ОСМОРЕГУЛЯЦИЯ: ЧТО ЭТО ТАКОЕ, У РАСТЕНИЙ, У ЖИВОТНЫХ, ПРИМЕРЫ - БИОЛОГИЯ - 2024

Осморегуляция является процессом , который отвечает за поддержание гомеостаза жидкости в организме, активно регулируя ее внутреннее осмотическое давление. Его цель - поддерживать адекватные объемы и осмолярные концентрации различных биологических компонентов, что важно для правильного функционирования организмов.

Биологическую воду можно рассматривать как распределенную по компартментам, которые включают внутреннюю часть клетки (внутриклеточный компартмент) и, в случае многоклеточных организмов, жидкость, которая окружает клетки (внеклеточный или интерстициальный компартмент).

Движение воды и ионов у пресноводных телостусов (Источник: Рейвер, Дуэйн; изменено Бизлом (собственная работа), не определено Перевод на испанский - Кристина Буш (разговор) 20:53, 1 сентября 2014 г. (UTC) через Wikimedia Commons )

У более сложных организмов также есть внутрисосудистый компартмент, который приводит внутри- и внеклеточную жидкость в контакт с внешней средой. Эти три отсека разделены биологическими мембранами с селективной проницаемостью, которые обеспечивают свободный проход воды и ограничивают, в большей или меньшей степени, прохождение частиц, находящихся в растворе в этой жидкости.

И вода, и некоторые мелкие частицы могут свободно перемещаться через поры в мембране путем диффузии и следуя градиентам их концентрации. Другие, более крупные или электрически заряженные, могут переходить с одной стороны на другую только с использованием других молекул, которые служат транспортными средствами.

Осмотические процессы связаны с перемещением воды из одного места в другое в соответствии с градиентом ее концентрации. То есть он перемещается из отсека, в котором она наиболее сконцентрирована, в то, где ее концентрация меньше.

Вода более концентрирована в том месте, где осмолярная концентрация (концентрация осмотически активных частиц) ниже, и наоборот. Затем говорят, что вода перемещается с участка с низкой осмолярной концентрацией на другой с более высокой осмолярной концентрацией.

Живые существа разработали сложные механизмы для контроля осмотического баланса в своем внутреннем пространстве и регулирования процессов входа и выхода воды, регулирования входа и / или выхода растворенных веществ, и это то, что относится к осморегуляции.

Что такое осморегуляция?

Основная цель осмотического регулирования - отрегулировать вход и выход воды и растворенных веществ таким образом, чтобы объем и состав жидких отсеков оставались постоянными.

В этом смысле можно рассматривать два аспекта: один - обмен между организмом и окружающей средой, а другой - обмен между различными частями тела.

Вход и выход воды и растворенных веществ происходит по разным механизмам:

-В случае высших позвоночных животных, например, доход регулируется потреблением воды и растворенных веществ, что, в свою очередь, зависит от активности нервной и эндокринной систем, которые также участвуют в регуляции почечное выведение этих веществ.

-В случае сосудистых растений поглощение воды и растворенных веществ происходит благодаря процессам эвапотранспирации, происходящим в листьях. Эти процессы «тянут» толщу воды и вызывают ее движение вверх через растение от корней, что связано с потенциалом воды.

Обмен и баланс между различными частями организма происходит путем накопления растворенных веществ в том или ином компартменте посредством их активного транспорта. Например, увеличение количества растворенных веществ внутри клеток определяет движение воды к ним и увеличение их объема.

В данном случае баланс состоит в поддержании внутриклеточной осмолярной концентрации, достаточной для поддержания постоянного объема клеток, и это достигается благодаря участию белков с различной транспортной активностью, среди которых выделяются насосы АТФазы и другие переносчики. .

Осморегуляция у растений

Растения нуждаются в воде для жизни так же, как животные и другие одноклеточные организмы. У них, как и у всех живых существ, вода необходима для выполнения всех метаболических реакций, связанных с ростом и развитием, которые связаны с поддержанием формы и тургора их клеток.

В течение своей жизни они подвергаются различным водным условиям, которые зависят от окружающей их среды, в частности, от влажности воздуха и уровней солнечной радиации.

У растительных организмов осморегуляция выполняет функцию поддержания тургорного потенциала за счет накопления или уменьшения растворенных веществ в ответ на водный стресс, что позволяет им продолжать рост.

Движение воды в клетках корня (упрощенный транспорт и апопластический перенос) (Источник: Дилан В. Швилк через Wikimedia Commons)

Вода, находящаяся между корневыми волосками и энтодермой, течет между клетками корня через внеклеточный отсек, известный как апопласт (апопластический транспорт) или через цитоплазматические связи (упрощенный транспорт), пока не фильтруется вместе с ионами и минералы попадают в клетки энтодермы, а затем перемещаются в сосудистые пучки.

Поскольку вода и минеральные питательные вещества переносятся из почвы корнями к надземным органам, клетки различных тканей тела «впитывают» объемы воды и растворенных веществ, необходимые для выполнения своих функций.

У растений, как и у многих высших организмов, процессы входа и выхода воды регулируются веществами, регулирующими рост (фитогормонами), которые модулируют реакцию на различные условия окружающей среды и другие внутренние факторы.

- Водный потенциал и потенциал давления

Поскольку внутриклеточная концентрация растворенных веществ в растительных клетках выше, чем в окружающей их среде, вода имеет тенденцию диффундировать за счет осмоса внутрь до тех пор, пока потенциал давления, оказываемый клеточной стенкой, не позволит это, и это то, что заставляет клетки клетки твердые или набухшие.

