OSMOREGULATION: WAS IST DAS, IN PFLANZEN, IN TIEREN, BEISPIELE - BIOLOGIE - 2025

Die Osmoregulation ist ein Prozess, der für die Aufrechterhaltung der Homöostase von Flüssigkeiten in einem Körper verantwortlich ist, indem er seinen inneren osmotischen Druck aktiv reguliert. Ihr Zweck ist es, ausreichende Volumina und osmolare Konzentrationen der verschiedenen biologischen Kompartimente aufrechtzuerhalten, was für das ordnungsgemäße Funktionieren von Organismen wesentlich ist.

Biologisches Wasser kann als in Kompartimenten verteilt betrachtet werden, die das Zellinnere (intrazelluläres Kompartiment) und im Fall von mehrzelligen Organismen die die Zellen umgebende Flüssigkeit (extrazelluläres oder interstitielles Kompartiment) umfassen.

Bewegung von Wasser und Ionen in Süßwassertelostusfischen (Quelle: Raver, Duane; modifiziert von Biezl (Eigene Arbeit), undefiniert Übersetzt ins Spanische von –Cristina busch (Diskussion) 20:53, 1. September 2014 (UTC) über Wikimedia Commons )

In komplexeren Organismen gibt es auch ein intravaskuläres Kompartiment, das intra- und extrazelluläre Flüssigkeit mit der äußeren Umgebung in Kontakt bringt. Diese drei Kompartimente sind durch biologische Membranen mit selektiver Permeabilität getrennt, die den freien Durchgang von Wasser ermöglichen und den Durchgang von Partikeln, die sich in dieser Flüssigkeit in Lösung befinden, mehr oder weniger stark einschränken.

Sowohl Wasser als auch einige kleine Partikel können sich durch Diffusion und Verfolgung ihrer Konzentrationsgradienten frei durch die Poren in der Membran bewegen. Andere, größere oder elektrisch geladene, können nur mit anderen Molekülen, die als Transportmittel dienen, von einer Seite zur anderen gelangen.

Osmotische Prozesse haben mit der Bewegung von Wasser von einem Ort zum anderen nach seinem Konzentrationsgradienten zu tun. Das heißt, es bewegt sich von dem Fach, in dem sie am meisten konzentriert ist, zu dem, in dem ihre Konzentration geringer ist.

Wasser ist an der Stelle stärker konzentriert, an der die osmolare Konzentration (Konzentration osmotisch aktiver Partikel) niedriger ist und umgekehrt. Das Wasser soll sich dann von einem Ort mit niedriger osmolarer Konzentration zu einem anderen mit einer höheren osmolaren Konzentration bewegen.

Lebewesen haben komplexe Mechanismen entwickelt, um das osmotische Gleichgewicht in ihrem Inneren zu steuern und die Prozesse des Ein- und Austritts von Wasser zu regulieren, den Ein- und / oder Austritt von gelösten Stoffen zu regulieren, und darauf bezieht sich die Osmoregulation.

Was ist Osmoregulation?

Das Hauptziel der osmotischen Regulierung besteht darin, den Einlass und Auslass von Wasser und gelösten Stoffen so einzustellen, dass sowohl das Volumen als auch die Zusammensetzung der Flüssigkeitskompartimente konstant bleiben.

In diesem Sinne können zwei Aspekte betrachtet werden, einer der Austausch zwischen dem Organismus und der Umwelt und der andere der Austausch zwischen den verschiedenen Kompartimenten des Körpers.

Das Ein- und Austreten von Wasser und gelösten Stoffen erfolgt durch verschiedene Mechanismen:

- Bei Tieren mit höheren Wirbeltieren wird das Einkommen beispielsweise durch die Aufnahme von Wasser und gelösten Stoffen reguliert. Dies hängt wiederum von der Aktivität des Nervensystems und des endokrinen Systems ab, die ebenfalls in die Regulierung des Systems eingreifen renale Ausscheidung dieser Substanzen.

-Bei Gefäßpflanzen erfolgt die Aufnahme von Wasser und gelösten Stoffen dank der Evapotranspirationsprozesse, die in den Blättern stattfinden. Diese Prozesse "ziehen" die Wassersäule und treiben ihre Aufwärtsbewegung von den Wurzeln durch die Pflanze, was mit dem Wasserpotential zu tun hat.

Der Austausch und das Gleichgewicht zwischen den verschiedenen Kompartimenten des Organismus erfolgt durch Ansammlung von gelösten Stoffen in dem einen oder anderen Kompartiment durch ihren aktiven Transport. Zum Beispiel bestimmt die Zunahme der gelösten Stoffe in den Zellen die Bewegung des Wassers zu ihnen und die Zunahme ihres Volumens.

