Osmosas: funkcija, užduotys, vaidmuo ir ligos

Osmosas yra nukreiptas molekulinių dalelių srautas per puslaidžią membraną. Biologijoje jis yra pagrindinis reguliuojant vanduo subalansuoti ląstelėse.

Kas yra osmosas?

Osmosas yra nukreiptas molekulinių dalelių srautas per puslaidžią membraną. Biologijoje jis yra pagrindinis reguliuojant vanduo subalansuoti ląstelėse. Osmosas graikų kalba reiškia „skverbimasis“. Jis apibūdinamas kaip savaiminis tirpiklių, tokių kaip vanduo per selektyviai laidžią membraną. Membrana yra laidi tik tirpikliui, bet ne ištirpintai medžiagai. Pasirinkus tik vieno komponento difuziją, išlyginamas cheminis potencialas abiejose membranos pusėse. Gamtoje su osmosu dažnai susiduriama. Ypač biologinėse membranose, selektyvi masė perdavimas yra būtinas, kad vyktų biologiniai pernašos procesai. Tačiau aktyvūs, energiją vartojantys transportavimo procesai čia taip pat užtikrina, kad pasyviai besivystantis osmosinis slėgis nėra destruktyvus ląstelei. Nors normalių difuzijos procesų atšaukimas neįmanomas, osmosas yra grįžtamasis procesas.

Funkcija ir užduotis

Osmoso metu molekulės tirpalo ar gryno tirpiklio selektyviai difunduoja per membraną, kol cheminis potencialas bus subalansuotas abiejose tos membranos pusėse. Pavyzdžiui, koncentruotas tirpalas skiedžiamas kitoje pusėje tirpikliu, kol susidaręs hidrostatinis slėgis neleis tolimesnei difuzijai. Molekulės gali migruoti per membraną, nepaisant to, iš kurios pusės jie yra. Tačiau jie visada labiau linkę sklisti didžiausio potencialo skirtumo kryptimi. Subalansavus cheminį potencialą, iš kairės į dešinę migruoja tiek pat dalelių, kiek iš dešinės į kairę. Taigi išoriškai niekas nesikeičia. Tačiau dėl norimo koncentruoto tirpalo praskiedimo vienoje pusėje susikaupė didesnis skysčio kiekis, dėl kurio susidarė aukštas slėgis (osmosinis slėgis). Jei membrana nebeatlaiko slėgio, ląstelė gali būti sunaikinta. Aktyvūs transporto procesai per membraną užtikrina, kad tam tikros medžiagos pašalinamos išeikvojant energiją. Iliustracinis osmosinio proceso pavyzdys yra prinokusių vyšnių patinimas, kai į jas pridedama vandens. Šiame procese vanduo prasiskverbia pro išorę oda vaisių, o cukrus negali pabėgti. Skiedimo procesas vaisiuje tęsiasi tol, kol jis sprogo. Kūno organizme osmosinių ir aktyvių energiją vartojančių transporto procesų derinys užtikrina sklandumą veikia biocheminių procesų erdvėse, atskirtose biomembranomis. Taigi gali egzistuoti ląstelės, kurios yra atskirtos nuo išorinės aplinkos, tačiau su ja nuolat keičiasi medžiagų apykaita. Ląstelėje taip pat yra organelių, kuriuose gali vykti atskiros reakcijos. Norėdami išvengti osmosinio slėgio padidėjimo iki biomembranų plyšimo taško, molekulės yra išsiųsti aktyviais transporto procesais. Žinduolių ląstelėse baltymas NFAT5 vis labiau gaminamas padidėjus osmosiniam slėgiui. Tai suteikia daugybę kovos mechanizmų, apsaugančių ląstelę nuo hipertoninės stresas (per didelis slėgis). Šiame procese transportas baltymai gaminami, kurie, išeikvodami energiją, tam tikras medžiagas nukreipia iš ląstelės. Be kita ko, šlapimo medžiagos, tokios kaip gliukozė ir perteklius elektrolitai išskiriami per inkstus, kad sureguliuotų osmosinį slėgį organizme.

Ligos ir negalavimai

Osmosas taip pat vaidina svarbų vaidmenį reguliuojant elektrolitą subalansuoti. Elektrolitai yra ištirpę druskos ir susideda iš teigiamai įkrautų metalų jonų, tokių kaip natris, kalis, Magnisarba kalcis jonų ir neigiamai įkrautų anijonų, tokių kaip chloridas, bikarbonatas arba fosfatas anijonai. Jų būna skirtingomis koncentracijomis tiek ląstelės viduje (viduląstelinis), tiek ląstelių išorėje (intersticinis), tiek kraujotakos viduje (intravaskulinis). The koncentracija skirtumai sukuria elektrinę įtampą ląstelių membranose, sukeldami įvairius procesus ląstelių lygiu. Jei koncentracija sutrinka skirtumai, taip pat sutrinka visa elektrolitų pusiausvyra. Inkstai reguliuoja šią elektrolitų pusiausvyrą įvairiais mechanizmais, pavyzdžiui, troškulio mechanizmais, hormoniniais procesais ar inkstasveikiantys peptidai. Sunkiais atvejais viduriavimas, vėmimas, kraujas praradimas arba inkstų nepakankamumas, gali sutrikti vandens ir elektrolitų balansas. Kiekvieno elektrolito koncentracija gali būti per didelė arba per maža. Vandens ir elektrolitų pusiausvyros sutrikimai kartais kelia grėsmę gyvybei, atsižvelgiant į jų sunkumą. Tokių sąlygų pavyzdžiai yra dehidratacija, hiperhidracija, hiper- ir hipovolemija (padidėjusi ar sumažėjusi kraujas apimtis), hipo- ir hipernatremija, hipo- ir hiperkalemijair hipo- bei hiperkalcemija. Kiekvieną iš šių sąlygų reikia intensyviai gydyti. Paprastai vandens ir elektrolitų balansas greitai subalansuojamas. Tačiau jei sutrinka reguliavimo mechanizmas tarp aktyvių transporto procesų ir osmosinių procesų inkstų nepakankamumas ar kita liga, gali atsirasti lėtinis elektrolitų disbalansas. Dėl to atsiranda edema, širdies ir kraujagyslių ligos, smegenų edema, sumišimo būsenos ar traukuliai. Vandens ir elektrolitų pusiausvyros santykiai su biologiniais organizmo procesais yra tokie sudėtingi, kad panašūs simptomai dažnai pastebimi visų formų elektrolitų sutrikimai. Elektrolitų pusiausvyros nustatymas turėtų būti standartinis tyrimas, kai šie simptomai yra lėtiniai.