Най- осмоза е насочен поток от молекулни частици през полупропусклива мембрана. В биологията е от централно значение за регулиране на водния баланс в клетките.
Какво е осмозата?
Осмозата означава „проникване“ на гръцки. Описва се като спонтанно преминаване на разтворители като вода през селективно пропусклива мембрана. Мембраната е пропусклива само за разтворителя, но не и за разтворените вещества. Селективната дифузия само на един компонент води до баланс на химическия потенциал от двете страни на мембраната.
Осмозата често се среща в природата. По-специално в биологичните мембрани е необходим селективен обмен на вещества, за да се осъществят биологични транспортни процеси. Въпреки това, активните, енергоемки транспортни процеси също гарантират, че пасивно възникващото осмотично налягане няма да има разрушителен ефект върху клетката.
Въпреки че при нормални дифузионни процеси не е възможно да се обърне, осмозата е обратим процес.
Функция и задача
При осмоза молекулите на разтвор или чист разтворител дифундират избирателно през мембрана, докато химичният потенциал се балансира от двете страни на тази мембрана. Например концентриран разтвор от другата страна се разрежда от разтворителя, докато натрупаното хидростатично налягане не предотврати по-нататъшна дифузия.
Молекулите могат да мигрират през мембраната, независимо от коя страна идват. Въпреки това, те винаги са по-склонни да разпространяват в посока на най-голямата потенциална разлика.
Когато химическият потенциал е балансиран, същия брой частици мигрира от ляво на дясно, както отдясно наляво. Така че външно вече нищо не се променя. В резултат на желаното разреждане на концентрирания разтвор, от една страна се е натрупало по-голямо количество течност, което е натрупало високо налягане (осмотичното налягане). Ако мембраната вече не може да издържи налягането, клетката може да бъде унищожена.
Активните транспортни процеси през мембраната осигуряват отстраняването на определени вещества с използването на енергия. Ярък пример за осмотичен процес е подуването на узрели череши, когато към тях се добави вода. Водата прониква през външната кожа на плода, докато захарта не може да излезе. Процесът на разреждане в плодовете продължава, докато не се спука.
Вътре в тялото комбинацията от осмотични и активни, енергоемки транспортни процеси гарантира, че биохимичните процеси протичат гладко в пространства, разделени от биомембрани. Могат да съществуват клетки, които се отделят от външната среда, но са в постоянен обмен на вещества с нея.
Органелите също присъстват в клетката, където могат да протичат отделни реакции. За да се предотврати повишаването на осмотичното налягане до такава степен, че биомембраната да се разруши, молекулите се изхвърлят чрез активни транспортни процеси.
В клетките на бозайниците, когато осмотичното налягане се повиши, протеинът NFAT5 се произвежда в по-голяма степен. Той осигурява редица противомеханизми за защита на клетката от хипертоничен стрес (излишно налягане). В процеса се получават транспортни протеини, които, използвайки енергия, канализират определени вещества от клетката. Наред с други неща, пикочните вещества като глюкоза и излишните електролити се отделят през бъбреците, за да се регулира осмотичното налягане в организма.
Болести и неразположения
Осмозата също играе важна роля за регулиране на електролитния баланс. Електролитите са разтворени соли и се състоят от положително заредени метални йони като натриеви, калиеви, магнезиеви или калциеви йони и отрицателно заредени аниони като хлоридни, бикарбонатни или фосфатни аниони.
Те присъстват в различни концентрации в клетката (вътреклетъчно), извън клетките (интерстициална) или в кръвния поток (вътресъдово). Разликите в концентрацията генерират електрическото напрежение на клетъчните мембрани и по този начин предизвикват множество процеси на клетъчно ниво. Ако разликите в концентрацията са нарушени, целият електролитен баланс също се смесва.
Бъбреците регулират този електролитен баланс чрез различни механизми като жадни механизми, хормонални процеси или пептиди, които действат върху бъбреците. При силна диария, повръщане, загуба на кръв или бъбречна недостатъчност може да се наруши водният и електролитният баланс. Всеки електролит може да възникне в концентрации, които са или твърде високи, или твърде ниски.
Нарушенията във водния и електролитния баланс понякога са животозастрашаващи, в зависимост от тежестта им. Примери за такива състояния включват дехидратация, хиперхидратация, хипер- и хиповолемия (кръвният обем се увеличава или намалява), хипо- и хипернатриемия, хипо- и хиперкалиемия или иначе хипо- и хиперкалциемия.
Всяко от тези състояния изисква интензивно лечение. Обикновено балансът на водата и електролита бързо се уравновесява. Ако обаче регулаторният механизъм между активните транспортни процеси и осмотичните процеси е нарушен от бъбречна недостатъчност или друго заболяване, могат да възникнат хронични електролитни нарушения. В резултат на това възникват отоци, сърдечно-съдови заболявания, мозъчен оток, състояния на объркване или припадъци.
Връзките между водния и електролитния баланс и биологичните процеси в организма са толкова сложни, че подобни симптоми често се наблюдават при всички форми на електролитни нарушения. Определянето на електролитния баланс трябва да бъде част от стандартните изследвания, ако тези симптоми са хронични.
