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5.7: Tonicidade em Animais
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Tonicity in Animals
 
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5.7: Tonicity in Animals

5.7: Tonicidade em Animais

The tonicity of a solution determines if a cell gains or loses water in that solution. The tonicity depends on the permeability of the cell membrane for different solutes and the concentration of nonpenetrating solutes in the solution within and outside of the cell. If a semipermeable membrane hinders the passage of some solutes but allows water to follow its concentration gradient, water moves from the side with low osmolarity (i.e., less solute) to the side with higher osmolarity (i.e., higher solute concentration). Tonicity of the extracellular fluid determines the magnitude and direction of osmosis and results in three possible conditions: hypertonicity, hypotonicity, and isotonicity.

Isotonic Solutions

In biology, the prefix “iso” means equal or being of equal measurements. When extracellular and intracellular fluid have an equal concentration of nonpenetrating solute inside and outside, the solution is isotonic. Isotonic solutions have no net movement of water. Water will still move in and out, just in equal proportions. Therefore, no change in cell volume occurs.

Hypotonic Solutions

The prefix “hypo” means lower or below. Whenever there is a low concentration of nonpenetrating solute and a high concentration of water outside relative to inside, the environment is hypotonic. Water will move into the cell, causing it to swell. In animal cells, the swelling ultimately causes cells to burst and die. Freshwater is an example of a hypotonic environment. Freshwater organisms tend to have higher osmolarity (i.e., higher salt concentration) inside their cells than the surrounding body of water such as a lake or river.

Hypertonic Solutions

Conversely, the prefix “hyper” means more or above. During hypertonicity, the extracellular fluid contains more solute (i.e., high osmolarity) and less water than the inside of a cell. Thus, water moves out of the cell, causing animal cells to shrink. Saltwater is an example of hypertonic extracellular fluid because it has a higher osmolarity (i.e., higher salt concentration) in contrast to most intracellular fluids.

Osmoregulation

To avoid the shrinking and swelling that occurs in hypertonic and hypotonic solutions, animal cells must have strategies to maintain osmotic balance. The process by which osmotic balance is achieved is called osmoregulation. Osmoregulatory strategies can be grouped into two categories: regulating and conforming. Osmoregulators control and maintain their internal osmotic conditions independent of environmental conditions. Conversely, osmoconformers use active and passive internal processes to mimic the osmolarity of their environment.

Many animals, including humans, are osmoregulators. For instance, fish that live in saltwater, a hypertonic environment, are able to regulate water lost to the environment by taking in copious quantities of water and frequently excreting salt out. Fish that live in freshwater mitigate the constant osmosis of water into their cells by frequent urination that releases water out of the body.

Most marine invertebrates, such as lobsters and jellyfish, are osmoconformers. Osmoconformers maintain an internal solute concentration—or osmolarity—equal to that of their surroundings, and so they thrive in environments without frequent fluctuations.

A tonicidade de uma solução determina se uma célula ganha ou perde água nessa solução. A tonicidade depende da permeabilidade da membrana celular para diferentes solutos e da concentração de solutos não penetrantes na solução dentro e fora da célula. Se uma membrana semipermeável dificulta a passagem de alguns solutos, mas permite que a água siga o seu gradiente de concentração, a água move-se do lado com baixa osmolaridade (ou seja, menos soluto) para o lado com maior osmolaridade (ou seja, maior concentração de soluto). A tonacidade do fluido extracelular determina a magnitude e direção da osmose e resulta em três condições possíveis: hipertonicidade, hipotonicidade e isotonicidade.

Soluções Isotónicas

Em biologia, o prefixo “iso” significa igual ou de medidas iguais. Quando o fluido extracelular e intracelular tem uma concentração igual de soluto não penetrante no interior e no exterior, a solução é isotónica. Soluções isotónicas não têm movimento líquido de água. A água ainda irá entrar e sair, mas em proporções iguais. Portanto, não ocorre alteração do volume celular.

Soluções hipotónicas

O prefixo “hipo” significa menor ou abaixo. Sempre que há uma baixa concentração de soluto não penetrante e uma alta concentração de água no exterior em relação ao interior, o ambiente é hipotónico. A água mover-se-á para dentro da célula, fazendo com que esta inche. Nas células animais, o inchaço acaba por fazer com que as células rebentem e morram. A água doce é um exemplo de um ambiente hipotónico. Organismos de água doce tendem a ter maior osmolaridade (ou seja, maior concentração de sal) dentro das suas células do que o corpo de água circundante, como um lago ou rio.

Soluções Hipertónicas

Por outro lado, o prefixo “hiper” significa mais ou acima. Durante a hipertonicidade, o fluido extracelular contém mais soluto (ou seja, alta osmolaridade) e menos água do que o interior de uma célula. Assim, a água sai da célula, fazendo com que as células animais encolham. A água salgada é um exemplo de fluido extracelular hipertónico porque tem uma osmolaridade maior (ou seja, maior concentração de sal) ao contrário da maioria dos fluidos intracelulares.

Osmorregulação

Para evitar o encolhimento e inchaço que ocorre em soluções hipertónicas e hipotónicas, as células animais devem ter estratégias para manter o equilíbrio osmótico. O processo pelo qual o equilíbrio osmótico é alcançado é chamado de osmorregulação. As estratégias de osmorregulação podem ser agrupadas em duas categorias: de regulação e conformidade. Os reguladores osmóticos controlam e mantêm as suas condições osmóticas internas independemente das condições ambientais. Por outro lado, os conformadores osmóticos utilizam processos internos ativos e passivos para imitar a osmolaridade do seu ambiente.

Muitos animais, incluindo humanos, são reguladores osmóticos. Por exemplo, peixes que vivem em água salgada, um ambiente hipertónico, são capazes de regular a água perdida para o meio ambiente, ingerindo grandes quantidades de água e excretando frequentemente sal. Peixes que vivem em água doce mitigam a osmose constante de água para as suas células urinando frequentemente para libertar água para fora do corpo.

A maioria dos invertebrados marinhos, como lagostas e medusas, são conformadores osmóticos. Os conformadores osmóticos mantêm uma concentração de soluto interno—ou osmolaridade—igual à do seu ambiente, pelo que prosperam em ambientes sem flutuações frequentes.


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