OSMOREGULATIE: WAT IS HET, IN PLANTEN, BIJ DIEREN, VOORBEELDEN - BIOLOGIE - 2026

De osmoregulatie is een proces dat verantwoordelijk is voor het handhaven van de homeostase van vloeistoffen in een lichaam door actief de interne osmotische druk te reguleren. Het doel is om voldoende volumes en osmolaire concentraties van de verschillende biologische compartimenten te behouden, wat essentieel is voor het goed functioneren van organismen.

Biologisch water kan worden beschouwd als verdeeld in compartimenten die het celinterieur (intracellulair compartiment) omvatten en, in het geval van meercellige organismen, de vloeistof die de cellen omringt (extracellulair of interstitiaal compartiment).

Beweging van water en ionen in zoetwater telostusvissen (Bron: Raver, Duane; gewijzigd door Biezl (eigen werk), niet gedefinieerd in het Spaans vertaald door -Cristina busch (talk) 20:53, 1 september 2014 (UTC) via Wikimedia Commons )

Er is ook, in meer complexe organismen, een intravasculair compartiment dat intra- en extracellulaire vloeistof in contact brengt met de externe omgeving. Deze drie compartimenten worden gescheiden door biologische membranen met selectieve permeabiliteit die de vrije doorgang van water mogelijk maken en de doorgang van deeltjes die in die vloeistof in oplossing worden gevonden in meer of mindere mate beperken.

Zowel water als enkele kleine deeltjes kunnen vrij door de poriën in het membraan bewegen, door diffusie en door hun concentratiegradiënten te volgen. Anderen, groter of elektrisch geladen, kunnen alleen van de ene naar de andere kant gaan met andere moleculen die als transportmiddel dienen.

Osmotische processen hebben te maken met de beweging van water van de ene plaats naar de andere volgens de concentratiegradiënt. Dat wil zeggen, het beweegt van het compartiment waarin ze het meest geconcentreerd is naar het compartiment waar haar concentratie minder is.

Water is meer geconcentreerd op de plaats waar de osmolaire concentratie (concentratie van osmotisch actieve deeltjes) lager is en vice versa. Het water zou zich dan verplaatsen van een plaats met een lage osmolaire concentratie naar een andere met een hogere osmolaire concentratie.

Levende wezens hebben complexe mechanismen ontwikkeld om het osmotische evenwicht in hun binnenste te beheersen en de processen van het binnenkomen en verlaten van water te reguleren, het binnenkomen en / of verlaten van opgeloste stoffen te reguleren, en dit is waar osmoregulatie naar verwijst.

Wat is osmoregulatie?

Het belangrijkste doel van osmotische regulering is om de in- en uitlaat van water en opgeloste stoffen zo aan te passen dat zowel het volume als de samenstelling van de vloeistofcompartimenten constant blijven.

In die zin kunnen twee aspecten worden beschouwd, de ene de uitwisseling tussen het organisme en de omgeving en de andere de uitwisseling tussen de verschillende compartimenten van het lichaam.

Het binnenkomen en verlaten van water en opgeloste stoffen vindt plaats via verschillende mechanismen:

-In het geval van hogere gewervelde dieren wordt het inkomen bijvoorbeeld gereguleerd door de opname van water en opgeloste stoffen, een kwestie die op zijn beurt afhangt van de activiteit van het zenuwstelsel en het endocriene systeem, die ook een rol spelen bij de regulering van de renale uitscheiding van deze stoffen.

-In het geval van vaatplanten vindt de opname van water en opgeloste stoffen plaats dankzij de verdampingsprocessen die plaatsvinden in de bladeren. Deze processen "trekken" de waterkolom en drijven zijn opwaartse beweging door de plant vanaf de wortels, wat te maken heeft met het waterpotentieel.

De uitwisseling en het evenwicht tussen de verschillende compartimenten van het organisme vindt plaats door ophoping van opgeloste stoffen in een of ander compartiment door hun actief transport. De toename van opgeloste stoffen in cellen bepaalt bijvoorbeeld de beweging van water naar hen toe en de toename van hun volume.

De balans bestaat in dit geval uit het handhaven van een intracellulaire osmolaire concentratie die voldoende is om een ​​constant celvolume te behouden en dit wordt bereikt dankzij de deelname van eiwitten met verschillende transportactiviteiten, waaronder ATPase-pompen en andere transporters. .

