Hypertonisk opløsning Definition
En hypertonisk opløsning indeholder en højere koncentration af opløste stoffer end en anden opløsning. Den modsatte opløsning med en lavere koncentration er kendt som den hypotone opløsning. Forskere skal beskrive cellens indhold i forhold til omgivelserne. Hvis en celle placeres i en hyperton opløsning, betragtes cellen som hypoton.
Oversigt over hyperton opløsning
Hvis cellens cytosol er en hyperton opløsning, betyder det, at omgivelserne er hypotone eller mere svagt koncentrerede. Dette er af stor betydning, fordi opløsningsstoffer og vand har en tendens til at strømme eller diffundere langs deres gradienter. To opløsninger, der blandes sammen, vil i sidste ende blive til en enkelt opløsning. Hvis opløsningerne er adskilt af en permeabel membran, som kun lader vand passere, vil opløsningerne blive isotoniske, når vandet bevæger sig mellem de to opløsninger. Isotone opløsninger har samme koncentrationer, selv om de kan have forskellige volumener.
Denne bevægelse af ioner og vand er yderst vigtig for cellerne. Celler bruger iongradienter til en række formål. For eksempel bruger planteceller en hypertonisk opløsning i deres centrale vacuole til at hjælpe med at trække vand ind i vacuolen. Dette udvider kammeret og giver planterne mulighed for at skabe et turgortryk i deres celler. Dyreceller, især nerveceller, er afhængige af en hypertonisk opløsning og ionerne i den for at skabe et aktionspotentiale eller nervesignal. Den elektriske aktivitet i disse celler er afhængig af de positive og negative ladninger af ionerne i den hypertone opløsning.
Hypertonisk opløsning Eksempler
Menneskelige nyre
For at regulere mængden af vand i kroppen har den menneskelige hjerne særlige proteiner kaldet osmoreceptorer, som kan måle osmolariteten i det miljø, der omgiver cellen. Hvis miljøet bliver en meget hypertonisk opløsning, er det fordi der ikke er nok vand i blodet til at fortynde de opløste stoffer. Hypothalamus frigiver hormoner og øger samtidig permeabiliteten af membranerne i nyrerne. Nyrerne optager det vand, der ellers ville være blevet udskilt, og tilfører det tilbage til blodbanen. Blodet bliver mere isotonisk i forhold til cellerne, og de normale processer kan fortsætte.
Søskildpadders osmoregulering
I forhold til ferskvand er saltvand en hypertonisk opløsning. Det betyder, at for at cellerne kan fungere, skal de indeholde en cytosol, der er en mere hypertonisk opløsning end saltvand. Havskildpadder lever f.eks. i en meget mere hypertonisk opløsning sammenlignet med ferskvandsskildpadder. Hvis man sætter en ferskvandsskildpadde i havvand, vil det hypertoniske havvand dehydrere skildpadden. I stedet for at blive hydreret af vandet vil det opløst tætte havvand trække vand fra kroppen for at udligne forskellen i osmolaritet.
For at overvinde denne forhindring har havskildpadder og andre havdyr udviklet unikke veje til at fjerne overskydende salte. Saltene bevæger sig fra fordøjelseskanalen ind i blodbanen. Når de når saltkirtlen, bliver de fjernet. Dette skaber et indre miljø, der har et højere indhold af opløste stoffer, men som ikke mister overskydende mængder vand til omgivelserne.
Planter i hypertonisk opløsning
Generelt set foretrækker planter at leve i hypotone miljøer. I et hypotonisk miljø oversvømmes plantecellerne let af vand, og de kan forblive svulmende eller stive på grund af det tryk, der udøves på deres cellevægge af tilstrømningen af vand. Planterne bruger dette vandpotentiale til at give deres kroppe struktur og flytte vand fra rødderne til toppen af planten. Mange planter har imidlertid tilpasset sig til at leve i hypertoniske miljøer. Sumpområder ved havet, mangrovesumpområder og andre brakvandsområder indeholder et meget højere saltindhold end ferskvand. Jorden bliver mættet med disse salte, hvilket skaber en meget højere koncentration af opløste stoffer i jorden.
De fleste planter ville skrumpe ind, hvis de blev omplantet til dette levested, men en særlig gruppe af planter, der kaldes halofytter, har udviklet sig til at overvinde denne hindring. Ved at øge osmolariteten i deres rødder er planterne i stand til at skifte fra et hypotont miljø inde i cellen sammenlignet med omgivelserne til en hypertonisk opløsning i cytosolen. Dette sænker rodcellernes vandpotentiale og gør det muligt for vand at trænge ind i cellerne. Cellerne lagrer enten de overskydende salte i rødderne eller transporterer saltene til bladene, hvor de kan udskilles ud af kirtler.
En celle i hypertonisk opløsning
Plasmamembranen, der omgiver cellerne, er en særlig permeabel membran, der adskiller cellens indhold fra omgivelserne. Plasmamembranen er indlejret med særlige membrantransportproteiner, der hjælper med at transportere opløste stoffer over. Den har også særlige proteinkanaler kaldet aquaporiner, som tillader vand at strømme frit gennem membranen. Cellen skal bruge energi til aktivt at flytte opløste stoffer ind og ud af cellen. Hvis der er for mange opløsningsstoffer, vil cytosolen blive en hypertonisk opløsning i forhold til omgivelserne. Celler uden cellevægge kan sprænge i denne tilstand.
For få opløsningsstoffer i omgivelserne vil blive den hypertoniske opløsning. I dette tilfælde vil det modsatte ske, idet vand bevæger sig ud af cellen. Vand bevæger sig mod koncentrationsgradienten af opløste stoffer, idet det bevæger sig fra områder med lav koncentration af opløste stoffer til områder med høj koncentration af opløste stoffer. I en anden forstand bevæger vandet sig med vandkoncentrationsgradienten, fra områder med høj vandkoncentration til områder med lav vandkoncentration.
Organismer, der regulerer osmolariteten i deres celler, kaldes osmoregulatorer. Typisk forsøger cellerne at opretholde deres cytoplasma som en hypertonisk opløsning i forhold til omgivelserne. Selv om dette giver visse strukturelle problemer, giver det vandet mulighed for at strømme frit gennem cellen og deltage i mange af de nødvendige reaktioner. Hvis cellerne var hypotone, ville de i sidste ende miste det meste af deres vand til omgivelserne. Andre organismer, osmokonformere, har samme osmolaritet som omgivelserne, selv om de nøjagtige opløste stoffer kan være forskellige. Dette sikrer, at de hverken mister eller får meget vand.