OSMOREGOLAZIONE: CHE COS'È, NELLE PIANTE, NEGLI ANIMALI, ESEMPI - BIOLOGIA - 2025

L' osmoregolazione è un processo che è responsabile del mantenimento dell'omeostasi dei fluidi in un corpo regolando attivamente la sua pressione osmotica interna. Il suo scopo è quello di mantenere adeguati volumi e concentrazioni osmolari dei diversi comparti biologici, essenziale per il corretto funzionamento degli organismi.

L'acqua biologica può essere considerata distribuita in compartimenti che comprendono l'interno della cellula (compartimento intracellulare) e, nel caso di organismi multicellulari, il fluido che circonda le cellule (compartimento extracellulare o interstiziale).

Movimento di acqua e ioni nei pesci telostus d'acqua dolce (Fonte: Raver, Duane; modificato da Biezl (Opera propria), undefined Tradotto in spagnolo da –Cristina busch (discorso) 20:53, 1 settembre 2014 (UTC) tramite Wikimedia Commons )

C'è anche, negli organismi più complessi, un compartimento intravascolare che porta il fluido intra ed extracellulare a contatto con l'ambiente esterno. Questi tre comparti sono separati da membrane biologiche a permeabilità selettiva che consentono il libero passaggio dell'acqua e limitano in misura maggiore o minore il passaggio delle particelle presenti in soluzione in quel liquido.

Sia l'acqua che alcune piccole particelle possono muoversi liberamente attraverso i pori della membrana, per diffusione e seguendo i loro gradienti di concentrazione. Altri, più grandi o caricati elettricamente, possono passare da una parte all'altra solo utilizzando altre molecole che fungono da mezzo di trasporto.

I processi osmotici hanno a che fare con il movimento dell'acqua da un luogo all'altro seguendo il suo gradiente di concentrazione. Cioè, si sposta dal compartimento in cui è più concentrata a quello in cui la sua concentrazione è minore.

L'acqua è più concentrata nel luogo in cui la concentrazione osmolare (concentrazione di particelle osmoticamente attive) è inferiore e viceversa. Si dice quindi che l'acqua si sposti da un sito con una bassa concentrazione osmolare a un altro con una concentrazione osmolare più alta.

Gli esseri viventi hanno sviluppato meccanismi complessi per controllare l'equilibrio osmotico al loro interno e regolare i processi di entrata e uscita dell'acqua, regolando l'entrata e / o l'uscita dei soluti, e questo è ciò a cui si riferisce l'osmoregolazione.

Cos'è l'osmoregolazione?

L'obiettivo principale della regolazione osmotica è regolare l'ingresso e l'uscita di acqua e soluti in modo che sia il volume che la composizione dei compartimenti liquidi rimangano costanti.

In questo senso si possono considerare due aspetti, uno lo scambio tra l'organismo e l'ambiente e l'altro lo scambio tra i diversi comparti del corpo.

L'entrata e l'uscita di acqua e soluti avviene tramite diversi meccanismi:

-Nel caso degli animali vertebrati superiori, ad esempio, il reddito è regolato dall'assunzione di acqua e soluti, questione che a sua volta dipende dall'attività dei sistemi nervoso ed endocrino, che intervengono anche nella regolazione del escrezione renale di queste sostanze.

-Nel caso delle piante vascolari l'assorbimento di acqua e soluti avviene grazie ai processi di evapotraspirazione che avvengono nelle foglie. Questi processi "tirano" la colonna d'acqua e guidano il suo movimento verso l'alto attraverso la pianta dalle radici, che ha a che fare con il potenziale idrico.

Lo scambio e l'equilibrio tra i diversi compartimenti dell'organismo avviene per accumulo di soluti nell'uno o nell'altro compartimento attraverso il loro trasporto attivo. Ad esempio, l'aumento dei soluti all'interno delle cellule determina il movimento dell'acqua verso di loro e l'aumento del loro volume.

L'equilibrio, in questo caso, consiste nel mantenere una concentrazione osmolare intracellulare adeguata a mantenere un volume cellulare costante e ciò si ottiene grazie alla partecipazione di proteine ​​con differenti attività di trasporto, tra le quali spiccano le pompe ATPasi e altri trasportatori. .

