41.1: Osmoregulation na usawa wa Osmotic

Ujuzi wa Kuendeleza

• Kufafanua osmosis na kuelezea jukumu lake ndani ya molekuli
• Eleza kwa nini osmoregulation na usawa wa osmotic ni kazi muhimu za mwili
• Eleza utaratibu wa usafiri wa kazi
• Eleza osmolarity na njia ambayo inapimwa
• Eleza osmoregulators au osmoconformers na jinsi zana hizi kuruhusu wanyama kukabiliana na mazingira tofauti

Osmosis ni ugawanyiko wa maji kwenye membrane kwa kukabiliana na shinikizo la osmotic linasababishwa na usawa wa molekuli upande wowote wa membrane. Osmoregulation ni mchakato wa matengenezo ya usawa wa chumvi na maji (usawa wa osmotic) katika utando ndani ya maji ya mwili, ambayo yanajumuisha maji, pamoja na electrolytes na yasiyo ya electrolytes. Electrolyte ni solute ambayo hutenganisha ndani ya ions wakati kufutwa katika maji. Nonelectrolyte, kinyume chake, haina dissociate katika ions wakati wa kufutwa kwa maji. Wote electrolytes na yasiyo ya electrolytes huchangia usawa wa osmotic. Maji ya mwili yanajumuisha plasma ya damu, cytosol ndani ya seli, na maji ya kiunganishi, maji yaliyopo katika nafasi kati ya seli na tishu za mwili. Vipande vya mwili (kama vile pleural, serous, na membrane za seli) ni membrane ya nusu inayoweza kupunguzwa. Vipande vilivyotumiwa vinaweza kupunguzwa (au vibali) kwa aina fulani za solutes na maji. Ufumbuzi kwa pande mbili za membrane ya nusu inayoweza kupunguzwa huwa na kusawazisha katika mkusanyiko wa solute kwa harakati za solutes na/au maji kwenye membrane. Kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{1}\), kiini kuwekwa katika maji huelekea kuvimba kutokana na faida ya maji kutoka hypotonic au “chini chumvi” mazingira. Kiini kilichowekwa katika suluhisho na mkusanyiko mkubwa wa chumvi, kwa upande mwingine, huelekea kufanya utando upunguke kutokana na upotevu wa maji kwenye mazingira ya hypertonic au “chumvi ya juu”. Seli za isotonic zina mkusanyiko sawa wa solutes ndani na nje ya seli; hii inalinganisha shinikizo la kiosmotiki upande wowote wa utando wa seli ambayo ni utando wa nusu-permit.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Seli zilizowekwa katika mazingira ya hypertonic huwa na kupungua kutokana na kupoteza maji. Katika mazingira ya hypotonic, seli huwa na kuvimba kutokana na ulaji wa maji. Damu inao mazingira ya isotonic ili seli zisipunguke wala kuvimba. (mikopo: Mariana Ruiz Villareal)

Mwili haipo katika kutengwa. Kuna pembejeo ya mara kwa mara ya maji na electrolytes katika mfumo. Wakati osmoregulation ni mafanikio katika utando ndani ya mwili, electrolytes ziada na taka ni kusafirishwa kwa figo na excreted, kusaidia kudumisha usawa osmotic.

Haja ya Osmoregulation

Mifumo ya kibaiolojia mara kwa mara huingiliana na kubadilishana maji na virutubisho na mazingira kwa njia ya matumizi ya chakula na maji na kwa njia ya excretion kwa njia ya jasho, mkojo, na nyasi. Bila utaratibu wa kudhibiti shinikizo la osmotic, au wakati ugonjwa unaharibu utaratibu huu, kuna tabia ya kukusanya taka na maji ya sumu, ambayo inaweza kuwa na madhara makubwa.

