Definizione e spiegazione dell'osmoregolazione

L'osmoregolazione è la regolazione attiva della pressione osmotica per mantenere l'equilibrio d'acqua ed elettroliti in un organismo. Controllo di pressione osmotica è necessario per eseguire reazioni biochimiche e preservare omeostasi.

L'osmosi è il movimento di molecole di solvente attraverso una membrana semipermeabile in un'area che ha una maggiore concentrazione di soluto. La pressione osmotica è la pressione esterna necessaria per prevenire il solvente dall'attraversare la membrana. La pressione osmotica dipende dalla concentrazione di particelle di soluto. In un organismo, il solvente è acqua e le particelle di soluto sono principalmente sali disciolti e altri ioni, poiché molecole più grandi (proteine ​​e polisaccaridi) e molecole non polari o idrofobe (gas disciolti, lipidi) non attraversano un semipermeabile membrana. Per mantenere l'equilibrio idrico ed elettrolitico, gli organismi espellono l'acqua in eccesso, le molecole di soluto e i rifiuti.

Esistono due strategie utilizzate per l'osmoregolazione: conformarsi e regolare.

Gli osmoconformatori usano processi attivi o passivi per abbinare il loro interno osmolarità a quello dell'ambiente. Questo è comunemente visto negli invertebrati marini, che hanno la stessa pressione osmotica interna all'interno le loro cellule come l'acqua esterna, anche se la composizione chimica dei soluti può essere diverso.

Gli osmoregolatori controllano la pressione osmotica interna in modo che le condizioni siano mantenute entro un intervallo strettamente regolato. Molti animali sono osmoregolatori, compresi i vertebrati (come gli umani).

batteri - Quando l'osmolarità aumenta attorno ai batteri, possono utilizzare meccanismi di trasporto per assorbire elettroliti o piccole molecole organiche. Lo stress osmotico attiva i geni di alcuni batteri che portano alla sintesi di molecole di osmoprotectant.

Protozoi - protisti utilizzare vacuoli contrattili per trasportare ammoniaca e altri rifiuti escretori dal citoplasma alla membrana cellulare, dove il vacuolo si apre all'ambiente. La pressione osmotica forza l'acqua nel citoplasma, mentre la diffusione e il trasporto attivo controllano il flusso di acqua ed elettroliti.

Impianti - Le piante più alte usano gli stomi sul lato inferiore delle foglie per controllare la perdita d'acqua. Le cellule vegetali si affidano ai vacuoli per regolare l'osmolarità del citoplasma. Le piante che vivono nel suolo idratato (mesofite) compensano facilmente l'acqua persa a causa della traspirazione assorbendo più acqua. Le foglie e il gambo delle piante possono essere protetti da un'eccessiva perdita d'acqua mediante un rivestimento esterno ceroso chiamato cuticola. Le piante che vivono in habitat secchi (xerofite) immagazzinano acqua nei vacuoli, hanno cuticole spesse e possono hanno modifiche strutturali (ad es. foglie aghiformi, stomi protetti) per proteggere dall'acqua perdita. Le piante che vivono in ambienti salati (alofite) devono regolare non solo l'assunzione / perdita di acqua, ma anche l'effetto sulla pressione osmotica del sale. Alcune specie immagazzinano sali nelle loro radici in modo che il basso potenziale idrico attiri il solvente in via osmosi. Il sale può essere escreto sulle foglie per intrappolare le molecole d'acqua per l'assorbimento da parte delle cellule fogliari. Le piante che vivono in acqua o ambienti umidi (idrofite) possono assorbire l'acqua su tutta la loro superficie.

Animali - Gli animali utilizzano un sistema escretore per controllare e mantenere la quantità di acqua persa nell'ambiente pressione osmotica. Il metabolismo proteico genera anche molecole di scarto che potrebbero interrompere la pressione osmotica. Gli organi responsabili dell'osmoregolazione dipendono dalla specie.

Nell'uomo, l'organo principale che regola l'acqua è il rene. Acqua, glucosio e aminoacidi possono essere riassorbiti dal filtrato glomerulare nei reni o possono continuare attraverso gli ureteri fino alla vescica per l'escrezione nelle urine. In questo modo, i reni mantengono l'equilibrio elettrolitico del sangue e regolano anche la pressione sanguigna. L'assorbimento è controllato dagli ormoni aldosterone, ormone antidiuretico (ADH) e angiotensina II. Gli umani perdono anche acqua e elettroliti via il sudore.

Gli osmorecettori nell'ipotalamo del cervello monitorano i cambiamenti nel potenziale idrico, controllando la sete e secernendo l'ADH. L'ADH è immagazzinato nella ghiandola pituitaria. Quando viene rilasciato, prende di mira le cellule endoteliali nei nefroni dei reni. Queste cellule sono uniche perché hanno acquaporine. L'acqua può passare direttamente attraverso le acquaporine invece di dover navigare attraverso il doppio strato lipidico della membrana cellulare. ADH apre i canali d'acqua delle acquaporine, permettendo all'acqua di fluire. I reni continuano ad assorbire l'acqua, riportandola nel flusso sanguigno, fino a quando la ghiandola pituitaria smette di rilasciare ADH.