אוסמוזה היא זרימה מכוונת של חלקיקים מולקולריים דרך קרום חדיר למחצה. בביולוגיה, זה מרכזי בוויסות של מַיִם לאזן בתאים.
מהי אוסמוזה?
אוסמוזה היא זרימה מכוונת של חלקיקים מולקולריים דרך קרום חדיר למחצה. בביולוגיה, זה מרכזי בוויסות של מַיִם לאזן בתאים. אוסמוזה פירושה "חדירה" ביוונית. זה מתואר כמעבר ספונטני לממיסים כגון מַיִם דרך קרום חדיר סלקטיבי. הקרום חדיר לממיס אך לא למומס. דיפוזיה סלקטיבית של רכיב אחד בלבד גורמת להשוואת הפוטנציאל הכימי משני צידי הקרום. אוסמוזה נפוצה לעתים קרובות בטבע. במיוחד בממברנות ביולוגיות, סלקטיביות מסה העברה נחוצה על מנת שתהליכי הובלה ביולוגיים יתקיימו. עם זאת, תהליכי תחבורה פעילים וצורכים אנרגיה מבטיחים כאן גם שהלחץ האוסמוטי המתפתח באופן פסיבי אינו הרסני לתא. אמנם לא ניתן לבצע היפוך בתהליכי דיפוזיה רגילים, אולם אוסמוזה היא תהליך הפיך.
פונקציה ומשימה
באוסמוזה, מולקולות של תמיסה או ממס טהור מפוזרים באופן סלקטיבי דרך קרום עד שהפוטנציאל הכימי מאוזן משני צידי הקרום. לדוגמא, תמיסה מרוכזת מדוללת בצד השני על ידי הממיס עד שהלחץ ההידרוסטטי הבנוי מונע דיפוזיה נוספת. מולקולות יכול לנדוד דרך הממברנה, ללא קשר לאיזה צד הם מגיעים. עם זאת, תמיד יש יותר סיכוי שהם יתפזרו לכיוון ההבדל הפוטנציאלי הגדול ביותר. כאשר הפוטנציאל הכימי מאוזן, אותו חלקיק חלקים נודד משמאל לימין כמו מימין לשמאל. לפיכך, שום דבר לא משתנה חיצונית. עם זאת, בשל הדילול הרצוי של התמיסה המרוכזת הצטברה בצד אחד כמות נוזלים גבוהה יותר, שבנתה לחץ גבוה (הלחץ האוסמוטי). אם הקרום כבר לא יכול לעמוד בלחץ, התא עלול להיהרס. תהליכי הובלה פעילים דרך הממברנה מבטיחים כי חומרים מסוימים מוסרים באמצעות הוצאת האנרגיה. דוגמא ממחישה לתהליך אוסמוטי היא נפיחות של דובדבנים בשלים כשמוסיפים להם מים. בתהליך זה המים חודרים דרך החיצוני עור של הפרי, ואילו ה סוכר לא יכול לברוח. תהליך הדילול בתוך הפרי נמשך עד שהוא מתפוצץ. בתוך הגוף, השילוב של תהליכי הובלה אוסמוטיים וצורכים אנרגיה פעילים מבטיח את החלקה ריצה של תהליכים ביוכימיים במרחבים המופרדים על ידי ביוממברנות. לפיכך, יכולים להתקיים תאים המופרדים מהסביבה החיצונית אך נמצאים בה חילוף חומרים מתמיד. ישנם גם אברונים בתוך התא בהם יכולים להתרחש תגובות נפרדות. כדי למנוע עלייה של לחץ אוסמוטי עד כדי קריעת ביומברנות, מולקולות מגורשים על ידי תהליכי תחבורה פעילים. בתאי יונקים, החלבון NFAT5 מיוצר יותר ויותר כאשר הלחץ האוסמוטי עולה. הוא מספק מספר מנגנוני נגד להגן על התא מפני היפרטוני לחץ (לחץ יתר). בתהליך זה, הובלה חלבונים מיוצרים אשר עם הוצאת האנרגיה מתעלים חומרים מסוימים מהתא. בין היתר חומרי שתן כגון גלוקוז ועודף אלקטרוליטים מופרשים על ידי הכליות כדי לווסת את הלחץ האוסמוטי בגוף.
מחלות ומחלות
לאוסמוזה גם תפקיד חשוב בוויסות האלקטרוליטים לאזן. אלקטרוליטים מומסים מלחים ומורכבים מיוני מתכת טעונים חיובי כמו נתרן, אשלגן, מגנזיום, או סידן יונים ואניונים טעונים שלילית כגון כלוריד, ביקרבונט, או פוספט אניונים. הם נמצאים בריכוזים שונים הן בתוך התא (תוך תאי), מחוץ לתאים (אינטרסטיציאלי) או בתוך זרם הדם (תוך וסקולרי). ה ריכוז ההבדלים מייצרים את המתח החשמלי על קרומי התא, ומפעילים מגוון תהליכים ברמה התאית. אם ה ריכוז ההבדלים מופרעים, מאזן האלקטרוליטים כולו גם מוטרד. הכליות מווסתות את איזון האלקטרוליטים באמצעות מנגנונים שונים כגון מנגנוני צמא, תהליכים הורמונליים או כליה-פפטידים פועלים. במקרים של חמורה שלשול, הקאה, דם הפסד או כשל כלייתי, יתכן שיופרע איזון המים והאלקטרוליטים. כל אלקטרוליט עשוי להימצא בריכוזים גבוהים מדי או נמוכים מדי. הפרעות במים ובמאזן האלקטרוליטים מהוות לעיתים סכנת חיים, תלוי בחומרתן. דוגמאות לתנאים כאלה כוללים התייבשות, היפרהידרציה, היפר- ו hypovolemia (מוגברת או ירידה דם כֶּרֶך), היפו- ו היפרנטרמיה, היפו- ו היפרקלמיה, והיפו והיפרקלצמיה. כל אחד ממצבים אלה מצריך טיפול אינטנסיבי. ככלל, איזון המים והאלקטרוליטים מאוזן במהירות. עם זאת, אם המנגנון הרגולטורי בין תהליכי תחבורה פעילים ותהליכים אוסמוטיים מופרע על ידי אי ספיקת כליות או מחלה אחרת, חוסר איזון כרוני באלקטרוליטים עלול להתרחש. כתוצאה מכך מופיעים בצקות, מחלות לב וכלי דם, בצקת מוחית, מצבים מבלבלים או התקפים. יחסי הגומלין של איזון מים ואלקטרוליטים עם תהליכים ביולוגיים בגוף הם כה מורכבים, עד כי לעיתים קרובות נצפים תסמינים דומים בכל צורות הפרעות אלקטרוליטים. קביעת איזון האלקטרוליטים צריכה להיות חקירה סטנדרטית כאשר תסמינים אלה הם כרוניים.
