osmoză

osmoză este un flux direcționat de particule moleculare printr-o membrană semipermeabilă. În biologie, este de o importanță centrală pentru reglarea echilibrului de apă din celule.

Ce este osmoza?

Osmoza este un flux direcționat de particule moleculare printr-o membrană semipermeabilă. În biologie, este de o importanță centrală pentru reglarea echilibrului de apă din celule.

Osmoza înseamnă „penetrare” în limba greacă. Este descrisă ca trecerea spontană a solvenților cum ar fi apa printr-o membrană permeabilă selectiv. Membrana este permeabilă numai la solvent, dar nu și la substanțele dizolvate. Datorită difuziei selective a unei singure componente, potențialul chimic este echilibrat pe ambele părți ale membranei.

Osmoza este frecventă în natură. În special în membranele biologice, este necesar un schimb selectiv de substanțe pentru ca procesele de transport biologic să aibă loc. Cu toate acestea, procesele de transport active, consumatoare de energie, asigură, de asemenea, că presiunea osmotică care apare pasiv nu are un efect distructiv asupra celulei.

Deși nu este posibilă inversarea cu procesele de difuzie normale, osmoza este un proces reversibil.

Funcție și sarcină

În osmoză, moleculele unei soluții sau ale unui solvent pur difuzează selectiv printr-o membrană până când potențialul chimic este echilibrat pe ambele părți ale acestei membrane. De exemplu, o soluție concentrată pe cealaltă parte este diluată de solvent până când presiunea hidrostatică acumulată împiedică difuzarea ulterioară.

Moleculele pot migra prin membrană, indiferent de ce parte provin. Cu toate acestea, ei sunt întotdeauna mai susceptibili să difuzeze în direcția celei mai mari diferențe de potențial.

Când potențialul chimic este echilibrat, același număr de particule migrează de la stânga la dreapta ca de la dreapta la stânga. Deci, în exterior, nu se mai schimbă nimic. Cu toate acestea, ca urmare a diluării dorite a soluției concentrate, s-a acumulat o cantitate mai mare de lichid pe de o parte, ceea ce a creat o presiune ridicată (presiunea osmotică). Dacă membrana nu mai suportă presiunea, celula poate fi distrusă.

Procesele de transport active prin membrană asigură eliminarea anumitor substanțe odată cu consumul de energie. Un exemplu viu al unui proces osmotic este umflarea cireșelor coapte atunci când sunt amestecate cu apă. Apa pătrunde prin pielea exterioară a fructelor, în timp ce zahărul nu poate scăpa. Procesul de diluare din fructe continuă până la izbucnire.

În interiorul corpului, combinația de procese de transport osmotice și active, consumatoare de energie, asigură că procesele biochimice se desfășoară fără probleme în spațiile separate de biomembrane. Pot exista celule care se separă de mediul extern, dar sunt în schimb constant de substanțe cu acesta.

Organelele sunt de asemenea prezente în interiorul celulei unde pot avea loc reacții separate. Pentru a preveni creșterea presiunii osmotice într-o asemenea măsură încât biomembranele să se deschidă, moleculele sunt evacuate prin procese de transport active.

În celulele de mamifere, când presiunea osmotică crește, proteina NFAT5 este produsă într-o măsură mai mare. Acesta asigură o serie de contra-mecanisme pentru a proteja celula de stresul hipertonic (exces de presiune). În acest proces, se produc proteine ​​de transport care, folosind energie, canalizează anumite substanțe din celulă. Printre altele, substanțele urinare, cum ar fi glucoza și excesul de electroliți sunt excretate prin rinichi pentru a regla presiunea osmotică din organism.

Boli și afecțiuni

De asemenea, osmoza joacă un rol important în reglarea echilibrului electrolitului. Electroliții sunt săruri dizolvate și constau din ioni metalici încărcați pozitiv, cum ar fi ioni de sodiu, potasiu, magneziu sau calciu și anioni încărcați negativ, cum ar fi anioni clorură, bicarbonat sau fosfat.

Sunt prezente în diferite concentrații în celulă (intracelulară), în afara celulelor (interstițiale) sau în fluxul sanguin (intravascular). Diferențele de concentrație generează tensiunea electrică pe membranele celulare și astfel declanșează o multitudine de procese la nivelul celulei. Dacă diferențele de concentrație sunt perturbate, întregul echilibru de electroliți este de asemenea amestecat.

Rinichii reglează acest echilibru electrolitic prin diferite mecanisme precum mecanisme de sete, procese hormonale sau peptide care acționează asupra rinichilor. În caz de diaree severă, vărsături, pierderi de sânge sau insuficiență renală, echilibrul de apă și electroliți poate fi perturbat. Fiecare electrolit poate apărea fie în concentrații prea mari, fie prea mici.

Tulburările de echilibru în apă și electroliți sunt uneori periculoase pentru viață, în funcție de gravitatea lor. Exemple de astfel de afecțiuni includ deshidratarea, hiperhidratarea, hiper- și hipovolemia (volumul sângelui este crescut sau scăzut), hipopatimie și hipernatremie, hipoxalemie și hipercalemie sau altfel hipoxicemie.

Fiecare dintre aceste afecțiuni necesită un tratament intensiv. De regulă, echilibrul de apă și electrolit se egalizează rapid. Cu toate acestea, dacă mecanismul de reglare între procesele de transport activ și procesele osmotice este perturbat de insuficiență renală sau de o altă boală, pot rezulta tulburări cronice ale electrolitelor. Ca urmare, apar edem, boli cardiovasculare, edem cerebral, stări de confuzie sau convulsii.

Relațiile dintre echilibrul de apă și electroliți și procesele biologice din organism sunt atât de complexe încât simptomele similare sunt adesea observate pentru toate formele de tulburări ale electrolitelor. Determinarea echilibrului electrolitic ar trebui să fie una dintre examinările standard dacă aceste simptome sunt cronice.