Mifumo ya mamalia imebadilika ili kudhibiti sio tu shinikizo la kiosmotiki kwa utando, lakini pia viwango maalum vya electrolytes muhimu katika vyumba vitatu vikuu vya maji: plasma ya damu, maji ya ziada ya seli, na maji ya ndani ya seli. Kwa kuwa shinikizo la osmotic linasimamiwa na harakati za maji kwenye membrane, kiasi cha vyumba vya maji vinaweza pia kubadilika kwa muda. Kwa sababu plasma ya damu ni moja ya vipengele vya maji, shinikizo la osmotic lina kuzaa moja kwa moja kwenye shinikizo la damu.

Usafiri wa electrolytes katika utando wa seli

Electrolytes, kama vile kloridi ya sodiamu, ionize katika maji, maana yake ni kwamba hutenganisha katika ions zao za sehemu. Katika maji, kloridi ya sodiamu (NaCl), hutenganisha ndani ya ion ya sodiamu (Na ⁺) na ion ya kloridi (Cl ^-). ions muhimu zaidi, ambao viwango ni karibu sana umewekwa katika maji maji ya mwili, ni cations sodium (Na ⁺), potassium (K ⁺), calcium (Ca ⁺²), magnesiamu (Mg ⁺²), na anions chloride (Cl ^-), carbonate (CO ₃ ^-2 ), bicarbonate (HCO ₃ ^-), na phosphate (PO ₃ ^-). Electrolytes hupotea kutoka kwa mwili wakati wa kuvuta na jasho. Kwa sababu hii, wanariadha wanahimizwa kuchukua nafasi ya electrolytes na maji wakati wa kuongezeka kwa shughuli na jasho.

Shinikizo la Osmotic linaathiriwa na mkusanyiko wa solutes katika suluhisho. Ni sawia moja kwa moja na idadi ya atomi za solute au molekuli na haitegemei ukubwa wa molekuli za solute. Kwa sababu electrolytes hutenganisha katika ions zao za sehemu, wao, kwa asili, huongeza chembe zaidi ya solute katika suluhisho na kuwa na athari kubwa juu ya shinikizo la kiosmotiki, kwa wingi kuliko misombo ambayo haifai katika maji, kama vile glucose.

Maji yanaweza kupitia membrane kwa kutenganishwa kwa passive. Kama electrolyte ions inaweza passively kueneza katika utando, itakuwa vigumu kudumisha viwango maalum ya ions katika kila compartment maji kwa hiyo zinahitaji taratibu maalum kuvuka utando nusu permit katika mwili. Harakati hii inaweza kukamilika kwa usambazaji wa kuwezeshwa na usafiri wa kazi. Kuwezeshwa utbredningen inahitaji njia protini makao kwa ajili ya kusonga solute. Usafiri wa kazi unahitaji nishati kwa namna ya uongofu wa ATP, protini za carrier, au pampu ili kuhamisha ions dhidi ya gradient ya mkusanyiko.

Dhana ya Osmolality na Milliequality

Ili kuhesabu shinikizo la osmotic, ni muhimu kuelewa jinsi viwango vya solute vinapimwa. Kitengo cha kupima solutes ni mole. Mole moja hufafanuliwa kama uzito wa Masi ya gramu ya solute. Kwa mfano, uzito wa Masi ya kloridi ya sodiamu ni 58.44. Hivyo, mole moja ya kloridi ya sodiamu ina uzito wa gramu 58.44. Molarity ya suluhisho ni idadi ya moles ya solute kwa lita moja ya suluhisho. Molality ya suluhisho ni idadi ya moles ya solute kwa kilo ya kutengenezea. Ikiwa kutengenezea ni maji, kilo moja ya maji ni sawa na lita moja ya maji. Wakati molarity na molality hutumiwa kueleza mkusanyiko wa ufumbuzi, viwango vya electrolyte kawaida huonyeshwa kwa suala la milliequivalents kwa lita (MEQ/L): MeQ/L ni sawa na mkusanyiko wa ion (katika millimoles) kuongezeka kwa idadi ya mashtaka ya umeme kwenye ion. Kitengo cha milliequare kinachukua kuzingatia ions zilizopo katika suluhisho (tangu electrolytes huunda ions katika ufumbuzi wa maji) na malipo kwenye ions.

