Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

5.7: Toniciteit in dieren
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Tonicity in Animals
 
TRANSCRIPT

5.7: Tonicity in Animals

5.7: Toniciteit in dieren

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.

De toniciteit van een oplossing bepaalt of een cel water wint of verliest in die oplossing. De toniciteit hangt af van de permeabiliteit van het celmembraan voor verschillende opgeloste stoffen en de concentratie van niet-penetrerende opgeloste stoffen in de oplossing binnen en buiten de cel. Als een semipermeabel membraan de doorgang van sommige opgeloste stoffen belemmert, maar water zijn concentratiegradiënt laat volgen, beweegt water van de kant met een lage osmolariteit (dwz minder opgeloste stof) naar de kant met een hogere osmolariteit (dwz een hogere concentratie opgeloste stof). Toniciteit van de extracellulaire vloeistof bepaalt de grootte en richting van osmose en resulteert in drie mogelijke condities: hypertonie, hypotonie en isotonie.

Isotone oplossingen

In de biologie betekent het voorvoegsel "iso" gelijk of gelijk van afmetingen. Wanneer extracellulaire en intracellulaire vloeistof een gelijke concentratie niet-doordringende opgeloste stof binnen en buiten hebben, is de oplossing isotoon. Isotone oplossingen hebben geen netto bewegingment van water. Water zal nog steeds in en uit bewegen, in gelijke verhoudingen. Daarom treedt er geen verandering in celvolume op.

Hypotone oplossingen

Het voorvoegsel "hypo" betekent lager of lager. Wanneer er een lage concentratie niet-doordringende opgeloste stof is en een hoge concentratie water buiten ten opzichte van binnen, is de omgeving hypotoon. Water zal de cel binnendringen, waardoor deze opzwelt. In dierlijke cellen zorgt de zwelling er uiteindelijk voor dat cellen barsten en afsterven. Zoetwater is een voorbeeld van een hypotone omgeving. Zoetwaterorganismen hebben doorgaans een hogere osmolariteit (dwz een hogere zoutconcentratie) in hun cellen dan het omringende water, zoals een meer of rivier.

Hypertonische oplossingen

Omgekeerd betekent het voorvoegsel "hyper" meer of hoger. Tijdens hypertonie bevat de extracellulaire vloeistof meer opgeloste stof (dwz hoge osmolariteit) en minder water dan de binnenkant van een cel. Water beweegt dus uit de cel, waardoor dierlijke cellen to krimpen. Zout water is een voorbeeld van hypertone extracellulaire vloeistof omdat het een hogere osmolariteit heeft (dwz een hogere zoutconcentratie) in tegenstelling tot de meeste intracellulaire vloeistoffen.

Osmoregulatie

Om de krimp en zwelling die optreedt in hypertone en hypotone oplossingen te voorkomen, moeten dierlijke cellen strategieën hebben om het osmotische evenwicht te behouden. Het proces waarmee osmotisch evenwicht wordt bereikt, wordt osmoregulatie genoemd. Osmoregulerende strategieën kunnen in twee categorieën worden onderverdeeld: regulerend en conform. Osmoregulatoren regelen en handhaven hun interne osmotische omstandigheden onafhankelijk van omgevingsomstandigheden. Omgekeerd gebruiken osmoconformers actieve en passieve interne processen om de osmolariteit van hun omgeving na te bootsen.

Veel dieren, inclusief mensen, zijn osmoregulatoren. Zo zijn vissen die in zout water leven, een hypertone omgeving, in staat om waterverlies aan de omgeving te reguleren door overvloedige hoeveelheden water op te nemen en regelmatig zureHet is eruit. Vissen die in zoet water leven, verzachten de constante osmose van water in hun cellen door frequent te urineren waardoor water uit het lichaam vrijkomt.

De meeste ongewervelde zeedieren, zoals kreeften en kwallen, zijn osmoconformers. Osmoconformers behouden een interne concentratie van opgeloste stoffen - of osmolariteit - die gelijk is aan die van hun omgeving, en dus gedijen ze in omgevingen zonder frequente fluctuaties.


Aanbevolen Lectuur

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter