Det osmose er en rettet strøm af molekylære partikler gennem en semipermeabel membran. I biologi er det af central betydning for regulering af vandbalancen i cellerne.
Hvad er osmose?
Osmose betyder "penetration" på græsk. Det beskrives som den spontane passage af opløsningsmidler, såsom vand gennem en selektivt permeabel membran. Membranen er kun permeabel for opløsningsmidlet, men ikke for de opløste stoffer. På grund af den selektive diffusion af kun en komponent, er det kemiske potentiale afbalanceret på begge sider af membranen.
Osmose er almindelig i naturen. Især i biologiske membraner er en selektiv udveksling af stoffer nødvendig, så biologiske transportprocesser kan finde sted. Imidlertid sikrer aktive, energiforbrugende transportprocesser også, at det passivt opstående osmotiske tryk ikke har en destruktiv virkning på cellen.
Selvom ingen reversering er mulig ved normale diffusionsprocesser, er osmose en reversibel proces.
Funktion & opgave
Ved osmose diffunderer molekyler af en opløsning eller et rent opløsningsmiddel selektivt gennem en membran, indtil det kemiske potentiale er afbalanceret på begge sider af denne membran. For eksempel fortyndes en koncentreret opløsning på den anden side af opløsningsmidlet, indtil det opbyggede hydrostatiske tryk forhindrer yderligere diffusion.
Molekylerne kan migrere gennem membranen, uanset hvilken side de kommer fra. Imidlertid er det altid mere sandsynligt, at de diffunderer i retning af den største potentialeforskel.
Når det kemiske potentiale er afbalanceret, vandrer det samme antal partikler fra venstre til højre som fra højre til venstre. Så eksternt ændrer intet mere. Som et resultat af den ønskede fortynding af den koncentrerede opløsning er der imidlertid på den ene side samlet en større mængde væske, der har opbygget et højt tryk (det osmotiske tryk). Hvis membranen ikke længere kan modstå trykket, kan cellen ødelægges.
Aktive transportprocesser gennem membranen sikrer, at visse stoffer fjernes ved brug af energi. Et levende eksempel på en osmotisk proces er hævelse af modne kirsebær, når vand tilsættes dem. Vandet trænger gennem frugtens ydre hud, mens sukkeret ikke kan undslippe. Fortyndingsprocessen inden i frugten fortsætter, indtil den sprænger.
Inde i kroppen sikrer kombinationen af osmotiske og aktive, energikrævende transportprocesser, at biokemiske processer kører glat i rum, der er adskilt af biomembraner. Der kan findes celler, der adskiller sig fra det ydre miljø, men er i konstant udveksling af stoffer med det.
Organeller er også til stede i cellen, hvor separate reaktioner kan finde sted. For at forhindre, at det osmotiske tryk stiger i en sådan grad, at biomembranen sprækkes, udvises molekyler gennem aktive transportprocesser.
Når pattedyrsceller stiger, produceres proteinet NFAT5 i større grad, når det osmotiske tryk stiger. Det tilvejebringer et antal modmekanismer til at beskytte cellen mod hypertonisk stress (overtryk). I processen produceres transportproteiner, der ved hjælp af energi kanaliserer visse stoffer ud af cellen. Blandt andet udskilles urinstoffer som glukose og overskydende elektrolytter gennem nyrerne for at regulere det osmotiske tryk i kroppen.
Sygdomme og lidelser
Osmose spiller også en vigtig rolle i reguleringen af elektrolytbalancen. Elektrolytter er opløste salte og består af positivt ladede metalioner, såsom natrium-, kalium-, magnesium- eller calciumioner og negativt ladede anioner, såsom chlorid, bicarbonat eller phosphat-anioner.
De er til stede i forskellige koncentrationer i cellen (intracellulær), uden for cellerne (interstitial) eller i blodbanen (intravaskulær). Forskellene i koncentration genererer den elektriske spænding på cellemembranerne og udløser således en lang række processer på celleniveau. Hvis forskellene i koncentration forstyrres, blandes også hele elektrolytbalancen.
Nyrerne regulerer denne elektrolytbalance gennem forskellige mekanismer, såsom tørstemekanismer, hormonelle processer eller peptider, der virker på nyrerne. Ved svær diarré, opkast, blodtab eller nyresvigt kan vand- og elektrolytbalancen forstyrres. Hver elektrolyt kan forekomme i koncentrationer, der enten er for høje eller for lave.
Forstyrrelser i vand- og elektrolytbalancen er undertiden livstruende, afhængigt af deres sværhedsgrad. Eksempler på sådanne tilstande indbefatter dehydrering, hyperhydrering, hyper- og hypovolæmi (blodvolumen er forøget eller formindsket), hypo- og hypernatræmi, hypo- og hyperkaliæmi eller andet hypo- og hypercalcemia.
Hver af disse tilstande kræver intensiv behandling. Som regel ækvilibreres vand- og elektrolytbalancen hurtigt igen. Hvis reguleringsmekanismen mellem aktive transportprocesser og osmotiske processer imidlertid forstyrres af nyreinsufficiens eller en anden sygdom, kan der opstå kroniske elektrolytforstyrrelser. Som et resultat forekommer ødemer, hjerte-kar-sygdomme, hjerneødem, tilstande af forvirring eller anfald.
Forholdene mellem vand- og elektrolytbalancen og de biologiske processer i kroppen er så komplekse, at der ofte ses lignende symptomer for alle former for elektrolytforstyrrelser. Bestemmelsen af elektrolytbalancen skal være en af standardundersøgelserne, hvis disse symptomer er kroniske.