Hivyo, kwa ions zilizo na malipo ya moja, milliequare moja ni sawa na millimole moja. Kwa ions zilizo na malipo ya mbili (kama kalsiamu), miliequental moja ni sawa na millimoles 0.5. Kitengo kingine cha kujieleza kwa mkusanyiko wa electrolyte ni milliosmole (MoSm), ambayo ni idadi ya milliequivalents ya solute kwa kilo ya kutengenezea. Maji ya mwili kwa kawaida huhifadhiwa ndani ya aina mbalimbali za moSm 280 hadi 300.

Osmore wasimamizi na Osmoconformers

Watu waliopotea baharini bila maji safi ya kunywa wako katika hatari ya kutokomeza maji mwilini kwa sababu mwili wa binadamu hauwezi kukabiliana na maji ya bahari ya kunywa, ambayo ni hypertonic ikilinganishwa na maji ya mwili. Viumbe kama vile goldfish ambayo inaweza kuvumilia tu aina nyembamba ya chumvi hujulikana kama stenohalini. Takriban asilimia 90 ya samaki wote wa bony ni vikwazo kwa maji safi au maji ya bahari. Hawana uwezo wa kanuni za osmotic katika mazingira tofauti. Inawezekana, hata hivyo, kwa samaki wachache kama lax kutumia sehemu ya maisha yao katika maji safi na sehemu katika maji ya bahari. Viumbe kama lax na molly vinavyoweza kuvumilia mbalimbali kiasi cha salini hujulikana kama viumbe vya euryhalini. Hii inawezekana kwa sababu baadhi ya samaki wamebadilika utaratibu osmoregulatory kuishi katika kila aina ya mazingira ya majini. Wakati wanaishi katika maji safi, miili yao huwa na kuchukua maji kwa sababu mazingira ni kiasi hypotonic, kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{2}\) a Katika mazingira kama hypotonic, samaki hawa hawanywi maji mengi. Badala yake, hupita mkojo mwingi sana, na hufikia usawa wa electrolyte kwa usafiri wa chumvi kwa njia ya gills. Wakati wao kuhamia mazingira hypertonic baharini, samaki hawa kuanza kunywa maji ya bahari; wao excrete chumvi ziada kwa njia ya gills yao na mkojo wao, kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{2}\) b. uti wa mgongo wengi wa baharini, kwa upande mwingine, inaweza kuwa isotonic na maji ya bahari (osmoconformers). Viwango vyao vya maji ya mwili vinafanana na mabadiliko katika mkusanyiko wa maji ya bahari. Cartilaginous samaki 'chumvi utungaji wa damu ni sawa na samaki bony; hata hivyo, damu ya papa ina misombo ya kikaboni urea na oksidi trimethylamine (TMAO). Hii haina maana kwamba muundo wao wa electrolyte ni sawa na ule wa maji ya bahari. Wanafikia isotonicity na bahari kwa kuhifadhi viwango vikubwa vya urea. Wanyama hawa wanaotengeneza urea huitwa wanyama wa ureoteliki. TMAO huimarisha protini mbele ya viwango vya juu vya urea, kuzuia kuvuruga kwa vifungo vya peptidi ambavyo vinaweza kutokea kwa wanyama wengine walio wazi kwa viwango sawa vya urea. Papa ni samaki cartilaginous na tezi rectal secrete chumvi na kusaidia katika osmoregulation.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Samaki ni osmoregulators, lakini lazima kutumia njia tofauti ya kuishi katika (a) maji safi au (b) mazingira ya maji ya chumvi. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Duane Raver, NOAA)

Uhusiano wa Kazi: Fundi wa Dialysis

Dialysis ni mchakato wa matibabu wa kuondoa taka na maji ya ziada kutoka kwa damu kwa kutenganishwa na ultrafiltration. Wakati kazi ya figo inashindwa, dialysis lazima ifanyike ili kuondoa mwili wa taka. Hii ni mchakato muhimu wa kuweka wagonjwa hai. Katika hali nyingine, wagonjwa hupata dialysis ya bandia mpaka wanastahili kupandikiza figo. Kwa wengine ambao si wagombea wa kupandikiza figo, dialysis ni umuhimu wa muda mrefu.