Osmoregolazione nelle piante

Le piante hanno bisogno di acqua per vivere nella stessa misura degli animali e di altri organismi unicellulari. In essi, come in tutti gli esseri viventi, l'acqua è fondamentale per svolgere tutte le reazioni metaboliche legate alla crescita e allo sviluppo, che hanno a che fare con il mantenimento della forma e del turgore delle loro cellule.

Durante la loro vita sono esposti a condizioni idriche variabili che dipendono dall'ambiente che li circonda, in particolare dall'umidità atmosferica e dai livelli di radiazione solare.

Negli organismi vegetali, l'osmoregolazione svolge la funzione di mantenere il potenziale turgore attraverso l'accumulo o la diminuzione di soluti in risposta allo stress idrico, che consente loro di continuare a crescere.

Movimento dell'acqua nelle cellule radicali (trasporto semplicistico e trasporto apoplastico) (Fonte: Dylan W. Schwilk tramite Wikimedia Commons)

L'acqua che si trova tra i peli della radice e l'endoderma scorre tra le cellule della radice attraverso un compartimento extracellulare noto come apoplasto (trasporto apoplastico) o attraverso connessioni citoplasmatiche (trasporto semplicistico), fino a quando non viene filtrata insieme a ioni e minerali nelle cellule dell'endoderma e quindi viaggia verso i fasci vascolari.

Poiché l'acqua e le sostanze nutritive minerali vengono trasportate dal suolo dalla radice agli organi aerei, le cellule dei diversi tessuti del corpo "assorbono" i volumi di acqua e le quantità di soluti necessari per lo svolgimento delle loro funzioni.

Nelle piante, come in molti organismi superiori, i processi di ingresso ed espulsione dell'acqua sono regolati da sostanze regolatrici della crescita (fitormoni) che modulano le risposte a diverse condizioni ambientali e altri fattori intrinseci.

- Potenziale idrico e potenziale di pressione

Poiché la concentrazione intracellulare di soluti nelle cellule vegetali è superiore a quella del loro ambiente, l'acqua tende a diffondersi per osmosi verso l'interno fino a quando il potenziale di pressione esercitato dalla parete cellulare lo consente ed è questo che rende le cellule le cellule sono sode o turgide.

Il potenziale idrico è uno dei fattori coinvolti nello scambio idrico di entrambe le piante con il loro ambiente e le cellule dei loro tessuti tra loro.

Ha a che fare con la misura della direzione del flusso d'acqua tra due compartimenti e comprende la somma del potenziale osmotico con il potenziale di pressione esercitato dalla parete cellulare.

Nelle piante, poiché la concentrazione di soluto intracellulare è solitamente superiore a quella dell'ambiente extracellulare, il potenziale osmotico è un numero negativo; mentre il potenziale di pressione è generalmente positivo.

Più basso è il potenziale osmotico, più negativo è il potenziale idrico. Se è considerata una cellula, allora si dice che l'acqua vi entrerà seguendo il suo potenziale gradiente.

Osmoregolazione negli animali

I vertebrati multicellulari e gli invertebrati utilizzano sistemi differenti per mantenere l'omeostasi interna, questa in stretta dipendenza dall'habitat che occupano; ovvero, i meccanismi adattativi sono diversi tra animali di acqua salata, d'acqua dolce e terrestri.

I diversi adattamenti dipendono spesso da organi specializzati per l'osmoregolazione. In natura, i più comuni sono noti come organi nefridi, che sono strutture escretorie specializzate che funzionano come un sistema di tubi che si aprono all'esterno attraverso pori chiamati nefridiopori.

I vermi piatti hanno strutture note come protonefridi, mentre anellidi e molluschi hanno metanefridi. Insetti e ragni hanno una versione di organi nefridi chiamati Tubuli di Malpighi.

Negli animali vertebrati si ottiene un sistema osmoregolatorio ed escretore, composto principalmente dai reni, ma a questo processo di conservazione dell'equilibrio idrico partecipano anche i sistemi nervoso ed endocrino, l'apparato digerente, i polmoni (o branchie) e la pelle.

