osmoos "molekulaarsete osakeste suunatud vool läbi poolläbilaskva membraani. Bioloogias on see rakkude vee tasakaalu reguleerimisel keskse tähtsusega.
Mis on osmoos?
Osmoos tähendab kreeka keeles "läbitungimist". Seda kirjeldatakse kui lahustite, näiteks vee, spontaanset läbimist valikuliselt läbilaskva membraani kaudu. Membraan on läbilaskev ainult lahusti suhtes, kuid mitte lahustunud ainete suhtes. Ainult ühe komponendi valikuline difusioon tagab keemilise potentsiaali tasakaalu membraani mõlemal küljel.
Osmoos on looduses tavaline. Eriti bioloogilistes membraanides on vajalik ainete valikuline vahetus, et toimuda bioloogilised transpordiprotsessid. Aktiivsed, energiat tarbivad transpordiprotsessid tagavad aga ka selle, et passiivselt tekkiv osmootne rõhk ei mõjuta raku hävitavalt.
Kui normaalsete difusiooniprotsesside korral pole pöördumist võimalik, on osmoos pöörduv protsess.
Funktsioon ja ülesanne
Osmoosi korral difundeeruvad lahuse või puhta lahusti molekulid valikuliselt läbi membraani, kuni keemiline potentsiaal on selle membraani mõlemal küljel tasakaalus. Näiteks lahjendatakse kontsentreeritud lahust teisel küljel lahustiga, kuni kogunenud hüdrostaatiline rõhk takistab edasist difusiooni.
Molekulid võivad migreeruda läbi membraani, sõltumata sellest, milliselt küljelt nad pärinevad. Kuid nad hajuvad alati suurema potentsiaalse erinevuse suunas.
Kui keemiline potentsiaal on tasakaalus, migreerub vasakult paremale sama palju osakesi kui paremalt vasakule. Nii et väliselt ei muutu enam midagi. Kontsentreeritud lahuse soovitud lahjendamise tulemusel on aga ühelt poolt kogunenud suurem kogus vedelikku, mis on tekitanud kõrge rõhu (osmootse rõhu). Kui membraan ei suuda enam survet taluda, võib raku hävitada.
Membraani kaudu toimuvad aktiivsed transpordiprotsessid tagavad teatud ainete eemaldamise energia kasutamisel. Osmootse protsessi ilmekaks näiteks on küpsete kirsside paisumine, kui need on veega segatud. Vesi tungib läbi puuvilja väliskesta, suhkur aga ei pääse. Lahjendamine viljas jätkub kuni purunemiseni.
Kehas tagab osmootsete ja aktiivsete, energiat tarbivate transpordiprotsesside kombinatsioon, et biokeemilised protsessid kulgeksid sujuvalt biomembraanidega eraldatud ruumides. Rakud võivad eksisteerida, mis eralduvad väliskeskkonnast, kuid on pidevas ainevahetuses sellega.
Raku sees on ka organellid, kus võivad toimuda eraldi reaktsioonid. Osmootse rõhu suurenemise vältimiseks sellisel määral, et biomembraan puruneks, väljutatakse molekulid aktiivsete transpordiprotsesside kaudu.
Imetajate rakkudes toodetakse osmootse rõhu tõustes valku NFAT5 suuremal määral. See pakub mitmeid vastumehhanisme, mis kaitsevad rakku raku hüpertoonilise stressi (liigse rõhu) eest. Selle protsessi käigus toodetakse transpordivalke, mis energia abil suunavad teatud ained rakust välja. Kehas osmootse rõhu reguleerimiseks erituvad neerude kaudu uriiniained nagu glükoos ja liigsed elektrolüüdid.
Haigused ja tervisehäired
Ka osmoos mängib olulist rolli elektrolüütide tasakaalu reguleerimisel. Elektrolüüdid on lahustunud soolad ja koosnevad positiivselt laetud metalliioonidest nagu naatriumi, kaaliumi, magneesiumi või kaltsiumiioonidest ja negatiivselt laetud anioonidest nagu kloriidi, vesinikkarbonaadi või fosfaadi anioonid.
Neid on erinevates kontsentratsioonides rakus (rakusisene), väljaspool rakke (interstitsiaalne) või vereringes (intravaskulaarne). Kontsentratsiooni erinevused tekitavad rakumembraanidel elektripinge ja käivitavad seega raku tasandil hulgaliselt protsesse. Kui kontsentratsioonierinevused on häiritud, segatakse ka kogu elektrolüütide tasakaal.
Neerud reguleerivad seda elektrolüütide tasakaalu mitmesuguste mehhanismide kaudu, nagu janu mehhanismid, hormonaalsed protsessid või neerudele mõjuvad peptiidid. Tõsise kõhulahtisuse, oksendamise, verekaotuse või neerupuudulikkuse korral võib vee ja elektrolüütide tasakaal olla häiritud. Igas elektrolüüdis võib olla liiga kõrge või liiga madal kontsentratsioon.
Vee ja elektrolüütide tasakaalu häired on sõltuvalt nende raskusastmest mõnikord eluohtlikud. Selliste seisundite näideteks on dehüdratsioon, hüperhüdratsioon, hüper- ja hüpovoleemia (vere maht on suurenenud või vähenenud), hüpo- ja hüpernatreemia, hüpo- ja hüperkaleemia või hüpo- ja hüperkaltseemia.
Kõik need seisundid vajavad intensiivset ravi. Vee ja elektrolüütide tasakaal tasakaalustub reeglina kiiresti. Kui neerupuudulikkus või mõni muu haigus häirib aktiivsete transpordiprotsesside ja osmootsete protsesside vahelist regulatsioonimehhanismi, võib see põhjustada kroonilisi elektrolüütide häireid. Selle tagajärjel tekivad tursed, südame-veresoonkonna haigused, ajuturse, segasusseisundid või krambid.
Seosed vee ja elektrolüütide tasakaalu ning kehas toimuvate bioloogiliste protsesside vahel on nii keerulised, et sarnaseid sümptomeid täheldatakse sageli kõigi elektrolüütide häirete vormide korral. Kui need sümptomid on kroonilised, peaks elektrolüütide tasakaalu määramine olema üks tavalisi uuringuid.
