osmoze

osmoze ir molekulāro daļiņu virzīta plūsma caur puscaurlaidīgu membrānu. Bioloģijā tam ir galvenā nozīme ūdens bilances regulēšanā šūnās.

Kas ir osmoze?

Osmoze grieķu valodā nozīmē "iespiešanās". To raksturo kā spontānu šķīdinātāju, piemēram, ūdens, caurbraukšanu caur selektīvi caurlaidīgu membrānu. Membrāna ir caurlaidīga tikai šķīdinātājam, bet ne izšķīdušām vielām. Tikai viena komponenta selektīvās difūzijas dēļ ķīmiskais potenciāls tiek līdzsvarots abās membrānas pusēs.

Osmoze ir izplatīta dabā. Īpaši bioloģiskās membrānās ir nepieciešama selektīva vielu apmaiņa, lai varētu notikt bioloģiskie pārvadāšanas procesi. Tomēr aktīvie, enerģiju patērējošie transporta procesi arī nodrošina, ka pasīvi radītajam osmotiskajam spiedienam nav destruktīva ietekme uz šūnu.

Kaut arī normālos difūzijas procesos nav iespējams mainīt, osmoze ir atgriezenisks process.

Funkcija un uzdevums

Osmozes gadījumā šķīduma vai tīra šķīdinātāja molekulas selektīvi izkliedējas caur membrānu, līdz ķīmiskais potenciāls ir līdzsvarots abās membrānas pusēs. Piemēram, koncentrētu šķīdumu otrā pusē atšķaida ar šķīdinātāju, līdz uzkrātais hidrostatiskais spiediens novērš turpmāku difūziju.

Molekulas var migrēt caur membrānu neatkarīgi no tā, no kuras puses tās nāk. Tomēr tie vienmēr biežāk izkliedējas vislielākās potenciālās atšķirības virzienā.

Kad ķīmiskais potenciāls ir līdzsvarots, no kreisās uz labo pusi pārvietojas tāds pats daļiņu skaits kā no labās uz kreiso. Tātad ārēji nekas vairs nemainās. Tomēr vēlamā koncentrētā šķīduma atšķaidīšanas rezultātā no vienas puses ir uzkrājies lielāks šķidruma daudzums, kas ir izveidojis augstu spiedienu (osmotisko spiedienu). Ja membrāna vairs nespēj izturēt spiedienu, šūnu var iznīcināt.

Aktīvie transporta procesi caur membrānu nodrošina noteiktu vielu noņemšanu, izmantojot enerģiju. Spilgts osmotiskā procesa piemērs ir nogatavojušos ķiršu uzpūšanās, tos sajaucot ar ūdeni. Ūdens iekļūst caur augļa ārējo ādu, bet cukurs nevar izkļūt. Atšķaidīšanas process augļos turpinās, līdz tie pārsprāgst.

Ķermenī osmotisko un aktīvo, enerģiju patērējošo transporta procesu apvienojums nodrošina, ka bioķīmiskie procesi norit vienmērīgi telpās, kuras atdala biomembrānas. Var pastāvēt šūnas, kas atdalās no ārējās vides, bet pastāvīgi apmainās ar vielām.

Organelli atrodas arī šūnā, kur var notikt atsevišķas reakcijas. Lai novērstu osmotiskā spiediena palielināšanos līdz tādam līmenim, ka biomembrānas eksplodē, molekulas tiek izvadītas aktīvajos transporta procesos.

Zīdītāju šūnās, palielinoties osmotiskajam spiedienam, proteīns NFAT5 tiek ražots lielākā mērā. Tas nodrošina vairākus pretmehānismus, lai aizsargātu šūnu no hipertoniskā stresa (liekā spiediena). Šajā procesā tiek ražoti transporta proteīni, kas, izmantojot enerģiju, no šūnas izvada noteiktas vielas. Cita starpā urīnā esošās vielas, piemēram, glikoze un liekie elektrolīti, izdalās caur nierēm, lai regulētu osmotisko spiedienu organismā.

Slimības un kaites

Osmozei ir arī liela nozīme elektrolītu līdzsvara regulēšanā. Elektrolīti ir izšķīduši sāļi un sastāv no pozitīvi lādētiem metāla joniem, piemēram, nātrija, kālija, magnija vai kalcija joniem, un negatīvi lādētiem anjoniem, piemēram, hlorīda, bikarbonāta vai fosfāta anjoniem.

Tie dažādās koncentrācijās atrodas šūnā (intracelulāri), ārpus šūnām (intersticiāli) vai asinsritē (intravaskulāri). Koncentrācijas atšķirības rada elektrisko spriegumu šūnu membrānās un tādējādi izraisa daudzus procesus šūnu līmenī. Ja tiek traucētas koncentrācijas atšķirības, tiek sajaukts arī viss elektrolītu līdzsvars.

Nieres regulē šo elektrolītu līdzsvaru, izmantojot dažādus mehānismus, piemēram, slāpes mehānismus, hormonālos procesus vai peptīdus, kas darbojas uz nierēm. Smagas caurejas, vemšanas, asins zuduma vai nieru mazspējas gadījumā var tikt traucēts ūdens un elektrolītu līdzsvars. Katrs elektrolīts var rasties vai nu pārāk augstā, vai pārāk zemā koncentrācijā.

Traucējumi ūdenī un elektrolītu līdzsvars dažreiz ir bīstami dzīvībai, atkarībā no to nopietnības. Šādu stāvokļu piemēri ir dehidratācija, hiperhidratācija, hiper- un hipovolemija (asins tilpums ir palielināts vai samazināts), hipo- un hipernatremija, hipo- un hiperkaliēmija vai arī hipo- un hiperkalciēmija.

Katram no šiem stāvokļiem nepieciešama intensīva ārstēšana. Parasti ūdens un elektrolītu līdzsvars ātri izlīdzinās. Tomēr, ja nieru mazspēja vai cita slimība traucē regulējošo mehānismu starp aktīvajiem transporta procesiem un osmotiskajiem procesiem, var rasties hroniski elektrolītu traucējumi. Tā rezultātā rodas tūska, sirds un asinsvadu slimības, smadzeņu edēma, apjukuma stāvokļi vai krampji.

Attiecības starp ūdens un elektrolītu līdzsvaru un bioloģiskajiem procesiem organismā ir tik sarežģītas, ka līdzīgus simptomus bieži novēro visiem elektrolītu traucējumu veidiem. Elektrolītu līdzsvara noteikšanai vajadzētu būt vienam no standarta izmeklējumiem, ja šie simptomi ir hroniski.