Osmoos on molekulaarsete osakeste suunatud vool läbi poolläbilaskva membraani. Bioloogias on see keskse tähtsusega vesi tasakaal rakkudes.
Mis on osmoos?
Osmoos on molekulaarsete osakeste suunatud vool läbi poolläbilaskva membraani. Bioloogias on see keskse tähtsusega vesi tasakaal rakkudes. Osmoos tähendab kreeka keeles „läbitungimist“. Seda kirjeldatakse kui spontaanset läbimist lahustite nagu vesi läbi selektiivselt läbilaskva membraani. Membraan läbib ainult lahustit, kuid mitte soluuti. Ainult ühe komponendi selektiivne difusioon põhjustab keemilise potentsiaali võrdsustumise membraani mõlemal küljel. Osmoosi esineb looduses sageli. Eriti bioloogilistes membraanides, selektiivsed mass bioloogiliste transpordiprotsesside toimumiseks on vajalik ülekandmine. Kuid ka aktiivsed, energiat tarbivad transpordiprotsessid tagavad siin, et passiivselt arenev osmootne rõhk ei oleks rakku hävitav. Kui tavalistes difusiooniprotsessides ei ole tagasikäik võimalik, on osmoos pöörduv protsess.
Funktsioon ja ülesanne
Osmoosi korral molekulid lahus või puhas lahusti difundeerib selektiivselt läbi membraani, kuni keemiline potentsiaal on selle membraani mõlemal küljel tasakaalus. Näiteks lahjendatakse kontsentreeritud lahus lahustiga teiselt poolt, kuni sisseehitatud hüdrostaatiline rõhk takistab edasist difusiooni. Molekulid võivad läbi membraani rännata, olenemata sellest, kummal pool nad on. Kuid need hajuvad alati suurema potentsiaalse erinevuse suunas. Kui keemiline potentsiaal on tasakaalus, rändab vasakult paremale sama palju osakesi kui paremalt vasakule. Seega ei muutu miski väliselt. Kontsentreeritud lahuse soovitud lahjendamise tõttu on aga ühele küljele kogunenud suurem kogus vedelikku, mis on tekitanud kõrge rõhu (osmootne rõhk). Kui membraan ei talu enam survet, võib rakk hävida. Aktiivsed transpordiprotsessid läbi membraani tagavad teatud ainete eemaldamise koos energiakuluga. Osmootse protsessi illustreeriv näide on küpsete kirsside turse, kui neile lisatakse vett. Selles protsessis tungib vesi läbi välimise nahk vilja, samal ajal kui suhkur ei pääse. Lahjendusprotsess viljas kestab kuni selle lõhkemiseni. Kehas tagab osmootse ja aktiivse energiat tarbiva transpordiprotsessi kombinatsioon sujuvuse jooksmine biokeemiliste protsesside kohta biomembraanidega eraldatud ruumides. Seega võivad eksisteerida rakud, mis on väliskeskkonnast eraldatud, kuid on sellega pidevas metaboolses vahetuses. Rakus on ka organelle, kus võivad toimuda eraldi reaktsioonid. Et vältida osmootse rõhu suurenemist biomembraanide purunemiseni, molekulid saadetakse aktiivsete transpordiprotsesside abil välja. Imetajarakkudes toodetakse valku NFAT5 üha enam, kui osmootne rõhk suureneb. See pakub mitmeid loendurimehhanisme raku kaitsmiseks hüpertoonilise toime eest stress (ülerõhk). Selles protsessis transport valgud toodetakse, mis energiat kulutades suunavad teatud ained rakust välja. Muuhulgas ka kuseteede ained nagu glükoos ja üleliigne elektrolüüdid erituvad neerude kaudu organismi osmootse rõhu reguleerimiseks.
Haigused ja vaevused
Osmoosil on oluline roll ka elektrolüüdi reguleerimisel tasakaal. Elektrolüütide on lahustunud soolad ja koosnevad positiivselt laetud metalliioonidest nagu naatrium, kaalium, magneesiumvõi kaltsium ioonid ja negatiivselt laetud anioonid nagu kloriid, vesinikkarbonaat või fosfaat anioonid. Nad esinevad erinevates kontsentratsioonides nii raku sees (rakusisene), väljaspool rakke (interstitsiaalne) kui ka vereringes (intravaskulaarne). The kontsentratsioon erinevused tekitavad rakumembraanides elektrilise pinge, käivitades rakutasandil mitmesuguseid protsesse. Kui kontsentratsioon erinevused on häiritud, samuti on häiritud kogu elektrolüütide tasakaal. Neerud reguleerivad seda elektrolüütide tasakaalu mitmesuguste mehhanismide kaudu, näiteks janu mehhanismide, hormonaalsete protsesside või neer- toimivad peptiidid. Raske korral kõhulahtisus, oksendamine, veri kaotus või neerupuudulikkus, võib vee ja elektrolüütide tasakaal olla häiritud. Iga elektrolüüdi sisaldus võib olla kas liiga kõrge või liiga madal. Vee ja elektrolüütide tasakaalu häired on mõnikord eluohtlikud, sõltuvalt nende tõsidusest. Selliste seisundite näited hõlmavad järgmist dehüdratsioon, hüperhüdratsioon, hüper- ja hüpovoleemia (suurenenud või vähenenud veri maht), hüpo- ja hüpernatreemia, hüpo- ja hüperkaleemianing hüpo- ja hüperkaltseemia. Kõik need tingimused nõuavad intensiivset ravi. Reeglina on vee ja elektrolüütide tasakaal kiiresti tasakaalus. Kui aga aktiivsete transpordiprotsesside ja osmootsete protsesside vahelist regulatsioonimehhanismi häirib neerupuudulikkus või mõni muu haigus, võib esineda krooniline elektrolüütide tasakaaluhäired. Selle tagajärjel tekivad tursed, südame-veresoonkonna haigused, ajuturse, segasusseisundid või krambid. Vee ja elektrolüütide tasakaalu seosed organismi bioloogiliste protsessidega on nii keerulised, et sarnaseid sümptomeid täheldatakse sageli kõigi elektrolüütide häired. Elektrolüütide tasakaalu määramine peaks olema tavapärane uuring, kui need sümptomid on kroonilised.