- Animali acquatici

Gli invertebrati marini sono considerati organismi osmo-adattivi , poiché i loro corpi sono in equilibrio osmotico con l'acqua che li circonda. Acqua e sali entrano ed escono per diffusione quando cambiano le concentrazioni esterne.

Gli invertebrati che vivono negli estuari dove la concentrazione salina mostra fluttuazioni significative sono conosciuti come organismi osmoregolatori , poiché hanno meccanismi di regolazione più complessi dovuti al fatto che la concentrazione di sali al loro interno è diversa da quella dell'acqua in cui vivono.

I pesci d'acqua dolce hanno una concentrazione salina al loro interno molto superiore a quella dell'acqua che li circonda, quindi molta acqua entra al loro interno per osmosi, ma questa viene escreta sotto forma di urina diluita.

Inoltre, alcune specie di pesci hanno cellule branchiali per l'ingresso del sale.

I vertebrati marini, la cui concentrazione di sale è inferiore a quella del loro ambiente, ottengono l'acqua bevendola dal mare ed espellono il sale in eccesso nelle loro urine. Molti uccelli marini e rettili hanno "ghiandole saline" che usano per rilasciare il sale in eccesso che ottengono dopo aver bevuto acqua di mare.

La maggior parte dei mammiferi marini ingerisce acqua salata quando si nutrono, ma il loro interno di solito ha una concentrazione di sale inferiore. Il meccanismo utilizzato per mantenere l'omeostasi è la produzione di urina con un'alta concentrazione di sali e ammoniaca.

Differenza nell'osmoregolazione tra piante e animali

Lo stato ideale di una cellula vegetale differisce notevolmente da quello di una cellula animale, fatto che è correlato alla presenza della parete cellulare che impedisce l'eccessiva espansione della cellula dovuta all'ingresso di acqua.

Negli animali, lo spazio intracellulare è in equilibrio osmotico con i fluidi extracellulari e i processi di osmoregolazione sono responsabili del mantenimento di questo stato.

Le cellule vegetali, invece, necessitano di turgore, che ottengono mantenendo il fluido intracellulare più concentrato del suo ambiente, motivo per cui l'acqua tende a penetrarvi.

Esempi

Oltre a tutti i casi discussi sopra, un buon esempio di sistemi di osmoregolazione è quello riscontrato nel corpo umano:

Negli esseri umani, il mantenimento del volume e dell'osmolarità normali dei fluidi corporei comporta un equilibrio tra l'ingresso e l'uscita di acqua e soluti, cioè un equilibrio in cui l'input è uguale all'output.

Poiché il principale soluto extracellulare è il sodio, la regolazione del volume e dell'osmolarità del fluido extracellulare dipende quasi esclusivamente dagli equilibri tra acqua e sodio.

L'acqua entra nel corpo attraverso gli alimenti ei liquidi consumati (la cui regolazione dipende dai meccanismi della sete) e viene prodotta internamente a seguito dei processi di ossidazione del cibo (acqua metabolica).

L'uscita dell'acqua avviene per perdite insensibili, da sudore, feci e urina. Il volume di urina escreta è regolato dal livello plasmatico dell'ormone antidiuretico (ADH).

Il sodio entra nel corpo attraverso cibo e liquidi ingeriti. Si perde attraverso il sudore, le feci e l'urina. La sua perdita attraverso l'urina è uno dei meccanismi di regolazione del contenuto di sodio dell'organismo e dipende dalla funzione intrinseca del rene, regolata dall'ormone aldosterone.

Riferimenti

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Biologia cellulare essenziale. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Cushman, J. (2001). Osmoregolazione nelle piante: implicazioni per l'agricoltura. Amer. Zool. , 41, 758–769.
3. Morgan, JM (1984). Osmoregolazione e stress idrico nelle piante superiori. Ann. Rev. Plant Physiol. , 35, 299-319.
4. Nabors, M. (2004). Introduzione alla botanica (1a ed.). Pearson Education.
5. Solomon, E., Berg, L. e Martin, D. (1999). Biologia (5a ed.). Philadelphia, Pennsylvania: Saunders College Publishing.
6. West, J. (1998). Basi fisiologiche della pratica medica (12 ° ed.). Mexico DF: editoriale Médica Panamericana.