Hypertonický roztok definice
Hypertonický roztok obsahuje vyšší koncentraci rozpuštěných látek než jiný roztok. Opačný roztok s nižší koncentrací se nazývá hypotonický roztok. Vědci musí popsat obsah buněk ve srovnání s prostředím. Pokud je buňka umístěna do hypertonického roztoku, je považována za hypotonickou.
Přehled hypertonických roztoků
Je-li cytosol buňky hypertonickým roztokem, znamená to, že prostředí je hypotonické neboli slaběji koncentrované. To má velký význam, protože rozpuštěné látky a voda mají tendenci proudit nebo difundovat podél svých gradientů. Dva roztoky smíchané dohromady se nakonec stanou roztokem jediným. Pokud jsou roztoky odděleny propustnou membránou, která propouští pouze vodu, stanou se roztoky izotonickými, protože voda se pohybuje mezi oběma roztoky. Izotonické roztoky mají stejné koncentrace, i když mohou mít různé objemy.
Tento pohyb iontů a vody je pro buňky nesmírně důležitý. Buňky využívají iontové gradienty k řadě účelů. Například rostlinné buňky používají hypertonický roztok ve své centrální vakuole, který pomáhá vtahovat vodu do vakuoly. Tím se komůrka rozšiřuje a rostliny mohou v buňkách vytvářet turgorový tlak. Živočišné buňky, zejména nervové, spoléhají na hypertonický roztok a ionty v něm, aby vytvořily akční potenciál nebo nervový signál. Elektrická aktivita těchto buněk závisí na kladných a záporných nábojích iontů v hypertonickém roztoku.
Příklady hypertonického roztoku
Lidské ledviny
Pro regulaci množství vody v těle má lidský mozek speciální proteiny zvané osmoreceptory, které mohou měřit osmolaritu prostředí obklopujícího buňku. Pokud se prostředí stane vysoce hypertonickým roztokem, je to proto, že v krvi není dostatek vody na zředění rozpuštěných látek. Hypotalamus uvolňuje hormony a zároveň zvyšuje propustnost membrán v ledvinách. Ledviny resorbují vodu, která by byla vyloučena, a přidávají ji zpět do krevního oběhu. Krev se ve srovnání s buňkami stává izotoničtější a normální procesy mohou pokračovat.
Osmoregulace mořských želv
V porovnání se sladkou vodou je slaná voda hypertonický roztok. To znamená, že aby buňky mohly fungovat, musí obsahovat cytosol, který je hypertoničtějším roztokem než slaná voda. Například mořské želvy žijí v mnohem hypertoničtějším roztoku ve srovnání se sladkovodními želvami. Pokud umístíte sladkovodní želvu do mořské vody, hypertonická mořská voda želvu dehydratuje. Namísto toho, aby byla hydratována vodou, bude mořská voda s vysokým obsahem rozpuštěných látek vytahovat vodu z těla, aby vyrovnala rozdíl v osmolaritě.
Pro překonání této překážky si mořské želvy a další mořští živočichové vyvinuli jedinečné cesty k odstranění přebytečných solí. Soli se z trávicího traktu přesouvají do krevního oběhu. Když se dostanou do solné žlázy, jsou odstraněny. Vzniká tak vnitřní prostředí s vyšším obsahem rozpuštěných látek, které však neztrácí nadměrné množství vody do okolí.
Rostliny v hypertonickém roztoku
Rostliny obecně dávají přednost životu v hypotonickém prostředí. V hypotonickém prostředí voda snadno zaplavuje rostlinné buňky a ty mohou zůstat turgidní neboli tuhé díky tlakům, které na jejich buněčné stěny působí příliv vody. Rostliny tento vodní potenciál využívají k tomu, aby dodaly svému tělu strukturu a přesunuly vodu z kořenů do horní části rostliny. Mnoho rostlin se však přizpůsobilo životu v hypertonickém prostředí. Mořské bažiny, mangrovové mokřady a další brakické vody obsahují mnohem vyšší obsah soli než sladká voda. Půda se těmito solemi nasytí a vytvoří se v ní mnohem vyšší koncentrace rozpuštěných látek.
Většina rostlin by při přesazení do tohoto prostředí uschla, ale zvláštní skupina rostlin známá jako halofyty se vyvinula tak, aby tuto překážku překonala. Zvýšením osmolarity svých kořenů jsou rostliny schopny přejít z hypotonického prostředí uvnitř buňky ve srovnání s okolím na hypertonický roztok v cytosolu. Tím se sníží vodní potenciál kořenových buněk a voda se dostane do buněk. Buňky buď ukládají přebytečné soli v kořenech, nebo je transportují do listů, kde mohou být vyloučeny žlázami.
Buňka v hypertonickém roztoku
Plasmatická membrána, která obklopuje buňky, je zvláštní propustná membrána, která odděluje obsah buňky od prostředí. Plazmatická membrána je osazena speciálními membránovými transportními proteiny, které pomáhají přenášet rozpuštěné látky. Má také speciální bílkovinné kanálky zvané akvaporiny, které umožňují volný průtok vody přes membránu. K aktivnímu pohybu rozpuštěných látek do buňky a z buňky musí buňka využívat energii. Pokud je rozpuštěných látek příliš mnoho, stane se cytosol hypertonickým roztokem ve srovnání s okolním prostředím. Buňky bez buněčných stěn mohou za tohoto stavu prasknout.
Příliš málo rozpuštěných látek v prostředí se stane hypertonickým roztokem. V tomto případě dojde k opačnému jevu, protože voda se z buňky přesune ven. Voda se pohybuje proti koncentračnímu gradientu rozpuštěných látek a přechází z oblastí s nízkou koncentrací rozpuštěných látek do oblastí s vysokou koncentrací rozpuštěných látek. V jiném smyslu se voda pohybuje s gradientem koncentrace vody, z oblastí s vysokou koncentrací vody do oblastí s nízkou koncentrací vody.
Organismy, které regulují osmolaritu svých buněk, se nazývají osmoregulační. Typicky se buňky snaží udržovat svou cytoplazmu jako hypertonický roztok ve srovnání s okolím. To sice přináší určité strukturální problémy, ale umožňuje to vodě volně proudit buňkou a účastnit se mnoha nezbytných reakcí. Pokud by buňky byly hypotonické, ztratily by nakonec většinu vody do prostředí. Jiné organismy, osmokonformní, mají stejnou osmolaritu jako prostředí, i když přesné rozpuštěné látky se mohou lišit. Tím je zajištěno, že neztrácejí ani nezískávají velké množství vody.