Водный потенциал является одним из факторов, участвующих в водном обмене обоих растений с окружающей средой и клетками их тканей друг с другом.

Он связан с измерением направления потока воды между двумя отсеками и включает сумму осмотического потенциала с потенциалом давления, создаваемым клеточной стенкой.

У растений, поскольку внутриклеточная концентрация растворенных веществ обычно выше, чем во внеклеточной среде, осмотический потенциал является отрицательным числом; в то время как потенциал давления обычно положительный.

Чем ниже осмотический потенциал, тем отрицательнее водный потенциал. Если это считается клеткой, то говорят, что вода будет входить в нее, следуя своему градиенту потенциала.

Осморегуляция у животных

Многоклеточные позвоночные и беспозвоночные используют разные системы для поддержания внутреннего гомеостаза в строгой зависимости от среды обитания, которую они занимают; то есть адаптивные механизмы различны у морских, пресноводных и наземных животных.

Различные адаптации часто зависят от специализированных органов осморегуляции. В природе наиболее распространены нефридиальные органы, которые представляют собой специализированные выделительные структуры, функционирующие как система трубок, которые открываются наружу через поры, называемые нефридиопорами.

У плоских червей есть такие структуры, известные как протонефридиумы, а у кольчатых червей и моллюсков есть метанефридии. У насекомых и пауков есть разновидность нефридиальных органов, называемых трубочками Мальпиги.

У позвоночных животных достигается осморегуляторная и выделительная система, в основном состоящая из почек, но нервная и эндокринная системы, пищеварительная система, легкие (или жабры) и кожа также участвуют в этом процессе поддержания водного баланса.

- Водные животные

Морские беспозвоночные считаются осмоадаптивными организмами , поскольку их тела находятся в осмотическом равновесии с окружающей их водой. Вода и соли входят и выходят путем диффузии при изменении внешних концентраций.

Беспозвоночные, живущие в эстуариях, где концентрация солевого раствора значительно колеблется, известны как осморегуляторные организмы , поскольку они обладают более сложными механизмами регуляции из-за того, что концентрация солей внутри них отличается от концентрации солей в воде, в которой они живут.

У пресноводных рыб концентрация солей внутри их намного выше, чем в окружающей их воде, поэтому много воды попадает в их внутреннюю часть в результате осмоса, но она выводится в виде разбавленной мочи.

Кроме того, у некоторых видов рыб есть жаберные клетки для попадания соли.

Морские позвоночные животные, у которых концентрация соли ниже, чем в окружающей их среде, получают воду, выпивая ее из моря, и выделяют избыток соли с мочой. У многих морских птиц и рептилий есть «солевые железы», которые они используют для выделения лишней соли, которую они получают после питья морской воды.

Большинство морских млекопитающих глотают соленую воду во время еды, но их внутренняя часть обычно имеет более низкую концентрацию соли. Механизм, используемый для поддержания гомеостаза, - это выработка мочи с высокой концентрацией солей и аммиака.

Разница в осморегуляции между растениями и животными

Идеальное состояние растительной клетки значительно отличается от состояния животной клетки, что связано с наличием клеточной стенки, которая предотвращает чрезмерное расширение клетки из-за проникновения воды.

У животных внутриклеточное пространство находится в осмотическом равновесии с внеклеточными жидкостями, и процессы осморегуляции ответственны за поддержание этого состояния.

Растительным клеткам, с другой стороны, необходим тургор, которого они достигают, сохраняя внутриклеточную жидкость более концентрированной, чем ее окружающая среда, поэтому вода имеет тенденцию проникать в них.

Примеры

В дополнение ко всем случаям, описанным выше, хорошим примером системы осморегуляции является система, обнаруженная в организме человека:

У людей поддержание нормального объема и осмолярности жидкостей организма включает баланс между входом и выходом воды и растворенных веществ, то есть равновесие, при котором вход равен выходу.

Поскольку основным внеклеточным растворенным веществом является натрий, регулирование объема и осмолярности внеклеточной жидкости почти исключительно зависит от баланса между водой и натрием.

Вода поступает в организм с потребляемой пищей и жидкостями (регулирование которых зависит от механизмов жажды) и вырабатывается внутри в результате процессов окисления пищи (метаболическая вода).

Выход воды происходит незаметно, с потом, калом и мочой. Объем выделяемой мочи регулируется плазменным уровнем антидиуретического гормона (АДГ).

Натрий попадает в организм через пищу и жидкости. Он выводится с потом, калом и мочой. Его потеря с мочой является одним из механизмов регулирования содержания натрия в организме и зависит от внутренней функции почек, регулируемой гормоном альдостероном.

Ссылки

1. Альбертс, Б., Деннис, Б., Хопкин, К., Джонсон, А., Льюис, Дж., Рафф, М., … Уолтер, П. (2004). Эссенциальная клеточная биология. Абингдон: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Кушман, Дж. (2001). Осморегуляция в растениях: значение для сельского хозяйства. Amer. Зоол. , 41, 758–769.
3. Морган, JM (1984). Осморегуляция и водный стресс у высших растений. Энн. Rev. Plant Physiol. , 35, 299-319.
4. Наборс, М. (2004). Введение в ботанику (1-е изд.). Pearson Education.
5. Соломон, Э., Берг, Л., и Мартин, Д. (1999). Биология (5-е изд.). Филадельфия, Пенсильвания: издательство Saunders College.
6. Уэст, Дж. (1998). Физиологические основы врачебной практики (12-е изд.). Мексика DF: От редакции Médica Panamericana.