Das Gleichgewicht besteht in diesem Fall darin, eine intrazelluläre osmolare Konzentration aufrechtzuerhalten, die ausreicht, um ein konstantes Zellvolumen aufrechtzuerhalten. Dies wird durch die Beteiligung von Proteinen mit unterschiedlichen Transportaktivitäten erreicht, unter denen sich ATPase-Pumpen und andere Transporter hervorheben. .

Osmoregulation in Pflanzen

Pflanzen brauchen Wasser, um im gleichen Maße zu leben wie Tiere und andere einzellige Organismen. In ihnen, wie in allen Lebewesen, ist Wasser wesentlich, um alle Stoffwechselreaktionen im Zusammenhang mit Wachstum und Entwicklung durchzuführen, die mit der Aufrechterhaltung der Form und des Turgors ihrer Zellen zu tun haben.

Während ihres Lebens sind sie unterschiedlichen Wasserbedingungen ausgesetzt, die von der sie umgebenden Umgebung abhängen, insbesondere von der Luftfeuchtigkeit und der Sonneneinstrahlung.

In pflanzlichen Organismen erfüllt die Osmoregulation die Funktion, das Turgorpotential durch Ansammlung oder Abnahme von gelösten Stoffen als Reaktion auf Wasserstress aufrechtzuerhalten, wodurch sie weiter wachsen können.

Bewegung von Wasser in Wurzelzellen (einfacher und apoplastischer Transport) (Quelle: Dylan W. Schwilk über Wikimedia Commons)

Das zwischen den Wurzelhaaren und der Endodermis gefundene Wasser fließt zwischen den Wurzelzellen durch ein extrazelluläres Kompartiment, das als Apoplast (apoplastischer Transport) bekannt ist, oder durch zytoplasmatische Verbindungen (einfacher Transport), bis es zusammen mit Ionen und gefiltert wird Mineralien in die Zellen der Endodermis und wandert dann zu den Gefäßbündeln.

Während Wasser und Mineralstoffe vom Boden über die Wurzel zu den Luftorganen transportiert werden, "nehmen" die Zellen der verschiedenen Gewebe des Körpers die Wassermengen und die Mengen an gelösten Stoffen auf, die zur Erfüllung ihrer Funktionen erforderlich sind.

In Pflanzen wie in vielen höheren Organismen werden die Prozesse des Eintritts und Ausstoßens von Wasser durch wachstumsregulierende Substanzen (Phytohormone) reguliert, die die Reaktionen auf unterschiedliche Umweltbedingungen und andere intrinsische Faktoren modulieren.

- Wasserpotential und Druckpotential

Da die intrazelluläre Konzentration von gelösten Stoffen in Pflanzenzellen höher ist als die ihrer Umgebung, neigt Wasser dazu, durch Osmose nach innen zu diffundieren, bis das von der Zellwand ausgeübte Druckpotential dies zulässt, und dies macht die Zellen aus Zellen sind fest oder prall.

Das Wasserpotential ist einer der Faktoren, die am Wasseraustausch beider Pflanzen mit ihrer Umwelt und den Zellen ihres Gewebes miteinander beteiligt sind.

Sie hat mit der Messung der Richtung des Wasserflusses zwischen zwei Kompartimenten zu tun und umfasst die Summe des osmotischen Potentials mit dem von der Zellwand ausgeübten Druckpotential.

In Pflanzen ist das osmotische Potential eine negative Zahl, da die intrazelluläre Konzentration gelöster Stoffe gewöhnlich höher ist als die der extrazellulären Umgebung; während das Druckpotential normalerweise positiv ist.

Je niedriger das osmotische Potential ist, desto negativer ist das Wasserpotential. Wenn es als Zelle betrachtet wird, wird gesagt, dass das Wasser nach seinem potentiellen Gradienten in sie eindringt.

Osmoregulation bei Tieren

Mehrzellige Wirbeltiere und Wirbellose verwenden unterschiedliche Systeme, um die interne Homöostase aufrechtzuerhalten, und dies in strikter Abhängigkeit von dem Lebensraum, den sie einnehmen. Das heißt, die Anpassungsmechanismen unterscheiden sich zwischen Salzwasser-, Süßwasser- und Landtieren.

Die verschiedenen Anpassungen hängen häufig von spezialisierten Organen für die Osmoregulation ab. In der Natur sind die häufigsten als nephridiale Organe bekannt. Hierbei handelt es sich um spezialisierte Ausscheidungsstrukturen, die als ein System von Röhren fungieren, die sich durch Poren, sogenannte Nephridioporen, nach außen öffnen.

