5.7: Toniczność u zwierząt

Toniczność roztworu określa, czy komórka zyskuje czy traci wodę w tym roztworze. Toniczność zależy od przepuszczalności błony komórkowej dla różnych substancji rozpuszczonych oraz stężenia niepenetrujących substancji rozpuszczonych w roztworze wewnątrz i na zewnątrz komórki. Jeśli półprzepuszczalna membrana utrudnia przechodzenie niektórych substancji rozpuszczonych, ale pozwala wodzie podążać za gradientem stężenia, woda przemieszcza się ze strony o niskiej osmolarności (tj. Mniej substancji rozpuszczonej) na stronę o wyższej osmolarności (tj. Wyższym stężeniu substancji rozpuszczonej). Toniczność płynu zewnątrzkomórkowego określa wielkość i kierunek osmozy i powoduje trzy możliwe warunki: hipertoniczność, hipotoniczność i izotoniczność.

Rozwiązania izotoniczne

W biologii przedrostek “iso” oznacza równe lub równe wymiary. Gdy płyn zewnątrzkomórkowy i wewnątrzkomórkowy mają równe stężenie niepenetrującej substancji rozpuszczonej wewnątrz i na zewnątrz, roztwór jest izotoniczny. Roztwory izotoniczne nie mają ruchu netto wody. Woda nadal będzie wchodzić i wychodzić, tylko w równych proporcjach. W związku z tym nie zachodzi żadna zmiana objętości komórki.

Roztwory hipotoniczne

Przedrostek “hypo” oznacza niższy lub niższy. Wszędzie tam, gdzie występuje niskie stężenie niepenetrującej substancji rozpuszczonej i wysokie stężenie wody na zewnątrz w stosunku do wnętrza, środowisko jest hipotoniczne. Woda wtargnie do komórki, powodując jej pęcznienie. W komórkach zwierzęcych obrzęk ostatecznie powoduje pękanie komórek i śmierć. Przykładem środowiska hipotonicznego jest woda słodka. Organizmy słodkowodne mają zwykle wyższą osmolarność (tj. wyższe stężenie soli) wewnątrz swoich komórek niż otaczający zbiornik wodny, taki jak jezioro lub rzeka.

Roztwory hipertoniczne

I odwrotnie, przedrostek “hiper” oznacza więcej lub ponad. Podczas hipertoniczności płyn zewnątrzkomórkowy zawiera więcej substancji rozpuszczonej (tj. wysoką osmolarność) i mniej wody niż wnętrze komórki. W ten sposób woda wydostaje się z komórki, powodując kurczenie się komórek zwierzęcych. Słona woda jest przykładem hipertonicznego płynu zewnątrzkomórkowego, ponieważ ma wyższą osmolarność (tj. wyższe stężenie soli) w przeciwieństwie do większości płynów wewnątrzkomórkowych.

Osmoregulacja

Aby uniknąć kurczenia się i pęcznienia, które występują w roztworach hipertonicznych i hipotonicznych, komórki zwierzęce muszą mieć strategie utrzymania równowagi osmotycznej. Proces, w którym osiągana jest równowaga osmotyczna, nazywa się osmoregulacją. Strategie osmoregulacyjne można podzielić na dwie kategorie: regulujące i dostosowawcze. Osmoregulatory kontrolują i utrzymują swoje wewnętrzne warunki osmotyczne niezależnie od warunków otoczenia. I odwrotnie, osmokonformiści wykorzystują aktywne i pasywne procesy wewnętrzne, aby naśladować osmolarność swojego środowiska.

Wiele zwierząt, w tym ludzie, jest osmoregulatorami. Na przykład ryby żyjące w słonej wodzie, środowisku hipertonicznym, są w stanie regulować utratę wody do środowiska poprzez pobieranie dużych ilości wody i częste wydalanie soli. Ryby żyjące w słodkiej wodzie łagodzą ciągłą osmozę wody do swoich komórek poprzez częste oddawanie moczu, które uwalnia wodę z organizmu.

Większość bezkręgowców morskich, takich jak homary i meduzy, to osmokonformi. Osmoconformery utrzymują wewnętrzne stężenie substancji rozpuszczonej – lub osmolarność – równe stężeniu otoczenia, a więc rozwijają się w środowisku bez częstych wahań.