osmose

De osmose er en rettet strøm av molekylpartikler gjennom en semipermeabel membran. I biologi er det av sentral betydning for å regulere vannbalansen i cellene.

Hva er osmose?

Osmose er en rettet strøm av molekylære partikler gjennom en semipermeabel membran. I biologi er det av sentral betydning for å regulere vannbalansen i cellene.

Osmose betyr "penetrering" på gresk. Det beskrives som den spontane passasjen av løsningsmidler som vann gjennom en selektivt permeabel membran. Membranen er bare gjennomtrengelig for løsningsmidlet, men ikke for de oppløste stoffene. På grunn av den selektive diffusjonen av bare en komponent, er det kjemiske potensialet balansert på begge sider av membranen.

Osmose finnes ofte i naturen. Spesielt i biologiske membraner er en selektiv utveksling av stoffer nødvendig slik at biologiske transportprosesser kan finne sted. Aktive, energikrevende transportprosesser sikrer imidlertid også at det passivt oppståtte osmotiske trykket ikke har en ødeleggende effekt på cellen.

Selv om ingen reversering er mulig ved normale diffusjonsprosesser, er osmose en reversibel prosess.

Funksjon & oppgave

Ved osmose diffunderer molekyler av en løsning eller et rent løsningsmiddel selektivt gjennom en membran til det kjemiske potensialet er balansert på begge sider av denne membranen. For eksempel fortynnes en konsentrert løsning på den andre siden av løsningsmidlet til det oppbygde hydrostatiske trykket forhindrer ytterligere diffusjon.

Molekylene kan vandre gjennom membranen, uavhengig av hvilken side de kommer fra. Imidlertid er det alltid mer sannsynlig at de diffunderer i retning av den største potensielle forskjellen.

Når det kjemiske potensialet er balansert, vandrer det samme antall partikler fra venstre til høyre som fra høyre til venstre. Så eksternt endrer ingenting lenger. Som et resultat av ønsket fortynning av den konsentrerte oppløsningen har det imidlertid samlet seg en høyere mengde væske som har bygget opp et høyt trykk (det osmotiske trykket). Hvis membranen ikke lenger tåler trykket, kan cellen ødelegges.

Aktive transportprosesser gjennom membranen sikrer at visse stoffer fjernes ved bruk av energi. Et levende eksempel på en osmotisk prosess er hevelse av modne kirsebær når de blandes med vann. Vannet trenger gjennom den ytre huden på frukten, mens sukkeret ikke kan slippe ut. Fortynningsprosessen i frukten fortsetter til den sprekker.

I kroppen sikrer kombinasjonen av osmotiske og aktive, energikrevende transportprosesser at biokjemiske prosesser går jevnt i rom atskilt av biomembraner. Det kan eksistere celler som skiller seg fra det ytre miljø, men er i konstant utveksling av stoffer med det.

Organeller er også til stede i cellen der separate reaksjoner kan finne sted. For å forhindre at det osmotiske trykket øker i en slik grad at biomembranene sprenger seg, blir molekyler utladet gjennom aktive transportprosesser.

I pattedyrceller, når det osmotiske trykket øker, produseres proteinet NFAT5 i større grad. Det gir en rekke motmekanismer for å beskytte cellen mot hypertonisk stress (overflødig trykk). I prosessen produseres transportproteiner som ved bruk av energi kanaliserer visse stoffer ut av cellen. Blant annet skilles urinstoffer som glukose og overflødig elektrolytter ut gjennom nyrene for å regulere det osmotiske trykket i kroppen.

Sykdommer og plager

Osmose spiller også en viktig rolle i reguleringen av elektrolyttbalansen. Elektrolytter er oppløste salter og består av positivt ladede metallioner som natrium, kalium, magnesium eller kalsiumioner og negativt ladede anioner som klorid, bikarbonat eller fosfatanioner.

De er til stede i forskjellige konsentrasjoner både i cellen (intracellulær), utenfor cellene (interstitial) eller i blodomløpet (intravaskulær). Forskjellene i konsentrasjon genererer den elektriske spenningen på cellemembranene og utløser dermed en rekke prosesser på cellenivå. Hvis konsentrasjonsforskjellene forstyrres, blandes også hele elektrolyttbalansen.

Nyrene regulerer denne elektrolyttbalansen gjennom forskjellige mekanismer som tørstmekanismer, hormonelle prosesser eller peptider som virker på nyrene. Ved alvorlig diaré, oppkast, blodtap eller nyresvikt, kan vann- og elektrolyttbalansen forstyrres. Hver elektrolytt kan forekomme i konsentrasjoner som er for høye eller for lave.

Forstyrrelser i vann- og elektrolyttbalansen er noen ganger livstruende, avhengig av hvor alvorlig de er. Eksempler på slike tilstander inkluderer dehydrering, hyperhydrering, hyper- og hypovolemia (blodvolumet er økt eller redusert), hypo- og hypernatremia, hypo- og hyperkalemi eller annet hypo- og hypercalcemia.

Hver av disse tilstandene krever intensiv behandling. Vanligvis balanserer vann- og elektrolyttbalansen raskt. Imidlertid kan reguleringsmekanismen mellom aktive transportprosesser og osmotiske prosesser forstyrres av nyreinsuffisiens eller en annen sykdom, kan kronisk elektrolyttubalanse oppstå. Som et resultat oppstår ødem, hjerte- og karsykdommer, hjerneødem, tilstander av forvirring eller anfall.

Forholdene mellom vann- og elektrolyttbalansen og de biologiske prosessene i kroppen er så komplekse at det ofte observeres lignende symptomer for alle former for elektrolyttforstyrrelser. Bestemmelsen av elektrolyttbalansen skal være en del av standardundersøkelsene hvis disse symptomene er kroniske.