OSMOREGULATION: NÓ LÀ GÌ, Ở THỰC VẬT, Ở ĐỘNG VẬT, VÍ DỤ - SINH HỌC - 2026

Điều hòa thẩm thấu là một quá trình chịu trách nhiệm duy trì cân bằng nội môi của chất lỏng trong cơ thể bằng cách chủ động điều chỉnh áp suất thẩm thấu bên trong của nó. Mục đích của nó là duy trì đủ thể tích và nồng độ thẩm thấu của các ngăn sinh học khác nhau, điều này cần thiết cho hoạt động bình thường của các sinh vật.

Nước sinh học có thể được coi là phân bố trong các ngăn bao gồm bên trong tế bào (ngăn nội bào) và, trong trường hợp sinh vật đa bào, chất lỏng bao quanh tế bào (ngăn ngoại bào hoặc kẽ).

Chuyển động của nước và ion trong cá telostus nước ngọt (Nguồn: Raver, Duane; được sửa đổi bởi Biezl (Tác phẩm riêng), không xác định Được dịch sang tiếng Tây Ban Nha bởi –Cristina busch (nói chuyện) 20:53, ngày 1 tháng 9 năm 2014 (UTC) qua Wikimedia Commons )

Ngoài ra, ở những sinh vật phức tạp hơn, một khoang nội mạch giúp đưa chất lỏng trong và ngoài tế bào tiếp xúc với môi trường bên ngoài. Ba ngăn này được ngăn cách bởi các màng sinh học có tính thấm chọn lọc cho phép nước đi qua tự do và hạn chế sự di chuyển của các phần tử có trong dung dịch trong chất lỏng đó ở mức độ lớn hơn hoặc nhỏ hơn.

Cả nước và một số hạt nhỏ có thể di chuyển tự do qua các lỗ trong màng, bằng cách khuếch tán và theo độ đậm đặc của chúng. Những chất khác, lớn hơn hoặc tích điện, chỉ có thể truyền từ bên này sang bên kia bằng cách sử dụng các phân tử khác làm phương tiện vận chuyển.

Quá trình thẩm thấu liên quan đến sự chuyển động của nước từ nơi này đến nơi khác theo gradient nồng độ của nó. Tức là, nó di chuyển từ ngăn mà cô ấy tập trung nhiều nhất sang ngăn mà cô ấy tập trung ít hơn.

Nước tập trung nhiều hơn ở nơi có nồng độ osmolar (nồng độ các hạt hoạt động thẩm thấu) càng thấp và ngược lại. Sau đó, nước được cho là di chuyển từ vị trí có nồng độ chất thẩm thấu thấp sang vị trí khác có nồng độ chất thẩm thấu cao hơn.

Các sinh vật đã phát triển các cơ chế phức tạp để kiểm soát sự cân bằng thẩm thấu bên trong của chúng và điều chỉnh các quá trình vào và ra của nước, điều chỉnh sự nhập và / hoặc ra của các chất hòa tan, và đây là điều mà quá trình thẩm thấu đề cập đến.

Osmoregulation là gì?

Mục tiêu chính của điều hòa thẩm thấu là điều chỉnh đầu vào và đầu ra của nước và các chất hòa tan để cả thể tích và thành phần của ngăn chất lỏng không đổi.

Theo nghĩa này, có thể coi hai khía cạnh, một là sự trao đổi giữa sinh vật với môi trường và hai là sự trao đổi giữa các ngăn khác nhau của cơ thể.

Sự ra vào của nước và các chất hòa tan xảy ra theo các cơ chế khác nhau:

- Trong trường hợp của động vật có xương sống bậc cao, chẳng hạn, thu nhập được điều chỉnh bởi lượng nước và chất hòa tan, một vấn đề phụ thuộc vào hoạt động của hệ thần kinh và nội tiết, chúng cũng can thiệp vào sự điều hòa của thận bài tiết các chất này.

-Trong trường hợp thực vật có mạch, sự hấp thụ nước và các chất hòa tan xảy ra nhờ các quá trình thoát hơi nước diễn ra ở lá. Các quá trình này "kéo" cột nước và thúc đẩy sự di chuyển lên của nó qua cây từ rễ, điều này liên quan đến tiềm năng nước.

Sự trao đổi và cân bằng giữa các ngăn khác nhau của sinh vật xảy ra bằng cách tích tụ các chất hòa tan trong ngăn này hoặc ngăn khác thông qua sự vận chuyển tích cực của chúng. Ví dụ, sự gia tăng các chất hòa tan bên trong tế bào xác định sự di chuyển của nước về phía chúng và sự gia tăng thể tích của chúng.

Sự cân bằng, trong trường hợp này, bao gồm việc duy trì nồng độ thẩm thấu nội bào đủ để duy trì thể tích tế bào không đổi và điều này đạt được nhờ sự tham gia của các protein với các hoạt động vận chuyển khác nhau, trong đó nổi bật là bơm ATPase và các chất vận chuyển khác. .