Osmoregulatie in planten

Planten hebben water nodig om in dezelfde mate te leven als dieren en andere eencellige organismen. Bij hen, zoals bij alle levende wezens, is water essentieel om alle metabolische reacties uit te voeren die verband houden met groei en ontwikkeling, die te maken hebben met het behouden van de vorm en de turgor van hun cellen.

Tijdens hun leven worden ze blootgesteld aan variabele watercondities die afhankelijk zijn van de omgeving die hen omringt, met name van de luchtvochtigheid en van het niveau van zonnestraling.

In plantenorganismen vervult osmoregulatie de functie van het in stand houden van het turgorpotentieel door de accumulatie of vermindering van opgeloste stoffen als reactie op waterstress, waardoor ze kunnen blijven groeien.

Beweging van water in wortelcellen (simplastisch transport en apoplastisch transport) (Bron: Dylan W.Schwilk via Wikimedia Commons)

Het water tussen de wortelharen en de endodermis stroomt tussen de wortelcellen door een extracellulair compartiment dat bekend staat als de apoplast (apoplastisch transport) of door cytoplasmatische verbindingen (eenvoudig transport), totdat het wordt gefilterd samen met ionen en mineralen in de cellen van de endodermis en vervolgens naar de vaatbundels.

Terwijl water en minerale voedingsstoffen door de wortel van de grond naar de luchtorganen worden getransporteerd, 'nemen' de cellen van de verschillende weefsels van het lichaam de hoeveelheden water en de hoeveelheden opgeloste stoffen op die nodig zijn voor de vervulling van hun functies.

In planten, zoals in veel hogere organismen, worden de processen van het binnenkomen en verdrijven van water gereguleerd door groeiregulerende stoffen (fytohormonen) die reacties op verschillende omgevingsomstandigheden en andere intrinsieke factoren moduleren.

- Waterpotentieel en drukpotentieel

Omdat de intracellulaire concentratie van opgeloste stoffen in plantencellen hoger is dan die van hun omgeving, heeft water de neiging om door osmose naar het binnenste te diffunderen totdat het drukpotentieel dat door de celwand wordt uitgeoefend dit mogelijk maakt en dit is wat de cellen maakt cellen zijn stevig of gezwollen.

Het waterpotentieel is een van de factoren die betrokken zijn bij de wateruitwisseling van beide planten met hun omgeving en de cellen van hun weefsels met elkaar.

Het heeft te maken met de meting van de richting van de waterstroom tussen twee compartimenten en omvat de som van de osmotische potentiaal met de drukpotentiaal uitgeoefend door de celwand.

In planten is de osmotische potentiaal een negatief getal, aangezien de intracellulaire concentratie van opgeloste stof gewoonlijk hoger is dan die van de extracellulaire omgeving; terwijl het drukpotentieel meestal positief is.

Hoe lager het osmotische potentieel, hoe negatiever het waterpotentieel. Als het als een cel wordt beschouwd, wordt er gezegd dat het water erin zal komen na zijn potentiële gradiënt.

Osmoregulatie bij dieren

Meercellige gewervelde dieren en ongewervelde dieren gebruiken verschillende systemen om interne homeostase te behouden, dit in strikte afhankelijkheid van de habitat die ze innemen; dat wil zeggen dat de aanpassingsmechanismen verschillen tussen zoutwater-, zoetwater- en landdieren.

De verschillende aanpassingen zijn vaak afhankelijk van gespecialiseerde organen voor osmoregulatie. In de natuur staan ​​de meest voorkomende bekend als nefridiale organen, dit zijn gespecialiseerde uitscheidingsstructuren die functioneren als een systeem van buisjes die zich naar buiten openen via poriën die nephridiopores worden genoemd.

Platwormen hebben dergelijke structuren die bekend staan ​​als protonephridiums, terwijl ringwormen en weekdieren metanephridia hebben. Insecten en spinnen hebben een versie van nefridiale organen die Malpighi-tubuli worden genoemd.

Bij gewervelde dieren wordt een osmoregulerend en uitscheidingssysteem bereikt, voornamelijk samengesteld uit de nieren, maar het zenuwstelsel en het endocriene systeem, het spijsverteringsstelsel, de longen (of kieuwen) en de huid nemen ook deel aan dit proces om de waterbalans te behouden.

