Osmóza je směrovaný tok molekulárních částic přes semipermeabilní membránu. V biologii je ústředním prvkem regulace voda vyvážit v buňkách.
Co je to osmóza?
Osmóza je směrovaný tok molekulárních částic přes semipermeabilní membránu. V biologii je ústředním prvkem regulace voda vyvážit v buňkách. Osmóza znamená v řečtině „penetrace“. Je popsán jako spontánní průchod pro rozpouštědla, jako je voda přes selektivně propustnou membránu. Membrána je propustná pouze pro rozpouštědlo, ale ne pro rozpuštěnou látku. Selektivní difúze pouze jedné složky vede k vyrovnání chemického potenciálu na obou stranách membrány. S osmózou se v přírodě často setkáváme. Zejména v biologických membránách, selektivní hmota pro biologické transportní procesy je nutný přenos. Aktivní, energeticky náročné transportní procesy zde však také zajišťují, aby pasivně se vyvíjející osmotický tlak nebyl pro buňku destruktivní. Zatímco v normálních difúzních procesech není možný žádný reverz, osmóza je reverzibilní proces.
Funkce a úkol
V osmóze molekuly roztoku nebo čistého rozpouštědla selektivně difunduje přes membránu, dokud není chemický potenciál vyvážen na obou stranách této membrány. Například koncentrovaný roztok je na druhé straně zředěn rozpouštědlem, dokud zvýšený hydrostatický tlak nezabrání další difúzi. Molekuly mohou migrovat přes membránu, bez ohledu na to, ze které strany pocházejí. Vždy je však větší pravděpodobnost, že se rozptýlí ve směru největšího potenciálního rozdílu. Když je chemický potenciál vyvážen, migruje stejný počet částic zleva doprava i zprava doleva. Externě se tedy nic nemění. Avšak v důsledku požadovaného zředění koncentrovaného roztoku se na jedné straně nahromadilo vyšší množství kapaliny, která vytvořila vysoký tlak (osmotický tlak). Pokud membrána již nevydrží tlak, může dojít ke zničení článku. Aktivní transportní procesy přes membránu zajišťují, že určité látky jsou odstraněny s výdajem energie. Názorným příkladem osmotického procesu je bobtnání zralých třešní, když se k nim přidá voda. V tomto procesu voda proniká skrz vnějšek kůže ovoce, zatímco cukr nemůže uniknout. Proces ředění v ovoci pokračuje, dokud nepraskne. Kombinace osmotických a aktivních energeticky náročných transportních procesů v těle zajišťuje hladký průběh běh biochemických procesů v prostorech oddělených biomembránami. Mohou tedy existovat buňky, které jsou odděleny od vnějšího prostředí, ale jsou s ním v neustálé metabolické výměně. V buňce existují také organely, kde mohou probíhat oddělené reakce. Aby se zabránilo zvýšení osmotického tlaku až do bodu prasknutí biomembrán, molekuly jsou vyloučeny aktivními transportními procesy. V savčích buňkách se protein NFAT5 stále více produkuje, když se zvyšuje osmotický tlak. Poskytuje řadu mechanismů čítače k ochraně buňky před hypertonikou stres (přetlak). V tomto procesu doprava Proteinů jsou produkovány, které s výdajem energie odvádějí určité látky z buňky. Mimo jiné močové látky jako např glukóza a přebytek elektrolyty jsou vylučovány ledvinami k regulaci osmotického tlaku v těle.
Nemoci a nemoci
Osmóza také hraje důležitou roli při regulaci elektrolytu vyvážit. Elektrolyty jsou rozpuštěny soli a skládají se z kladně nabitých kovových iontů, jako jsou sodík, draslík, magnéziumnebo vápník ionty a záporně nabité anionty jako např chlorid, hydrogenuhličitan, nebo fosfát anionty. Jsou přítomny v různých koncentracích jak uvnitř buňky (intracelulární), tak mimo buňky (intersticiální) nebo uvnitř krevního řečiště (intravaskulární). The koncentrace rozdíly generují elektrické napětí na buněčných membránách a spouští celou řadu procesů na buněčné úrovni. Pokud koncentrace rozdíly jsou narušeny, je narušena i celá rovnováha elektrolytů. Ledviny tuto rovnováhu elektrolytů regulují pomocí různých mechanismů, jako jsou mechanismy žízně, hormonální procesy nebo ledvinapůsobící peptidy. V případech těžkých průjem, zvracení, krev ztráta nebo selhání ledvinmůže dojít k narušení rovnováhy vody a elektrolytů. Každý elektrolyt může být přítomen v příliš vysokých nebo příliš nízkých koncentracích. Poruchy rovnováhy vody a elektrolytů jsou někdy život ohrožující, v závislosti na jejich závažnosti. Mezi příklady takových stavů patří dehydratace, hyperhydratace, hyper- a hypovolémie (zvýšená nebo snížená) krev objem), hypo- a hypernatremie, hypo- a hyperkalémiea hypo- a hyperkalcémie. Každá z těchto podmínek vyžaduje intenzivní léčbu. Rovnováha vody a elektrolytů se zpravidla rychle vyvažuje. Pokud je však regulační mechanismus mezi aktivními transportními procesy a osmotickými procesy narušen renální nedostatečnost nebo jiné onemocnění, může dojít k chronické nerovnováze elektrolytů. Výsledkem je otok, kardiovaskulární onemocnění, otok mozku, stavy zmatenosti nebo záchvaty. Vzájemné vztahy rovnováhy vody a elektrolytů s biologickými procesy v těle jsou tak složité, že podobné příznaky jsou často pozorovány u všech forem poruchy elektrolytů. Stanovení rovnováhy elektrolytů by mělo být standardním vyšetřením, pokud jsou tyto příznaky chronické.