Quá trình thẩm thấu ở thực vật

Thực vật cần nước để sống tương tự như động vật và các sinh vật đơn bào khác. Ở họ, cũng như tất cả các sinh vật sống, nước rất cần thiết để thực hiện tất cả các phản ứng trao đổi chất liên quan đến sự tăng trưởng và phát triển, liên quan đến việc duy trì hình dạng và sự thay đổi của tế bào.

Trong suốt cuộc đời của chúng, chúng tiếp xúc với các điều kiện hydrat hóa thay đổi phụ thuộc vào môi trường xung quanh chúng, đặc biệt là độ ẩm khí quyển và mức bức xạ mặt trời.

Ở các sinh vật thực vật, quá trình điều hòa thẩm thấu hoàn thành chức năng duy trì điện thế chuyển hóa thông qua việc tích tụ hoặc giảm các chất hòa tan để phản ứng với căng thẳng nước, cho phép chúng tiếp tục phát triển.

Sự di chuyển của nước trong tế bào rễ (vận chuyển đơn giản và vận chuyển bất sản) (Nguồn: Dylan W. Schwilk qua Wikimedia Commons)

Nước được tìm thấy giữa lông rễ và nội bì chảy giữa các tế bào rễ thông qua một ngăn ngoại bào được gọi là apoplast (vận chuyển apoplastic) hoặc qua các kết nối tế bào chất (vận chuyển đơn giản), cho đến khi nó được lọc cùng với các ion và chất khoáng vào tế bào của nội bì rồi đi đến các bó mạch.

Khi nước và các chất dinh dưỡng khoáng được rễ vận chuyển từ đất đến các cơ quan trên không, các tế bào của các mô khác nhau của cơ thể "tiếp nhận" lượng nước và lượng chất hòa tan cần thiết để thực hiện các chức năng của chúng.

Ở thực vật, cũng như ở nhiều sinh vật bậc cao, quá trình xâm nhập và thải nước được điều chỉnh bởi các chất điều hòa sinh trưởng (phytohormone) điều chỉnh phản ứng với các điều kiện môi trường khác nhau và các yếu tố nội tại khác.

- Tiềm năng nước và áp suất

Vì nồng độ trong tế bào của các chất hòa tan trong tế bào thực vật cao hơn so với môi trường của chúng, nước có xu hướng khuếch tán bằng cách thẩm thấu vào bên trong cho đến khi thế áp suất do thành tế bào cho phép và đây là điều tạo nên tế bào tế bào chắc hoặc xanh.

Tiềm năng nước là một trong những yếu tố tham gia vào quá trình trao đổi nước của cả thực vật với môi trường và tế bào mô của chúng với nhau.

Nó liên quan đến phép đo hướng của dòng nước giữa hai ngăn và bao gồm tổng thế năng thẩm thấu với thế năng áp suất do thành tế bào tạo ra.

Ở thực vật, do nồng độ chất tan trong tế bào thường cao hơn môi trường ngoại bào nên thế năng thẩm thấu là một số âm; trong khi điện thế áp suất thường dương.

Thế năng thẩm thấu càng thấp thì nước càng âm. Nếu nó được coi là một tế bào, thì người ta nói rằng nước sẽ đi vào nó theo gradient tiềm năng của nó.

Osmoregulation ở động vật

Động vật có xương sống và động vật không xương sống đa bào sử dụng các hệ thống khác nhau để duy trì cân bằng nội môi bên trong, điều này phụ thuộc nghiêm ngặt vào môi trường sống mà chúng chiếm giữ; tức là cơ chế thích nghi khác nhau giữa động vật nước mặn, nước ngọt và động vật trên cạn.

Sự thích nghi khác nhau thường phụ thuộc vào các cơ quan chuyên biệt để điều hòa thẩm thấu. Trong tự nhiên, phổ biến nhất được biết đến là cơ quan thận, là những cấu trúc bài tiết chuyên biệt có chức năng như một hệ thống ống mở ra bên ngoài thông qua lỗ chân lông gọi là nephridiopores.

Giun dẹp có cấu trúc như vậy được gọi là protonephridiums, trong khi giun tròn và động vật thân mềm có metanephridia. Côn trùng và nhện có một phiên bản của cơ quan thận gọi là Malpighi Tubules.

Ở động vật có xương sống, hệ thống bài tiết và điều hòa hoạt động được thực hiện, chủ yếu bao gồm thận, nhưng hệ thần kinh và nội tiết, hệ tiêu hóa, phổi (hoặc mang) và da cũng tham gia vào quá trình duy trì cân bằng nước này.

- Động vật sống dưới nước

Động vật không xương sống biển được coi là sinh vật thích nghi với thẩm thấu, vì cơ thể của chúng ở trạng thái cân bằng thẩm thấu với nước xung quanh chúng. Nước và muối đi vào và đi ra ngoài bằng cách khuếch tán khi nồng độ bên ngoài thay đổi.

