osmos

De osmos är ett riktat flöde av molekylpartiklar genom ett semipermeabelt membran. I biologi är det av central betydelse för att reglera vattenbalansen i cellerna.

Vad är osmos?

Osmos är ett riktat flöde av molekylpartiklar genom ett semipermeabelt membran. I biologi är det av central betydelse för att reglera vattenbalansen i cellerna.

Osmos betyder "penetration" på grekiska. Det beskrivs som den spontana passagen av lösningsmedel såsom vatten genom ett selektivt permeabelt membran. Membranet är endast permeabelt för lösningsmedlet, men inte för de upplösta substanserna. Den selektiva diffusionen av endast en komponent resulterar i en balans mellan den kemiska potentialen på båda sidor av membranet.

Osmos är vanligt i naturen. I synnerhet biologiska membran är ett selektivt utbyte av ämnen nödvändigt så att biologiska transportprocesser kan äga rum. Aktiva, energikrävande transportprocesser säkerställer emellertid också att det passivt uppkomna osmotiska trycket inte har en destruktiv effekt på cellen.

Även om ingen reversering är möjlig med normala diffusionsprocesser, är osmos en reversibel process.

Funktion & uppgift

Vid osmos diffunderar molekyler i en lösning eller ett rent lösningsmedel selektivt genom ett membran tills den kemiska potentialen är balanserad på båda sidor av detta membran. Exempelvis späds en koncentrerad lösning på andra sidan av lösningsmedlet tills det uppbyggda hydrostatiska trycket förhindrar ytterligare diffusion.

Molekylerna kan migrera genom membranet, oavsett vilken sida de kommer från. Men de är alltid mer benägna att diffundera i riktning mot den största potentialskillnaden.

När den kemiska potentialen är balanserad, migrerar samma antal partiklar från vänster till höger som från höger till vänster. Så externt förändras ingenting längre. Som ett resultat av den önskade utspädningen av den koncentrerade lösningen har emellertid en större mängd vätska ackumulerats å ena sidan, som har byggt upp ett högt tryck (det osmotiska trycket). Om membranet inte längre tål tryck, kan cellen förstöras.

Aktiva transportprocesser genom membranet säkerställer att vissa ämnen tas bort med användning av energi. Ett levande exempel på en osmotisk process är svullnad av mogna körsbär när vatten tillsätts dem. Vattnet tränger igenom fruktens yttre hud, medan sockret inte kan undkomma. Utspädningsprocessen i frukten fortsätter tills den spricker.

I kroppen garanterar kombinationen av osmotiska och aktiva, energikrävande transportprocesser att biokemiska processer går smidigt i utrymmen separerade av biomembraner. Det kan finnas celler som skiljer sig från den yttre miljön, men är i ständigt utbyte av ämnen med den.

Organeller finns också i cellen där separata reaktioner kan äga rum. För att förhindra att det osmotiska trycket ökar i sådan utsträckning att biomembranet brister, utvisas molekyler genom aktiva transportprocesser.

I däggdjursceller produceras proteinet NFAT5 i större utsträckning när det osmotiska trycket ökar. Det tillhandahåller ett antal motmekanismer för att skydda cellen från hypertonisk stress (övertryck). I processen produceras transportproteiner som med energi kanaliserar vissa ämnen ur cellen. Bland annat urinämnen som glukos och överskott av elektrolyter utsöndras genom njurarna för att reglera det osmotiska trycket i kroppen.

Sjukdomar och sjukdomar

Osmos spelar också en viktig roll för att reglera elektrolytbalansen. Elektrolyter är upplösta salter och består av positivt laddade metalljoner såsom natrium-, kalium-, magnesium- eller kalciumjoner och negativt laddade anjoner såsom klorid-, bikarbonat- eller fosfatanjoner.

De finns i olika koncentrationer i cellen (intracellulär), utanför cellerna (interstitiell) eller i blodomloppet (intravaskulär). Skillnaderna i koncentration genererar den elektriska spänningen på cellmembranen och utlöser således en mängd processer på cellnivån. Om skillnaderna i koncentration störs blandas också hela elektrolytbalansen.

Njurarna reglerar denna elektrolytbalans genom olika mekanismer såsom törstmekanismer, hormonella processer eller peptider som verkar på njurarna. Vid svår diarré, kräkningar, blodförlust eller njursvikt kan vatten- och elektrolytbalansen störas. Varje elektrolyt kan förekomma i koncentrationer som är antingen för höga eller för låga.

Störningar i vatten- och elektrolytbalansen är ibland livshotande, beroende på deras svårighetsgrad. Exempel på sådana tillstånd inkluderar dehydrering, hyperhydrering, hyper- och hypovolemia (blodvolym ökas eller minskas), hypo- och hypernatremia, hypo- och hyperkalemi eller annat hypo- och hypercalcemia.

Var och en av dessa tillstånd kräver intensiv behandling. I regel balanseras vatten- och elektrolytbalansen snabbt igen. Men om regleringsmekanismen mellan aktiva transportprocesser och osmotiska processer störs av njurinsufficiens eller en annan sjukdom, kan kroniska elektrolytstörningar uppstå. Som ett resultat förekommer ödem, hjärt-kärlsjukdomar, hjärnödem, tillstånd av förvirring eller kramper.

Förhållandena mellan vatten- och elektrolytbalansen och de biologiska processerna i kroppen är så komplexa att liknande symptom ofta observeras för alla former av elektrolytstörningar. Bestämningen av elektrolytbalansen bör vara en av standardundersökningarna om dessa symtom är kroniska.