The osmoza je usmerjen tok molekulskih delcev skozi polprepustno membrano. Za biologijo je osrednjega pomena za uravnavanje vodne bilance v celicah.
Kaj je osmoza?
Osmoza v grščini pomeni "penetracija". Opisana je kot spontani prehod topil, kot je voda, skozi selektivno prepustno membrano. Membrana je prepustna samo za topilo, ne pa za raztopljene snovi. Selektivna difuzija samo ene komponente povzroči ravnovesje kemičnega potenciala na obeh straneh membrane.
Osmozo pogosto najdemo v naravi. Zlasti v bioloških membranah je potrebna selektivna izmenjava snovi, da lahko potekajo procesi biološkega prenosa. Vendar pa aktivni, energijsko zahtevni transportni procesi zagotavljajo tudi, da pasivno nastali osmotski tlak ne bo uničevalno vplival na celico.
Medtem ko pri normalnih difuzijskih procesih ni mogoče obrniti, je osmoza reverzibilen proces.
Funkcija in naloga
Pri osmozi se molekule raztopine ali čistega topila selektivno razpršijo skozi membrano, dokler se kemijski potencial ne uravnoteži na obeh straneh te membrane. Na primer, koncentrirano raztopino na drugi strani razredčimo topilo, dokler vgrajeni hidrostatični tlak prepreči nadaljnjo difuzijo.
Molekule lahko migrirajo skozi membrano, ne glede na to, s katere strani prihajajo. Vendar je vedno večja verjetnost, da se bodo razpršile v smeri največje potencialne razlike.
Ko je kemijski potencial uravnotežen, se enako število delcev seli z leve proti desni kot od desne proti levi. Torej zunaj se nič več ne spremeni. Toda zaradi želenega redčenja koncentrirane raztopine se je na eni strani nabrala večja količina tekočine, ki je ustvarila visok tlak (osmotski tlak). Če membrana ne more več vzdržati pritiska, se lahko celica uniči.
Aktivni transportni procesi skozi membrano zagotavljajo, da se nekatere snovi odstranijo z uporabo energije. Jasen primer osmotskega procesa je otekanje zrelih češenj, ko se jim doda voda. Voda prodre skozi zunanjo kožo sadja, sladkor pa ne more uiti. Postopek redčenja znotraj sadja se nadaljuje, dokler ne poči.
V telesu kombinacija osmotskih in aktivnih, energijsko potratnih transportnih procesov zagotavlja, da biokemični procesi potekajo nemoteno v prostorih, ločenih z biomembranami. Obstajajo celice, ki se ločijo od zunanjega okolja, vendar so z njim v stalni izmenjavi snovi.
Organele so prisotne tudi v celici, kjer lahko potekajo ločene reakcije. Da se prepreči povečanje osmotskega tlaka do te mere, da se biomembrane razbijejo, se molekule sprostijo skozi aktivne transportne procese.
V celicah sesalcev se ob povečanju osmotskega tlaka v večji meri proizvaja protein NFAT5. Omogoča številne nasprotne mehanizme za zaščito celice pred hipertoničnim stresom (odvečnim pritiskom). Pri tem nastajajo transportni proteini, ki z energijo kanalizirajo določene snovi iz celice. Med drugim se urinske snovi, kot so glukoza in odvečni elektroliti, izločajo skozi ledvice, da bi uravnali osmotski tlak v telesu.
Bolezni in bolezni
Osmoza ima tudi pomembno vlogo pri uravnavanju ravnotežja elektrolitov. Elektroliti so raztopljene soli in so sestavljeni iz pozitivno nabitih kovinskih ionov, kot so ioni natrija, kalija, magnezija ali kalcija, in negativno nabitih anionov, kot so kloridni, bikarbonatni ali fosfatni anioni.
Prisotni so v različnih koncentracijah v celici (znotrajcelični), zunaj celic (intersticijski) ali znotraj krvnega obtoka (intravaskularno). Razlike v koncentraciji ustvarjajo električno napetost na celičnih membranah in tako sprožijo množico procesov na ravni celice. Če so razlike v koncentracijah motene, se pomeša tudi celotno ravnovesje elektrolitov.
Ledvice uravnavajo to ravnovesje elektrolitov z različnimi mehanizmi, kot so mehanizmi žeje, hormonski procesi ali peptidi, ki delujejo na ledvice. S hudo drisko, bruhanjem, izgubo krvi ali odpovedjo ledvic lahko porušimo vodno in elektrolitno ravnovesje. Vsak elektrolit se lahko pojavi v koncentracijah, ki so previsoke ali prenizke.
Motnje v vodni in elektrolitni bilanci so včasih smrtno nevarne, odvisno od njihove resnosti. Primeri takih stanj vključujejo dehidracijo, hiperhidracijo, hiper- in hipovolemijo (povečan ali zmanjšan volumen krvi), hipo- in hipernatremijo, hipo- in hiperkalemijo ali hipo- in hiperkalcemijo.
Vsako od teh pogojev zahteva intenzivno zdravljenje. Običajno se ravnovesje vode in elektrolitov hitro uravnoteži. Če pa regulacijski mehanizem med aktivnimi transportnimi procesi in osmotskimi procesi moti ledvična insuficienca ali druga bolezen, lahko pride do kroničnega neravnovesja elektrolitov. Posledično se pojavijo edemi, bolezni srca in ožilja, možganski edemi, zmedenost ali napadi.
Razmerja med vodnim in elektrolitnim ravnovesjem in biološkimi procesi v telesu so tako zapletena, da se podobni simptomi pogosto opažajo pri vseh oblikah elektrolitnih motenj. Če so ti simptomi kronični, je treba določiti ravnovesje elektrolitov v okviru standardnih pregledov.
