osmóza

osmóza je smerovaný tok molekulárnych častíc cez semipermeabilnú membránu. V biológii má zásadný význam pre reguláciu vodnej rovnováhy v bunkách.

Čo je to osmóza?

Osmóza v gréčtine znamená „prienik“. Opisuje sa ako spontánny priechod rozpúšťadiel, ako je voda, cez selektívne priepustnú membránu. Membrána je priepustná iba pre rozpúšťadlo, ale nie pre rozpustené látky. Vďaka selektívnej difúzii iba jednej zložky je chemický potenciál vyvážený na oboch stranách membrány.

Osmóza sa často vyskytuje v prírode. Najmä v biologických membránach je potrebná selektívna výmena látok, aby sa mohli uskutočniť procesy biologického transportu. Aktívne, energeticky náročné dopravné procesy však tiež zaisťujú, že pasívne sa vyskytujúci osmotický tlak nemá deštruktívny účinok na bunku.

Aj keď pri normálnych difúznych procesoch nie je možná reverzia, osmóza je reverzibilný proces.

Funkcia a úloha

V osmóze molekuly roztoku alebo čistého rozpúšťadla difundujú selektívne cez membránu, až kým chemický potenciál nie je vyvážený na oboch stranách tejto membrány. Napríklad koncentrovaný roztok na druhej strane sa riedi rozpúšťadlom, kým zastavený hydrostatický tlak nezabráni ďalšej difúzii.

Molekuly môžu migrovať cez membránu, bez ohľadu na to, z ktorej strany pochádzajú. Vždy je však väčšia pravdepodobnosť, že sa rozptýlia smerom k najväčšiemu možnému rozdielu.

Keď je chemický potenciál vyvážený, rovnaký počet častíc migruje zľava doprava ako sprava doľava. Takže navonok sa už nič nezmení. Avšak v dôsledku požadovaného riedenia koncentrovaného roztoku sa na jednej strane nahromadilo väčšie množstvo kvapaliny, ktorá vytvorila vysoký tlak (osmotický tlak). Ak membrána už nemôže vydržať tlak, bunka sa môže zničiť.

Aktívne transportné procesy cez membránu zaisťujú, že určité látky sa odstraňujú pomocou energie. Živým príkladom osmotického procesu je opuch zrelých čerešní, keď sa zmiešajú s vodou. Voda preniká cez vonkajšiu pokožku ovocia, zatiaľ čo cukor nemôže unikať. Riediaci proces v ovocí pokračuje, až kým nedôjde k jeho prasknutiu.

Kombinácia osmotických a aktívnych, energeticky náročných dopravných procesov v tele zabezpečuje, že biochemické procesy prebiehajú hladko v priestoroch oddelených biomembránami. Môžu existovať bunky, ktoré sa oddeľujú od vonkajšieho prostredia, ale neustále s nimi vymieňajú látky.

Organely sú tiež prítomné v bunke, kde môžu prebiehať samostatné reakcie. Aby sa zabránilo zvýšeniu osmotického tlaku do tej miery, že sa biomembrány roztrhnú, molekuly sa prostredníctvom aktívnych transportných procesov vypúšťajú.

V cicavčích bunkách, keď sa zvyšuje osmotický tlak, sa proteín NFAT5 produkuje vo väčšej miere. Poskytuje množstvo protiopatrení na ochranu bunky pred hypertonickým stresom (nadmerný tlak). Pritom sa produkujú transportné proteíny, ktoré pomocou energie odvádzajú určité bunky z bunky. Močové látky, ako je glukóza a nadbytočné elektrolyty, sa okrem iného vylučujú obličkami, aby sa reguloval osmotický tlak v tele.

Choroby a choroby

Osmóza tiež hrá dôležitú úlohu pri regulácii rovnováhy elektrolytov. Elektrolyty sú rozpustené soli a pozostávajú z kladne nabitých kovových iónov, ako sú sodné, draselné, horečnaté alebo vápenaté ióny, a záporne nabitých aniónov, ako sú chloridové, hydrogenuhličitanové alebo fosfátové anióny.

Sú prítomné v rôznych koncentráciách tak v bunke (intracelulárna), mimo buniek (intersticiálna) alebo v krvnom riečišti (intravaskulárna). Rozdiely v koncentrácii generujú elektrické napätie na bunkových membránach, a tak spúšťajú množstvo procesov na bunkovej úrovni. Ak sú rozdiely v koncentrácii narušené, premieša sa aj celá rovnováha elektrolytov.

Obličky regulujú túto rovnováhu elektrolytov rôznymi mechanizmami, ako sú mechanizmy smädu, hormonálne procesy alebo peptidy, ktoré pôsobia na obličky. Pri silnej hnačke, zvracaní, strate krvi alebo zlyhaní obličiek môže byť narušená rovnováha vody a elektrolytov. Každý elektrolyt sa môže vyskytovať v príliš vysokých alebo príliš nízkych koncentráciách.

Poruchy vo vodnej rovnováhe a rovnováhe elektrolytov sú niekedy život ohrozujúce v závislosti od ich závažnosti. Príklady takýchto stavov zahŕňajú dehydratáciu, hyperhydratáciu, hyper- a hypovolémiu (zvýšený alebo znížený objem krvi), hypo- a hypernatriémiu, hypo- a hyperkalémiu alebo tiež hypo- a hyperkalciémiu.

Každá z týchto stavov vyžaduje intenzívne ošetrenie. Zvyčajne sa rovnováha vody a elektrolytov rýchlo vyrovná. Ak je však regulačný mechanizmus medzi aktívnymi transportnými procesmi a osmotickými procesmi narušený renálnou insuficienciou alebo iným ochorením, môže sa vyskytnúť chronická nerovnováha elektrolytov. Výsledkom je opuch, kardiovaskulárne choroby, opuchy mozgu, stav zmätenosti alebo záchvaty.

Vzťahy medzi rovnováhou vody a elektrolytov a biologickými procesmi v tele sú také zložité, že podobné príznaky sa často pozorujú pri všetkých formách porúch elektrolytov. Stanovenie rovnováhy elektrolytov by malo byť súčasťou štandardných vyšetrení, ak sú tieto príznaky chronické.