Dialysis mafundi kawaida kazi katika hospitali na kliniki. Wakati baadhi ya majukumu katika uwanja huu ni pamoja na maendeleo ya vifaa na matengenezo, mafundi wengi dialysis kazi katika huduma ya moja kwa moja mgonjwa. Kazi zao za kazi, ambazo hutokea chini ya usimamizi wa moja kwa moja wa muuguzi aliyesajiliwa, huzingatia kutoa matibabu ya dialysis. Hii inaweza kujumuisha kupitia historia ya mgonjwa na hali ya sasa, kutathmini na kukabiliana na mahitaji ya mgonjwa kabla na wakati wa matibabu, na kufuatilia mchakato wa dialysis. Matibabu inaweza kujumuisha kuchukua na kuripoti ishara muhimu za mgonjwa na kuandaa ufumbuzi na vifaa ili kuhakikisha taratibu sahihi na zisizofaa.

Muhtasari

Viwango vya Solute kwenye membrane ya nusu inayoweza kupunguzwa huathiri harakati za maji na solutes kwenye membrane. Ni idadi ya molekuli za solute na sio ukubwa wa Masi ambayo ni muhimu katika osmosis. Osmoregulation na usawa wa osmotic ni kazi muhimu za mwili, na kusababisha usawa wa maji na chumvi. Sio solutes zote zinaweza kupita kwenye membrane yenye nusu inayoweza kupunguzwa. Osmosis ni harakati ya maji kwenye membrane. Osmosis hutokea kusawazisha idadi ya molekuli za solute kwenye membrane ya nusu inayoweza kupunguzwa na harakati za maji kwa upande wa mkusanyiko wa juu wa solute. Kuwezeshwa utbredningen hutumia njia protini kwa hoja molekuli solute kutoka maeneo ya juu hadi chini ukolezi wakati taratibu kazi usafiri wanatakiwa hoja solutes dhidi gradients mkusanyiko. Osmolarity hupimwa katika vitengo vya milliequivalents au milliosmoles, zote ambazo huzingatia idadi ya chembe za solute na malipo juu yao. Samaki wanaoishi katika maji safi au maji ya chumvi hubadilika kwa kuwa osmoregulators au osmoconformers.

faharasa

electroliti

solute kwamba mapumziko chini katika ions wakati kufutwa katika maji

molality

idadi ya moles ya solute kwa kilo ya kutengenezea

molarity

idadi ya moles ya solute kwa lita moja ya suluhisho

fuko

gramu sawa na uzito wa Masi ya dutu

isiyo electrolyt

solute ambayo haina kuvunja ndani ya ions wakati kufutwa katika maji

osmoconformer

viumbe kwamba mabadiliko tonicity yake kulingana na mazingira yake

osmoregulation

utaratibu ambayo viwango vya maji na solute ni iimarishwe katika ngazi ya taka

osmoregulator

viumbe kwamba inao tonicity yake bila kujali mazingira yake

usawa wa kiosmotiki

uwiano wa kiasi cha maji na chumvi pembejeo na pato na kutoka mfumo wa kibiolojia bila kuvuruga shinikizo la kiosmotic taka na mkusanyiko wa solute katika kila compartment

shinikizo la kiosmotiki

shinikizo exerted juu ya membrane kusawazisha mkusanyiko solute upande wowote

membrane ya nusu inayoweza kupunguzwa

utando ambayo inaruhusu tu solutes fulani kupita