtekben az oldott anyagok intracelluláris koncentrációja nagyobb, mint a környezetüknél, a víz az ozmózissal hajlamos a belső felé diffundálódni, amíg a sejtfal által kifejtett nyomáspotenciál nem engedi ezt, és ez teszi a sejteket a sejtek szilárdak vagy torzak.

A vízpotenciál az egyik tényező, amely mind a növények, mind a környezetük és a szövetek sejtjeinek vízcseréjében részt vesz.

A két kamra közötti vízáramlás irányának mérésével kapcsolatos, és magában foglalja az ozmotikus potenciál és a sejtfal által kifejtett nyomáspotenciál összegét.

A növényekben, mivel az intracelluláris oldott anyag koncentrációja általában nagyobb, mint az extracelluláris környezeté, az ozmotikus potenciál negatív szám; míg a nyomáspotenciál általában pozitív.

Minél alacsonyabb az ozmotikus potenciál, annál negatívabb a vízpotenciál. Ha sejtnek tekintik, akkor azt mondják, hogy a víz a potenciális gradiensét követõen lép be.

Ozmoreguláció állatokban

A többsejtű gerincesek és gerinctelenek különböző rendszereket használnak a belső homeosztázis fenntartására, ez szigorúan függ az általuk használt élőhelytől; vagyis az adaptív mechanizmusok különböznek a sós, az édesvízi és a szárazföldi állatok között.

A különböző adaptációk gyakran az ozmoreguláció speciális szerveitől függenek. A természetben a leggyakoribb nephridialis szervekként ismertek, amelyek speciális ürülésszerkezetek, amelyek csövekrendszerként funkcionálnak, amelyek nephridioporesnek nevezett pórusokon keresztül nyílnak kifelé.

A laposférgeknek a protonephridiums néven ismert szerkezete van, míg az annelideknek és a puhatestűeknek metanephridia van. A rovaroknak és a pókoknak a nephridialis szervek Malpighi tubulusnak nevezett változata van.

Gerinces állatokon ozmoregulációs és ürülési rendszer alakul ki, amely főleg a vesékből áll, de az idegrendszer és az endokrin rendszer, az emésztőrendszer, a tüdő (vagy kopoltyú) és a bőr szintén részt vesz a víz egyensúlyának fenntartásában.

- Vízi állatok

A tengeri gerincteleneket ozmo-adaptív organizmusoknak tekintik, mivel testük ozmotikus egyensúlyban van az őket körülvevő víztel. A víz és a sók diffúzióval lépnek be és távoznak, amikor a külső koncentráció megváltozik.

Azokat a gerincteleneket, akik olyan folyótorkolatokban élnek, ahol a sós koncentráció jelentős ingadozást mutat, ozmoregulációs organizmusoknak nevezik, mivel bonyolultabb szabályozási mechanizmusokkal rendelkeznek, mivel a belsejükben a sók koncentrációja különbözik a vízétől, ahol élnek.

Az édesvízi halak sókoncentrációja belsejében jóval magasabb, mint a körülvevő vízé, tehát nagy mennyiségű víz lép be belső részükbe ozmózissal, de ez híg vizelettel ürül ki.

Ezen túlmenően egyes halfajoknál kopoltyúcellek vannak a só bejuttatásához.

A tengeri gerinces állatok, amelyek sókoncentrációja alacsonyabb, mint a környezetüknél, a vizet a tengerből való ivás útján nyerik, és a felesleges sót ürítik a vizeletükben. Sok tengeri madár és hüllő rendelkezik „só mirigyekkel”, amelyeket felszabadítanak a fölösleges só felszabadításához, amelyet tengervíz ivása után kapnak.

A legtöbb tengeri emlős sós vizet vesz be, amikor táplálkoznak, de belső részükben általában alacsonyabb a sókoncentráció. A homeosztázis fenntartására szolgáló mechanizmus a magas só- és ammóniakoncentrációjú vizelettermelés.

A növények és állatok oszmoregulációjának különbsége

A növényi sejt ideális állapota jelentősen különbözik az állati sejttől, ez a tény a sejtfal jelenlétéhez kapcsolódik, amely megakadályozza a sejt túlmelegedését a vízbejutás miatt.

Állatokban az intracelluláris tér ozmotikus egyensúlyban van az extracelluláris folyadékokkal, és az ozmoregulációs folyamatok felelősek ezen állapot fenntartásáért.

A növényi sejteknek viszont turgorra van szükségük, amelyet akkor érnek el, ha az intracelluláris folyadékot jobban koncentrálják, mint a környezetet, ezért a víz hajlamos bejutni hozzájuk.

Példák

A fent tárgyalt esetek mellett az emberi testben megtalálható az ozmoregulációs rendszerek jó példája:

Az emberekben a testfolyadékok normál térfogatának és ozmolaritásának fenntartása egyensúlyt foglal magában a víz és az oldott anyag be- és kimenete között, azaz egy egyensúlyt, ahol a bemeneti mennyiség megegyezik a kimenettel.

Mivel a fő extracelluláris oldott anyag nátrium, az extracelluláris folyadék térfogatának és ozmolaritásának szabályozása szinte kizárólag a víz és a nátrium közötti egyensúlytól függ.

A víz táplálékkal és fogyasztott folyadékokkal jut be a testbe (amelynek szabályozása a szomjúság mechanizmusától függ), és az élelemben az oxidációs folyamatok eredményeként képződik (anyagcsere-víz).

A víz kilépése érzéketlen veszteséggel, izzadással, ürülékkel és vizelettel történik. A kiválasztott vizelet mennyiségét az antidiuretikus hormon (ADH) plazmaszintje szabályozza.

A nátrium a táplált táplálék és folyadékok révén jut be a testbe. Elveszik az izzadság, széklet és vizelet révén. A vizelettel történő vesztesége a test nátriumtartalmának szabályozásának egyik mechanizmusa, és a vese belső működésétől függ, amelyet az aldoszteron hormon szabályoz.

Irodalom

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Alapvető sejtbiológia. Abingdon: Garland Science, Taylor és Francis csoport.
2. Cushman, J. (2001). Növények osmoregulációja: következményei a mezőgazdaságnak. Amer. Zool., 41, 758–769.
3. Morgan, JM (1984). Oszmoreguláció és vízstressz magasabb növényekben. Ann. Rev. Plant Physiol., 35, 299-319.
4. Nabors, M. (2004). Bevezetés a botanikába (1. kiadás). Pearson oktatás.
5. Solomon, E., Berg, L., és Martin, D. (1999). Biológia (5. kiadás). Philadelphia, Pennsylvania: Saunders College Publishing.
6. West, J. (1998). Az orvosi gyakorlat élettani alapjai (12. kiadás). Mexico DF: Szerkesztő Médica Panamericana.