所述渗透调节是一个过程,它负责通过主动地调节其内部渗透压维持流体的稳态中的主体。其目的是保持不同生物区室的足够体积和渗透压浓度,这对于生物体的正常运转至关重要。
可以认为生物水分布在包括细胞内部的隔室中(细胞内隔室),在多细胞生物的情况下,是围绕细胞的液体(细胞外或间质隔室)。
淡水telostus鱼中水和离子的运动(来源:Raver,Duane;由Biezl修改(本人著作),未定义翻译:Cristina busch(对话),2014年9月1日,20:53(UTC)通过Wikimedia Commons )
在更复杂的生物体中,还存在一个血管内隔室,该腔室内使细胞内和细胞外液与外部环境接触。这三个隔室由选择性渗透性生物膜隔开,该膜允许水自由通过,并或多或少地限制溶液中的颗粒通过该液体。
水和一些小颗粒都可以通过扩散并遵循其浓度梯度自由地通过膜中的孔。使用较大分子或带电的其他分子,只能使用其他作为运输工具的分子从一侧传递到另一侧。
渗透过程与水按照其浓度梯度从一处到另一处的移动有关。也就是说,它从她最专心的车厢移到她专心的车厢少的车厢。
水在渗透压浓度(渗透活性颗粒的浓度)较低的地方更加集中,反之亦然。然后,据说水从渗透压浓度低的位置移动到渗透压浓度高的位置。
生物已经开发出复杂的机制来控制其内部的渗透平衡,并调节水的进入和排出过程,调节溶质的进入和/或排出,这就是渗透调节。
什么是渗透压?
渗透调节的主要目的是调节水和溶质的入口和出口,以使液体隔室的体积和成分保持恒定。
从这个意义上讲,可以考虑两个方面,一个是生物体与环境之间的交换,另一个是人体不同部分之间的交换。
水和溶质的进入和排出通过不同的机制发生:
-例如,对于高等脊椎动物,收入由水和溶质的摄入量来调节,这个问题又取决于神经和内分泌系统的活动,而神经系统和内分泌系统的活动也干预了动物的调节。这些物质经肾脏排泄。
-对于维管植物,由于叶片中发生了蒸散作用,因此吸收了水分和溶质。这些过程会“拉”水柱并推动其从根部向上穿过植物,这与水势有关。
生物的不同区室之间的交换和平衡是通过溶质通过它们的主动转运在一个或另一个区室中积累而发生的。例如,细胞内溶质的增加决定了水向细胞的运动以及其体积的增加。
在这种情况下,平衡包括维持足以维持恒定细胞体积的细胞内渗透压浓度,这要归功于具有不同转运活性的蛋白质的参与,其中ATPase泵和其他转运蛋白脱颖而出。 。
植物渗透调节
植物需要与动物和其他单细胞生物一样程度的生存。在它们中,就像在所有生物中一样,水对于进行与生长和发育有关的所有代谢反应都是必不可少的,这与维持其细胞的形状和膨胀有关。
在它们的一生中,它们会暴露于多种水分条件下,这些条件取决于其周围的环境,尤其是大气湿度和太阳辐射水平。
在植物生物体中,渗透调节作用是通过响应水分胁迫而通过溶质的积累或减少来维持膨胀势的功能,从而使其继续生长。
根细胞中的水运动(同质转运和质外性转运)(来源:Dylan W. Schwilk,来自Wikimedia Commons)
在根毛和内胚层之间发现的水在根细胞之间流过称为质外体(质外体转运)的胞外区室或通过细胞质连接(简单转运),直到它与离子和矿物质进入内胚层细胞,然后到达血管束。
当水和矿物质的营养从根部从土壤传输到空中器官时,人体不同组织的细胞会“吸收”一定量的水和履行其功能所需的大量溶质。
在植物中,就像许多高级生物一样,水的进入和排出过程受生长调节物质(植物激素)的调节,该物质调节对不同环境条件和其他内在因素的响应。
