осмос

The осмос являє собою спрямований потік молекулярних частинок через напівпроникну мембрану. У біології це головне значення для регулювання водного балансу в клітинах.

Що таке осмос?

Осмоз - це спрямований потік молекулярних частинок через напівпроникну мембрану. У біології це головне значення для регулювання водного балансу в клітинах.

Осмоз означає «проникнення» грецькою мовою. Його описують як мимовільне проходження розчинників, таких як вода через селективно проникну мембрану. Мембрана проникна лише для розчинника, але не для розчинених речовин. Селективна дифузія лише одного компонента призводить до балансу хімічного потенціалу по обидва боки мембрани.

Осмоз поширений у природі. Зокрема, в біологічних мембранах необхідний селективний обмін речовинами, щоб відбулися процеси біологічного транспорту. Однак активні, енерговитратні транспортні процеси також забезпечують, щоб пасивно виникаючий осмотичний тиск не чинив руйнівного впливу на клітину.

Хоча нормальний дифузійний процес неможливий, осмоз є оборотним процесом.

Функція та завдання

При осмосі молекули розчину або чистого розчинника дифузно вибірково дифундують через мембрану до тих пір, поки хімічний потенціал не збалансується з обох боків цієї мембрани. Наприклад, концентрований розчин з іншого боку розбавляють розчинником до тих пір, поки накопичений гідростатичний тиск не запобіжить подальшому дифузії.

Молекули можуть мігрувати через мембрану, незалежно від того, з якої сторони вони походять. Однак вони завжди частіше розсіюються в напрямку найбільшої різниці потенціалів.

Коли хімічний потенціал збалансований, однакова кількість частинок мігрує зліва направо, як справа наліво. Тож зовні вже нічого не змінюється. Однак в результаті бажаного розведення концентрованого розчину на одній стороні накопичилася більша кількість рідини, яка створила високий тиск (осмотичний тиск). Якщо мембрана вже не витримує тиску, клітина може бути знищена.

Активні процеси транспорту через мембрану забезпечують видалення певних речовин із використанням енергії. Яскравий приклад осмотичного процесу - набухання стиглих вишень, коли до них додається вода. Вода проникає через зовнішню шкірку плодів, тоді як цукор не може вийти. Процес розведення всередині плоду триває, поки він не лопне.

Всередині організму поєднання осмотичних та активних, енерговитратних транспортних процесів забезпечує безперебійність біохімічних процесів у просторах, розділених біомембранами. Клітини можуть існувати, що відокремлюються від зовнішнього середовища, але знаходяться в постійному обміні речовин з ним.

Органели також присутні в клітині, де можуть відбуватися окремі реакції. Щоб запобігти зростанню осмотичного тиску настільки, що біомембрани розриваються, молекули вивільняються через активні транспортні процеси.

У клітинах ссавців, коли осмотичний тиск зростає, білок NFAT5 виробляється більшою мірою. Він забезпечує ряд протилежних механізмів для захисту клітини від гіпертонічного стресу (надлишкового тиску). У процесі цього утворюються транспортні білки, які, використовуючи енергію, каналізують певні речовини з клітини. Крім усього іншого, сечові речовини, такі як глюкоза та надлишок електролітів, виводяться через нирки з метою регулювання осмотичного тиску в організмі.

Хвороби та недуги

Осмоз також відіграє важливу роль у регулюванні електролітного балансу. Електроліти - це розчинені солі і складаються з позитивно заряджених іонів металів, таких як іони натрію, калію, магнію або кальцію та негативно заряджені аніони, такі як аніони хлориду, бікарбонату або фосфати.

Вони присутні в різних концентраціях у клітині (внутрішньоклітинна), поза клітинами (інтерстиціальна) або всередині крові (внутрішньосудинно). Різниці в концентрації породжують електричну напругу на клітинних мембранах і, таким чином, викликають безліч процесів на клітинному рівні. Якщо порушення концентрації порушені, весь баланс електроліту також змішується.

Нирки регулюють цей електролітний баланс за допомогою різних механізмів, таких як механізми спраги, гормональні процеси або пептиди, які діють на нирки. При сильній діареї, блювоті, втраті крові або недостатності нирок може порушуватися водний та електролітний баланс. Кожен електроліт може міститись у занадто високих або занадто низьких концентраціях.

Порушення водного та електролітного балансу іноді небезпечні для життя, залежно від їх вираженості. Приклади таких станів включають дегідратацію, гіпергідратацію, гіпер- та гіповолемію (об'єм крові збільшується чи зменшується), гіпо- та гіпернатріємія, гіпо- та гіперкаліємія або гіпокальціємія.

Кожне з цих станів потребує інтенсивного лікування. Як правило, водно-електролітний баланс швидко знову врівноважується. Однак якщо механізм регулювання між активними транспортними процесами та осмотичними процесами порушений нирковою недостатністю або іншим захворюванням, може виникнути хронічний електролітний дисбаланс. Внаслідок цього виникають набряки, серцево-судинні захворювання, набряки мозку, стан сплутаності чи судоми.

Взаємозв'язок між водно-електролітним балансом та біологічними процесами в організмі настільки складний, що подібні симптоми часто спостерігаються при всіх формах електролітних порушень. Визначення електролітного балансу повинно бути одним із стандартних обстежень, якщо ці симптоми є хронічними.