Osmoregulatsioon on aktiivne osmootse rõhu reguleerimine tasakaalu säilitamiseks veest ja elektrolüüdid organismis. Kontroll: osmootne rõhk on vajalik biokeemiliste reaktsioonide läbiviimiseks ja säilitamiseks homöostaas.
Kuidas osmoregulatsioon töötab
Osmoos on lahustimolekulide liikumine läbi poolläbilaskva membraani suuremasse piirkonda lahustunud kontsentratsioon. Osmootne rõhk on välisrõhk, mida on vaja ennetamiseks lahusti membraani ületamisest. Osmootne rõhk sõltub lahustunud osakeste kontsentratsioonist. Organismis on lahustiks vesi ja lahustunud osakesed on peamiselt lahustunud soolad ja muud ioonid, kuna need on suuremad molekulid (valgud ja polüsahhariidid) ja mittepolaarsed või hüdrofoobsed molekulid (lahustunud gaasid, lipiidid) ei läbi poolläbilaskvat membraan. Vee ja elektrolüütide tasakaalu säilitamiseks eritavad organismid liigset vett, lahustavad molekule ja jäätmeid.
Osmokonformeerijad ja osmoregulaatorid
Osmoregulatsiooniks kasutatakse kahte strateegiat - vastavus ja reguleerimine.
Osmokonformeerijad kasutavad aktiivseid või passiivseid protsesse oma sisemistega vastavusse viimiseks osmolaarsus keskkonnale. Tavaliselt on seda näha mere selgrootutel, kelle sisemine osmootne rõhk on sama nende rakud kui välimine vesi, ehkki lahustunud ainete keemiline koostis võib olla erinevad.
Osmoregulaatorid kontrollivad sisemist osmootset rõhku, et tingimused püsiksid rangelt reguleeritud vahemikus. Paljud loomad on osmoregulaatorid, sealhulgas selgroogsed (nagu inimesed).
Erinevate organismide osmoregulatsioonistrateegiad
Bakterid - Kui osmolaarsus suureneb bakterite ümber, võivad nad kasutada transpordimehhanisme elektrolüütide või väikeste orgaaniliste molekulide absorbeerimiseks. Osmootne stress aktiveerib teatud bakterite geene, mis viivad osmooprotektantide molekulide sünteesini.
Algloomad - Protistid ammoniaagi ja muude eritusjäätmete transportimiseks tsütoplasmast rakumembraanile, kus vaakool avaneb keskkonnale, kasutage kontraktiilset vaakumit. Osmootne rõhk sunnib vett tsütoplasmasse, difusioon ja aktiivne transport kontrollivad vee ja elektrolüütide voolu.
Taimed - Kõrgemad taimed kasutavad veekadude kontrollimiseks lehtede alumisel küljel olevat stomatat. Taimerakud tuginevad tsütoplasma osmolaarsuse reguleerimiseks vakuoolidele. Hüdraaditud pinnases (mesofüütides) elavad taimed kompenseerivad transpiratsioonist kadunud vee hõlpsamini imamisel. Taimede lehti ja vart saab liigse veekadu eest kaitsta vahajas väliskattega, mida nimetatakse küünenahaks. Kuivates kasvukohtades (kserofüüdid) elavad taimed ladustavad vett vaakumites, paksu küünenahaga ja võivad neil on struktuurimuudatused (st nõelakujulised lehed, kaitstud stomata), et kaitsta vett kaotus. Soolases keskkonnas elavad taimed (halofüüdid) peavad reguleerima mitte ainult vee tarbimist / kadu, vaid ka soola osmootse rõhu mõju. Mõni liik hoiab soolad juurtes, nii et madal veepotentsiaal tõmbab lahusti sisse osmoos. Soola võib lehtedele erituda, et püüda veemolekulid imendumiseks leherakkudesse. Vees või niiskes keskkonnas (hüdrofüüdid) elavad taimed võivad vett imada kogu oma pinna ulatuses.
Loomad - Loomad kasutavad keskkonda kadunud vee koguse kontrollimiseks ja hooldamiseks eritussüsteemi osmootne rõhk. Valkude ainevahetuse käigus tekivad ka jäätmemolekulid, mis võivad osmootset rõhku häirida. Organid, mis vastutavad osmoregulatsiooni eest, sõltuvad liigist.
Osmoregulatsioon inimestel
Inimestel on peamine organismi reguleeriv organ neer. Vesi, glükoos ja aminohapped võivad imenduda neerude glomerulaarfiltraadist või eralduda uriiniga läbi kusejuhtede põiesse. Sel viisil säilitavad neerud vere elektrolüütide tasakaalu ja reguleerivad ka vererõhku. Imendumist kontrollivad hormoonid aldosteroon, antidiureetiline hormoon (ADH) ja angiotensiin II. Inimesed kaotavad ka vett ja elektrolüüdid higistamise kaudu.
Aju hüpotalamuses olevad osmoretseptorid jälgivad veepotentsiaali muutusi, kontrollides janu ja sekreteerides ADH-d. ADH säilitatakse hüpofüüsis. Vabastamisel on see suunatud neerude nefronites asuvatele endoteelirakkudele. Need rakud on ainulaadsed, kuna neil on akvaporiinid. Vesi pääseb akvaporiinidest otse läbi, selle asemel et liikuda läbi rakumembraani lipiidide kaksikkihi. ADH avab akvaporiinide veekanalid, võimaldades veel voolata. Neerud jätkavad vee imendumist, suunates selle tagasi vereringesse, kuni ajuripats lõpetab ADH vabanemise.