-水势和压力势
由于植物细胞中溶质的细胞内浓度高于环境中的溶质浓度,水倾向于通过渗透作用扩散到内部,直到细胞壁所施加的压力势能使之扩散为止,这就是使细胞得以生长的原因。细胞结实或肿胀。
水势是植物与周围环境以及组织细胞彼此之间水交换的因素之一。
它与两个隔室之间水流方向的测量有关,并且包括渗透势与细胞壁施加的压力势之和。
在植物中,由于细胞内溶质的浓度通常高于细胞外环境的浓度,因此渗透势为负数。而压力势通常为正。
渗透势越低,水势越负。如果您考虑一个细胞,那么据说水会按照其电位梯度进入其中。
动物渗透调节
多细胞脊椎动物和无脊椎动物使用不同的系统来维持内部动态平衡,这严格取决于它们所占据的栖息地。也就是说,盐水,淡水和陆生动物的适应机制不同。
不同的适应通常依赖于特定的器官进行渗透调节。在自然界中,最常见的称为肾器官,是专门的排泄结构,其功能是通过称为肾孔的孔向外开放的管系统。
扁虫具有这样的结构,称为前肾上腺,而无花果和软体动物具有后肾。昆虫和蜘蛛有一种叫做马尔皮基小管的肾病器官。
在脊椎动物中,实现了渗透调节和排泄系统,主要由肾脏组成,但神经和内分泌系统,消化系统,肺(或g)和皮肤也参与了这一保持水平衡的过程。
-水生动物
海洋无脊椎动物被认为是渗透适应性生物,因为它们的身体与周围的水处于渗透平衡状态。当外部浓度变化时,水和盐通过扩散进入和离开。
生活在河口中的盐浓度显示出明显的波动的无脊椎动物被称为渗透调节生物,因为它们具有更复杂的调节机制,这是由于其内部盐的浓度不同于它们所生活的水的浓度这一事实。
淡水鱼在其内部的盐分浓度比周围的盐分高得多,因此大量的水通过渗透作用进入其内部,但以稀释尿液的形式排出。
此外,某些鱼类的g细胞可以进入盐分。
盐浓度低于其环境浓度的海洋脊椎动物通过从海中饮用水来吸收水并排出尿液中的过量盐分。许多海洋鸟类和爬行动物都有“盐腺”,它们可以用来释放饮用海水后得到的过量盐分。
大多数海洋哺乳动物在进食时都会摄取盐水,但其内部的盐浓度通常较低。维持体内平衡的机制是产生高浓度盐和氨的尿液。
动植物渗透压的差异
植物细胞的理想状态与动物细胞的理想状态有很大的不同,这一事实与细胞壁的存在有关,该细胞壁可防止细胞因水分进入而过度膨胀。
在动物体内,细胞内空间与细胞外液处于渗透平衡状态,渗透调节过程负责维持这种状态。
另一方面,植物细胞则需要膨胀,这是通过保持细胞内液的浓度高于其环境来实现的,这就是水倾向于进入其中的原因。
例子
除了上面讨论的所有情况,渗透调节系统的一个很好的例子是在人体中发现的一个例子:
在人类中,维持体液的正常体积和渗透压会导致水和溶质的输入和输出之间达到平衡,即输入与输出相等时达到平衡。
由于主要的细胞外溶质是钠,因此对细胞外液的体积和渗透压的调节几乎完全取决于水和钠之间的平衡。
水通过消耗的食物和液体进入人体(其调节取决于口渴的机制),并通过食物(代谢水)的氧化过程在内部产生。
水的流失是由于无意识的流失,汗水,粪便和尿液引起的。排泄的尿液量由抗利尿激素(ADH)的血浆水平调节。
钠通过摄入的食物和液体进入人体。它通过汗水,粪便和尿液流失。它通过尿液流失是调节机体钠含量的机制之一,并取决于由醛固酮激素调节的肾脏的内在功能。
参考文献
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