- Waterdieren

Ongewervelde zeedieren worden beschouwd als osmo-adaptieve organismen , omdat hun lichaam in osmotisch evenwicht is met het water dat hen omringt. Water en zouten komen binnen en verlaten door diffusie wanneer externe concentraties veranderen.

Ongewervelde dieren die in estuaria leven waar de zoutconcentratie aanzienlijke schommelingen vertoont, staan ​​bekend als osmoregulerende organismen , omdat ze complexere regulatiemechanismen hebben vanwege het feit dat de concentratie van zouten in hun binnenste anders is dan die van het water waarin ze leven.

Zoetwatervissen hebben een zoutconcentratie in hun binnenste die veel hoger is dan die van het water dat hen omringt, waardoor er door osmose veel water hun binnenste binnendringt, maar dit wordt uitgescheiden in de vorm van verdunde urine.

Bovendien hebben sommige vissoorten kieuwcellen voor het binnendringen van zout.

Gewervelde zeedieren, waarvan de zoutconcentratie lager is dan die van hun omgeving, krijgen water door het uit de zee te drinken en verdrijven overtollig zout in hun urine. Veel zeevogels en reptielen hebben "zoutklieren" die ze gebruiken om overtollig zout af te geven dat ze krijgen na het drinken van zeewater.

De meeste zeezoogdieren nemen zout water op als ze zich voeden, maar hun binnenste heeft meestal een lagere zoutconcentratie. Het mechanisme dat wordt gebruikt om de homeostase in stand te houden, is de productie van urine met een hoge concentratie aan zouten en ammoniak.

Verschil in osmoregulatie tussen planten en dieren

De ideale toestand van een plantencel verschilt aanzienlijk van die van een dierencel, een feit dat verband houdt met de aanwezigheid van de celwand die de overmatige uitzetting van de cel door binnendringend water voorkomt.

Bij dieren is de intracellulaire ruimte in osmotisch evenwicht met extracellulaire vloeistoffen en zijn osmoregulatieprocessen verantwoordelijk voor het handhaven van deze toestand.

Plantencellen hebben daarentegen turgor nodig, wat ze bereiken door de intracellulaire vloeistof geconcentreerder te houden dan de omgeving, en daarom heeft water de neiging om ze binnen te dringen.

Voorbeelden

Naast alle gevallen die hierboven zijn besproken, is een goed voorbeeld van osmoregulatiesystemen die in het menselijk lichaam:

Bij mensen houdt het handhaven van het normale volume en de osmolariteit van lichaamsvloeistoffen een balans in tussen de invoer en uitvoer van water en opgeloste stoffen, dat wil zeggen een evenwicht waarbij de invoer gelijk is aan de uitvoer.

Aangezien de belangrijkste extracellulaire opgeloste stof natrium is, hangt de regulering van het volume en de osmolariteit van de extracellulaire vloeistof vrijwel uitsluitend af van de balans tussen water en natrium.

Water komt het lichaam binnen via voedsel en vloeistoffen die worden geconsumeerd (waarvan de regulering afhangt van de mechanismen van dorst) en wordt intern geproduceerd als gevolg van oxidatieprocessen in voedsel (metabolisch water).

Het verlaten van het water vindt plaats door ongevoelige verliezen, door zweet, uitwerpselen en urine. Het volume van de uitgescheiden urine wordt gereguleerd door de plasmaspiegel van antidiuretisch hormoon (ADH).

Natrium komt het lichaam binnen via ingenomen voedsel en vloeistoffen. Het gaat verloren door zweet, uitwerpselen en urine. Het verlies via de urine is een van de mechanismen voor het reguleren van het natriumgehalte van het lichaam en hangt af van de intrinsieke functie van de nier, gereguleerd door het hormoon aldosteron.

Referenties

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Essentiële celbiologie. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Cushman, J. (2001). Osmoregulatie in planten: implicaties voor de landbouw. Amer. Zool. , 41, 758-769.
3. Morgan, JM (1984). Osmoregulatie en waterstress bij hogere planten. Ann. Rev. Plant Physiol. 35, 299-319.
4. Nabors, M. (2004). Inleiding tot Botany (1st ed.). Pearson Education.
5. Solomon, E., Berg, L., en Martin, D. (1999). Biology (5e ed.). Philadelphia, Pennsylvania: Saunders College Publishing.
6. West, J. (1998). Fysiologische basis van de medische praktijk (12e ed.). Mexico DF: Redactie Médica Panamericana.