osmose

De osmose is een gerichte stroom moleculaire deeltjes door een semipermeabel membraan. In de biologie is het van centraal belang voor het reguleren van de waterbalans in de cellen.

Wat is osmose?

Osmose is een gerichte stroom van moleculaire deeltjes door een semi-permeabel membraan. In de biologie is het van centraal belang voor het reguleren van de waterbalans in de cellen.

Osmose betekent in het Grieks "penetratie". Het wordt beschreven als de spontane doorgang van oplosmiddelen zoals water door een selectief permeabel membraan. Het membraan is alleen doorlaatbaar voor het oplosmiddel, maar niet voor de opgeloste stoffen. De selectieve diffusie van slechts één component resulteert in een evenwicht tussen de chemische potentiaal aan beide zijden van het membraan.

Osmose komt vaak voor in de natuur. Met name bij biologische membranen is een selectieve uitwisseling van stoffen nodig zodat biologische transportprocessen kunnen plaatsvinden. Actieve, energieverslindende transportprocessen zorgen er echter ook voor dat de passief optredende osmotische druk geen destructief effect heeft op de cel.

Hoewel er geen omkering mogelijk is met normale diffusieprocessen, is osmose een omkeerbaar proces.

Functie en taak

Bij osmose diffunderen moleculen van een oplossing of een zuiver oplosmiddel selectief door een membraan totdat de chemische potentiaal aan beide zijden van dit membraan in evenwicht is. Een geconcentreerde oplossing aan de andere kant wordt bijvoorbeeld verdund door het oplosmiddel totdat de opgebouwde hydrostatische druk verdere diffusie verhindert.

De moleculen kunnen door het membraan migreren, ongeacht van welke kant ze komen. De kans is echter altijd groter dat ze diffunderen in de richting van het grootste potentiaalverschil.

Wanneer het chemische potentieel in evenwicht is, migreert hetzelfde aantal deeltjes van links naar rechts als van rechts naar links. Extern verandert er dus niets meer. Door de gewenste verdunning van de geconcentreerde oplossing heeft zich enerzijds echter een grotere hoeveelheid vloeistof verzameld, waardoor een hoge druk (de osmotische druk) is opgebouwd. Als het membraan de druk niet meer kan weerstaan, kan de cel worden vernietigd.

Actieve transportprocessen door het membraan zorgen ervoor dat bepaalde stoffen met behulp van energie worden afgevoerd. Een levendig voorbeeld van een osmotisch proces is het opzwellen van rijpe kersen wanneer ze worden gemengd met water. Het water dringt door de buitenste schil van de vrucht heen, terwijl de suiker niet kan ontsnappen. Het verdunningsproces in het fruit gaat door totdat het barst.

In het lichaam zorgt de combinatie van osmotische en actieve, energieverslindende transportprocessen ervoor dat biochemische processen soepel verlopen in ruimtes die gescheiden zijn door biomembranen. Er kunnen cellen bestaan ​​die los staan ​​van de externe omgeving, maar ermee in constante uitwisseling van stoffen zijn.

Organellen zijn ook aanwezig in de cel waar afzonderlijke reacties kunnen plaatsvinden. Om te voorkomen dat de osmotische druk zo hoog oploopt dat het biomembraan scheurt, worden moleculen via actieve transportprocessen uitgestoten.

In zoogdiercellen, wanneer de osmotische druk toeneemt, wordt het eiwit NFAT5 in grotere mate geproduceerd. Het biedt een aantal tegenmechanismen om de cel te beschermen tegen hypertone stress (overdruk). Daarbij worden transporteiwitten geproduceerd die met behulp van energie bepaalde stoffen uit de cel kanaliseren. Urine-stoffen zoals glucose en overtollige elektrolyten worden onder andere via de nieren uitgescheiden om de osmotische druk in het lichaam te reguleren.

Ziekten en aandoeningen

Osmose speelt ook een belangrijke rol bij het reguleren van de elektrolytenbalans. Elektrolyten zijn opgeloste zouten en bestaan ​​uit positief geladen metaalionen zoals natrium-, kalium-, magnesium- of calciumionen en negatief geladen anionen zoals chloride-, bicarbonaat- of fosfaatanionen.

Ze zijn in verschillende concentraties aanwezig zowel in de cel (intracellulair), buiten de cellen (interstitieel) als in de bloedbaan (intravasculair). De concentratieverschillen wekken de elektrische spanning op de celmembranen op en veroorzaken zo een veelvoud aan processen op celniveau. Als de concentratieverschillen worden verstoord, wordt ook de gehele elektrolytenbalans door elkaar gehaald.

De nieren reguleren deze elektrolytenbalans via verschillende mechanismen, zoals dorstmechanismen, hormonale processen of peptiden die op de nieren werken. Bij ernstige diarree, braken, bloedverlies of nierfalen kan de water- en elektrolytenbalans verstoord zijn. Elke elektrolyt kan voorkomen in concentraties die te hoog of te laag zijn.

Storingen in de water- en elektrolytenbalans zijn soms levensbedreigend, afhankelijk van de ernst ervan. Voorbeelden van dergelijke aandoeningen zijn onder meer dehydratie, hyperhydratie, hyper- en hypovolemie (bloedvolume wordt verhoogd of verlaagd), hypo- en hypernatriëmie, hypo- en hyperkaliëmie of anders hypo- en hypercalciëmie.

Elk van deze aandoeningen vereist een intensieve behandeling. Gewoonlijk komt de water- en elektrolytenbalans snel in evenwicht. Als het regulatiemechanisme tussen actieve transportprocessen en osmotische processen echter wordt verstoord door nierinsufficiëntie of een andere ziekte, kunnen chronische elektrolytstoornissen het gevolg zijn. Als gevolg hiervan treden oedeem, hart- en vaatziekten, hersenoedeem, verwardheid of toevallen op.

De relaties tussen de water- en elektrolytenbalans en de biologische processen in het lichaam zijn zo complex dat vergelijkbare symptomen vaak worden waargenomen bij alle vormen van elektrolytstoornissen. De bepaling van de elektrolytenbalans dient deel uit te maken van de standaardonderzoeken als deze symptomen chronisch zijn.