Osmoze ir virzīta molekulāro daļiņu plūsma caur puscaurlaidīgu membrānu. Bioloģijā tam ir galvenā nozīme ūdens līdzsvarot šūnās.
Kas ir osmoze?
Osmoze ir virzīta molekulāro daļiņu plūsma caur puscaurlaidīgu membrānu. Bioloģijā tam ir galvenā nozīme ūdens līdzsvarot šūnās. Osmoze grieķu valodā nozīmē “iespiešanās”. To raksturo kā tādu šķīdinātāju spontānu pāreju kā ūdens caur selektīvi caurlaidīgu membrānu. Membrāna ir caurlaidīga tikai šķīdinātājam, bet ne izšķīdušajai vielai. Tikai vienas sastāvdaļas selektīvās difūzijas rezultātā tiek izlīdzināts ķīmiskais potenciāls abās membrānas pusēs. Osmoze bieži sastopama dabā. Īpaši bioloģiskajās membrānās, selektīvās masa pārvietošana ir nepieciešama, lai notiktu bioloģiskie transporta procesi. Tomēr aktīvi, enerģiju patērējošie transporta procesi šeit nodrošina arī to, ka pasīvi attīstošais osmotiskais spiediens nav destruktīvs šūnai. Lai gan normālos difūzijas procesos nav iespējams veikt atcelšanu, osmoze ir atgriezenisks process.
Funkcija un uzdevums
Osmozes gadījumā molekulas šķīduma vai tīra šķīdinātāja selektīvi izkliedējas caur membrānu, līdz ķīmiskais potenciāls ir līdzsvarots abās membrānas pusēs. Piemēram, koncentrētu šķīdumu no otras puses atšķaida ar šķīdinātāju, līdz uzbūvētais hidrostatiskais spiediens novērš turpmāku difūziju. Molekulas var migrēt caur membrānu neatkarīgi no tā, no kuras puses viņi nāk. Tomēr tie vienmēr biežāk izkliedējas lielākās potenciālās atšķirības virzienā. Kad ķīmiskais potenciāls ir līdzsvarots, no kreisās uz labo pusi migrē tikpat daudz daļiņu kā no labās uz kreiso. Tādējādi nekas ārēji nemainās. Tomēr koncentrētā šķīduma vēlamās atšķaidīšanas dēļ vienā pusē ir uzkrāts lielāks šķidruma daudzums, kas ir izveidojis augstu spiedienu (osmotisko spiedienu). Ja membrāna vairs nespēj izturēt spiedienu, šūna var tikt iznīcināta. Aktīvi transporta procesi caur membrānu nodrošina noteiktu vielu izvadīšanu, tērējot enerģiju. Osmotiskā procesa ilustratīvs piemērs ir nogatavojušos ķiršu pietūkums, kad tiem pievieno ūdeni. Šajā procesā ūdens iekļūst caur ārējo āda augļa, bet cukurs nevar aizbēgt. Atšķaidīšanas process augļos turpinās, līdz tas pārsprāgst. Ķermenī osmotisko un aktīvo enerģiju patērējošo transporta procesu kombinācija nodrošina vienmērīgu darbību ekspluatācijas bioķīmisko procesu izpēte telpās, kuras atdala biomembrānas. Tādējādi var eksistēt šūnas, kas ir atdalītas no ārējās vides, bet ar to notiek nemainīgā metabolismā. Šūnā ir arī organoīdi, kur var notikt atsevišķas reakcijas. Lai novērstu osmotiskā spiediena palielināšanos līdz biomembrānu plīšanas vietai, molekulas tiek izraidīti aktīvos transporta procesos. Zīdītāju šūnās olbaltumviela NFAT5 arvien vairāk tiek ražota, palielinoties osmotiskajam spiedienam. Tas nodrošina vairākus pretmehānismus, lai aizsargātu šūnu no hipertoniskās iedarbības uzsvars (pārspiediens). Šajā procesā transports proteīni tiek ražoti, kas, iztērējot enerģiju, izved noteiktas vielas no šūnas. Cita starpā urīnvielas, piemēram, glikoze un pārpalikums elektrolīti izdalās caur nierēm, lai regulētu osmotisko spiedienu organismā.
Slimības un kaites
Osmozei ir arī svarīga loma elektrolīta regulēšanā līdzsvarot. Elektrolītu ir izšķīduši sāļi un sastāv no pozitīvi uzlādētiem metāla joniem, piemēram, nātrijs, kālijs, magnijs, vai kalcijs jonus un negatīvi lādētus anjonus, piemēram, hlorīds, bikarbonāts vai fosfāts anjoni. Tie atrodas dažādās koncentrācijās gan šūnas iekšienē (intracelulārā), gan ārpus šūnām (intersticiāla), gan asinsrites iekšienē (intravaskulāri). The koncentrācija atšķirības rada elektrisko spriedzi uz šūnu membrānām, izraisot dažādus procesus šūnu līmenī. Ja koncentrācija atšķirības tiek traucētas, tiek izjaukts arī viss elektrolītu līdzsvars. Nieres regulē šo elektrolītu līdzsvaru, izmantojot dažādus mehānismus, piemēram, slāpes mehānismus, hormonālos procesus vai niere- iedarbojošie peptīdi. Smagu gadījumos caureja, vemšana, asinis zaudējums vai nieru mazspēja, var tikt traucēta ūdens un elektrolītu līdzsvars. Katrs elektrolīts var būt pārāk augstā vai pārāk zemā koncentrācijā. Ūdens un elektrolītu līdzsvara traucējumi dažkārt ir bīstami dzīvībai, atkarībā no to smaguma pakāpes. Šādu nosacījumu piemēri ir dehidrēšana, hiperhidratācija, hiper- un hipovolēmija (palielināta vai samazināta asinis tilpums), hipo- un hipernatremija, hipo- un hiperkaliēmijaun hipo- un hiperkalciēmija. Katram no šiem apstākļiem nepieciešama intensīva ārstēšana. Parasti ūdens un elektrolītu līdzsvars tiek ātri līdzsvarots. Tomēr, ja tiek traucēts regulēšanas mehānisms starp aktīvajiem transporta procesiem un osmotiskajiem procesiem nieru mazspēja vai cita slimība, var rasties hroniska elektrolītu nelīdzsvarotība. Tā rezultātā rodas tūska, sirds un asinsvadu slimības, smadzeņu tūska, apjukuma stāvokļi vai krampji. Ūdens un elektrolītu līdzsvara saistība ar ķermeņa bioloģiskajiem procesiem ir tik sarežģīta, ka līdzīgi simptomi bieži tiek novēroti visu veidu elektrolītu traucējumi. Elektrolītu līdzsvara noteikšanai jābūt standarta izmeklēšanai, ja šie simptomi ir hroniski.