Động vật không xương sống sống ở các cửa sông nơi nồng độ muối dao động đáng kể được gọi là sinh vật điều hòa hấp thụ , vì chúng có cơ chế điều chỉnh phức tạp hơn do thực tế là nồng độ muối trong nước khác với nồng độ của nước nơi chúng sống.

Cá nước ngọt có nồng độ muối trong nước cao hơn nhiều so với nồng độ nước xung quanh chúng, do đó, rất nhiều nước xâm nhập vào bên trong của chúng bằng cách thẩm thấu, nhưng lượng nước này được thải ra ngoài dưới dạng nước tiểu loãng.

Ngoài ra, một số loài cá có tế bào mang để xâm nhập muối.

Động vật có xương sống ở biển, có nồng độ muối thấp hơn so với môi trường của chúng, lấy nước bằng cách uống nước từ biển và thải lượng muối dư thừa trong nước tiểu của chúng. Nhiều loài chim biển và bò sát có "tuyến muối" để chúng thải ra lượng muối dư thừa sau khi uống nước biển.

Hầu hết các loài động vật biển có vú ăn nước muối khi chúng kiếm ăn, nhưng bên trong của chúng thường có nồng độ muối thấp hơn. Cơ chế được sử dụng để duy trì cân bằng nội môi là sản xuất nước tiểu có nồng độ muối và amoniac cao.

Sự khác biệt trong điều hòa thẩm thấu giữa thực vật và động vật

Trạng thái lý tưởng của tế bào thực vật khác đáng kể so với tế bào động vật, một thực tế có liên quan đến sự hiện diện của thành tế bào ngăn cản sự giãn nở quá mức của tế bào do nước xâm nhập.

Ở động vật, không gian nội bào ở trạng thái cân bằng thẩm thấu với dịch ngoại bào và quá trình điều hòa thẩm thấu có nhiệm vụ duy trì trạng thái này.

Ngược lại, các tế bào thực vật đòi hỏi sự thay đổi, mà chúng đạt được bằng cách giữ cho chất lỏng nội bào cô đặc hơn môi trường của chúng, vì vậy nước có xu hướng xâm nhập vào chúng.

Ví dụ

Ngoài tất cả các trường hợp được thảo luận ở trên, một ví dụ điển hình về hệ thống điều hòa thẩm thấu là hệ thống được tìm thấy trong cơ thể con người:

Ở người, việc duy trì thể tích và độ thẩm thấu bình thường của chất lỏng cơ thể liên quan đến sự cân bằng giữa đầu vào và đầu ra của nước và các chất hòa tan, tức là một trạng thái cân bằng trong đó đầu vào bằng với đầu ra.

Vì chất tan ngoại bào chính là natri, nên việc điều chỉnh thể tích và độ thẩm thấu của dịch ngoại bào hầu như chỉ phụ thuộc vào sự cân bằng giữa nước và natri.

Nước đi vào cơ thể thông qua thức ăn và chất lỏng được tiêu thụ (sự điều chỉnh phụ thuộc vào cơ chế khát) và được tạo ra bên trong do kết quả của quá trình oxy hóa trong thực phẩm (nước chuyển hóa).

Sự thoát ra của nước xảy ra bởi những thất thoát không thể nhìn thấy được, bởi mồ hôi, phân và nước tiểu. Lượng nước tiểu bài tiết được điều chỉnh bởi nồng độ hormone chống bài niệu (ADH) trong huyết tương.

Natri xâm nhập vào cơ thể qua thức ăn và chất lỏng ăn vào. Nó bị mất qua mồ hôi, phân và nước tiểu. Sự mất mát của nó qua nước tiểu là một trong những cơ chế điều chỉnh hàm lượng natri của cơ thể và phụ thuộc vào chức năng nội tại của thận, được điều chỉnh bởi hormone aldosterone.

Người giới thiệu

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Sinh học Tế bào cần thiết. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Cushman, J. (2001). Quá trình thẩm thấu ở thực vật: Ý nghĩa đối với nông nghiệp. Amer. Zool. , 41, 758–769.
3. Morgan, JM (1984). Quá trình thẩm thấu và căng thẳng nước ở thực vật bậc cao. Ann. Rev. Plant Physiol. , 35, 299-319.
4. Nabors, M. (2004). Giới thiệu về Thực vật học (xuất bản lần 1). Giáo dục Pearson.
5. Solomon, E., Berg, L., & Martin, D. (1999). Sinh học (xuất bản lần thứ 5). Philadelphia, Pennsylvania: Nhà xuất bản Cao đẳng Saunders.
6. Tây, J. (1998). Cơ sở sinh lý của thực hành y tế (xuất bản lần thứ 12). Mexico DF: Biên tập Médica Panamericana.