A ozmózis A molekuláris részecskék irányított áramlása egy féligáteresztő membránon keresztül. A biológiában kulcsfontosságú a sejtek vízmérlegének szabályozása.
Mi az ozmózis?
Az ozmózis görögül "behatolást" jelent. Az oldószerek, például a víz spontán áthaladását írják le egy szelektíven áteresztő membránon. A membrán csak az oldószer számára áteresztő, az oldott anyagok azonban nem. Csak egy komponens szelektív diffúziója révén a membrán mindkét oldalán a kémiai potenciál egyensúlyba kerül.
Az ozmózis a természetben gyakori. Különösen a biológiai membránokban az anyagok szelektív cseréjére van szükség annak érdekében, hogy a biológiai transzport folyamatok megtörténjenek. Az aktív, energiaigényes szállítási folyamatok azonban azt is biztosítják, hogy a passzív módon keletkező ozmotikus nyomás ne legyen pusztító hatású a sejtre.
Noha a normál diffúziós folyamatokkal nem lehetséges megfordítás, az ozmózis megfordítható folyamat.
Funkció és feladat
Ozmózisban az oldat vagy a tiszta oldószer molekulái szelektíven diffundálnak egy membránon keresztül, amíg a kémiai potenciál ezen membrán mindkét oldalán kiegyensúlyozott. Például egy másik oldalon lévő koncentrált oldatot az oldószer hígít, amíg a felhalmozódott hidrosztatikus nyomás megakadályozza a további diffúziót.
A molekulák áthaladhatnak a membránon, függetlenül attól, hogy melyik oldalról származnak. Ezek azonban mindig valószínűleg diffundálnak a legnagyobb potenciális különbség irányába.
Ha a kémiai potenciál kiegyensúlyozott, balra és jobbra ugyanolyan részecskék vándorolnak, mint jobbról balra. Tehát külsőleg semmi sem változik. A koncentrált oldat kívánt hígításának eredményeként azonban egyrészről nagyobb mennyiségű folyadék halmozódott fel, amely magas nyomást (ozmotikus nyomást) hozott létre. Ha a membrán már nem képes ellenállni a nyomásnak, a sejt megsemmisülhet.
A membránon keresztüli aktív szállítási folyamatok biztosítják, hogy bizonyos anyagokat energia felhasználásával távolítsanak el. Az ozmotikus folyamat élénk példája az érett cseresznye duzzadása, amikor vizet adnak hozzájuk. A víz behatol a gyümölcs külső bőrén, míg a cukor nem tud kijutni. A hígítási folyamat a gyümölcsön belül folytatódik, amíg el nem tört.
A testben az ozmotikus és az aktív, energiaigényes szállítási folyamatok kombinációja biztosítja, hogy a biokémiai folyamatok zökkenőmentesen zajlanak a biomembránok által elválasztott terekben. Léteznek olyan sejtek, amelyek elkülönülnek a külső környezettől, de folyamatosan cserélnek anyagot vele.
A sejtekben organellák is vannak, ahol különféle reakciók léphetnek fel. Annak megakadályozása érdekében, hogy az ozmotikus nyomás olyan mértékben növekedjen, hogy a biomembrán repedés következik be, a molekulákat aktív szállítási folyamatok útján bocsátják ki.
Az emlőssejtekben, amikor az ozmotikus nyomás növekszik, az NFAT5 fehérje nagyobb mértékben termelődik. Számos ellen-mechanizmust biztosít a sejt védelme érdekében a hipertóniás stressztől (túlnyomás). A folyamat során transzportfehérjéket állítanak elő, amelyek energia felhasználásával bizonyos anyagokat kivezetnek a sejtből. Többek között a húgyúti anyagok, mint például a glükóz és a felesleges elektrolitok a vesén keresztül ürülnek a test ozmotikus nyomásának szabályozása érdekében.
Betegségek és betegségek
Az ozmózis fontos szerepet játszik az elektrolit-egyensúly szabályozásában is. Az elektrolitok oldott sók, és pozitív töltésű fémionokból, például nátrium-, kálium-, magnézium- vagy kalciumionokból és negatív töltésű anionokból, például klorid, hidrogénkarbonát vagy foszfát anionokból állnak.
Különböző koncentrációban vannak jelen a sejtben (intracelluláris), a sejteken kívül (intersticiális) vagy a véráramban (intravaszkulárisan). A koncentrációbeli különbségek generálják az elektromos feszültséget a sejtmembránokon, és így sok folyamatot indítanak a sejt szintjén. Ha a koncentrációbeli különbségek megzavaródnak, a teljes elektrolit-egyensúly szintén összekeveredik.
A vesék ezt az elektrolit-egyensúlyt különféle mechanizmusok révén szabályozzák, mint például a szomjúság mechanizmusai, hormonális folyamatok vagy a vesékre ható peptidek. Súlyos hasmenés, hányás, vérvesztés vagy veseelégtelenség esetén a víz és az elektrolit egyensúly zavarható. Minden elektrolit koncentrációja túl magas vagy túl alacsony lehet.
A víz és az elektrolit egyensúly zavarai súlyosságuktól függően néha életveszélyesek. Ilyen állapotok például a dehidráció, hiperhidráció, hiper- és hypovolemia (a vér térfogata növekszik vagy csökkent), hypo- és hypernatraemia, hypo- és hyperkalaemia, vagy egyébként hipo- és hypercalcaemia.
Ezen állapotok mindegyike intenzív kezelést igényel. A víz és az elektrolit egyensúly általában egyensúlyba kerül újra. Ha azonban az aktív transzport és az ozmotikus folyamatok közötti szabályozási mechanizmust veseelégtelenség vagy más betegség zavarja, akkor krónikus elektrolit rendellenességek léphetnek fel. Ennek eredményeként ödéma, szív- és érrendszeri betegségek, agyödéma, zavartság vagy rohamok jelentkezhetnek.
A víz- és elektrolit-egyensúly, valamint a testben zajló biológiai folyamatok közötti kapcsolat annyira összetett, hogy hasonló tüneteket gyakran figyelnek meg az elektrolit-rendellenességek minden formájára. Az elektrolit-egyensúly meghatározásának a szokásos vizsgálatok egyikének kell lennie, ha ezek a tünetek krónikusak.