Plattwürmer haben solche Strukturen, die als Protonephridien bekannt sind, während Anneliden und Mollusken Metanephridien aufweisen. Insekten und Spinnen haben eine Version von Nephridialorganen, die Malpighi-Tubuli genannt werden.

Bei Wirbeltieren wird ein osmoregulatorisches und Ausscheidungssystem erreicht, das hauptsächlich aus den Nieren besteht, aber auch das Nerven- und Hormonsystem, das Verdauungssystem, die Lunge (oder Kiemen) und die Haut sind an diesem Prozess der Erhaltung des Wasserhaushalts beteiligt.

- Wassertiere

Wirbellose Meerestiere gelten als osmoadaptive Organismen , da sich ihr Körper im osmotischen Gleichgewicht mit dem sie umgebenden Wasser befindet. Wasser und Salze treten durch Diffusion ein und aus, wenn sich die äußeren Konzentrationen ändern.

Wirbellose Tiere, die in Flussmündungen leben, in denen die Salzkonzentration signifikante Schwankungen aufweist, werden als osmoregulatorische Organismen bezeichnet , da sie komplexere Regulationsmechanismen aufweisen, da sich die Salzkonzentration in ihrem Inneren von der des Wassers unterscheidet, in dem sie leben.

Süßwasserfische haben in ihrem Inneren eine Salzkonzentration, die viel höher ist als die des sie umgebenden Wassers, so dass viel Wasser durch Osmose in ihr Inneres gelangt, das jedoch in Form von verdünntem Urin ausgeschieden wird.

Darüber hinaus haben einige Fischarten Kiemenzellen für den Eintritt von Salz.

Meereswirbeltiere, deren Salzkonzentration niedriger ist als die ihrer Umgebung, erhalten Wasser, indem sie es aus dem Meer trinken und überschüssiges Salz in ihren Urin ausstoßen. Viele Meeresvögel und Reptilien haben "Salzdrüsen", mit denen sie überschüssiges Salz freisetzen, das sie nach dem Trinken von Meerwasser erhalten.

Die meisten Meeressäuger nehmen beim Füttern Salzwasser auf, aber ihr Inneres weist normalerweise eine geringere Salzkonzentration auf. Der Mechanismus zur Aufrechterhaltung der Homöostase ist die Produktion von Urin mit einer hohen Konzentration an Salzen und Ammoniak.

Unterschied in der Osmoregulation zwischen Pflanzen und Tieren

Der ideale Zustand einer Pflanzenzelle unterscheidet sich erheblich von dem einer tierischen Zelle, was mit dem Vorhandensein der Zellwand zusammenhängt, die die übermäßige Ausdehnung der Zelle aufgrund des Eindringens von Wasser verhindert.

Bei Tieren befindet sich der intrazelluläre Raum im osmotischen Gleichgewicht mit extrazellulären Flüssigkeiten, und Osmoregulationsprozesse sind für die Aufrechterhaltung dieses Zustands verantwortlich.

Pflanzenzellen benötigen dagegen einen Turgor, den sie erreichen, indem sie die intrazelluläre Flüssigkeit konzentrierter halten als ihre Umgebung, weshalb Wasser dazu neigt, in sie einzudringen.

Beispiele

Zusätzlich zu allen oben diskutierten Fällen ist ein gutes Beispiel für Osmoregulationssysteme das im menschlichen Körper gefundene:

Beim Menschen beinhaltet die Aufrechterhaltung des normalen Volumens und der Osmolarität von Körperflüssigkeiten ein Gleichgewicht zwischen dem Input und Output von Wasser und gelösten Stoffen, dh ein Gleichgewicht, bei dem der Input gleich dem Output ist.

Da der wichtigste extrazelluläre gelöste Stoff Natrium ist, hängt die Regulierung des Volumens und der Osmolarität der extrazellulären Flüssigkeit fast ausschließlich vom Gleichgewicht zwischen Wasser und Natrium ab.

Wasser gelangt über aufgenommene Lebensmittel und Flüssigkeiten (deren Regulierung von den Durstmechanismen abhängt) in den Körper und wird intern durch Oxidationsprozesse in Lebensmitteln (Stoffwechselwasser) erzeugt.

Der Austritt des Wassers erfolgt durch unempfindliche Verluste, durch Schweiß, Kot und Urin. Das ausgeschiedene Urinvolumen wird durch den Plasmaspiegel des antidiuretischen Hormons (ADH) reguliert.

Natrium gelangt durch aufgenommene Nahrung und Flüssigkeiten in den Körper. Es geht durch Schweiß, Kot und Urin verloren. Sein Verlust durch den Urin ist einer der Mechanismen zur Regulierung des Natriumgehalts des Körpers und hängt von der intrinsischen Funktion der Niere ab, die durch das Hormon Aldosteron reguliert wird.

Verweise

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