Hypertonikus oldat definíció
A hipertonikus oldat egy másik oldathoz képest magasabb koncentrációban tartalmaz oldott anyagokat. Az ellentétes, alacsonyabb koncentrációjú oldatot hipotóniás oldatnak nevezzük. A tudósoknak le kell írniuk a sejtek tartalmát a környezethez képest. Ha egy sejtet hipertóniás oldatba helyeznek, a sejtet hipotóniásnak tekintik.
Hypertóniás oldat áttekintése
Ha a sejt citoszoljában hipertóniás oldat van, az azt jelenti, hogy a környezet hipotóniás, vagyis gyengébb koncentrációjú. Ennek azért van nagy jelentősége, mert az oldott anyagok és a víz hajlamosak a gradiensük mentén áramlani vagy diffundálni. Két oldat összekeveredve végül egyetlen oldattá válik. Ha az oldatokat olyan áteresztő membrán választja el, amely csak a vizet engedi át, az oldatok izotóniássá válnak, ahogy a víz a két oldat között mozog. Az izotóniás oldatok koncentrációja azonos, bár térfogatuk eltérő lehet.
Az ionok és a víz mozgása rendkívül fontos a sejtek számára. A sejtek számos célra használják az iongradienst. A növényi sejtek például hipertóniás oldatot használnak a központi vakuólumban, hogy segítsenek vizet vonzani a vakuólumba. Ez kitágítja a kamrát, és lehetővé teszi a növények számára, hogy turgornyomást hozzanak létre a sejtjeikben. Az állati sejtek, különösen az idegsejtek, a hipertóniás oldatra és a benne lévő ionokra támaszkodnak az akciós potenciál vagy idegjel létrehozásához. E sejtek elektromos aktivitása a hipertóniás oldatban lévő ionok pozitív és negatív töltésein alapul.
Hypertóniás oldat példák
Emberi vese
Az emberi agy a szervezetben lévő víz mennyiségének szabályozására speciális, osmoreceptoroknak nevezett fehérjékkel rendelkezik, amelyek képesek mérni a sejtet körülvevő környezet ozmolaritását. Ha a környezet erősen hipertóniás oldattá válik, az azért van, mert a vérben nincs elég víz az oldott anyagok hígításához. A hipotalamusz hormonokat szabadít fel, miközben növeli a membránok áteresztőképességét a vesében. A vese visszaszívja a vizet, amely kiválasztásra került volna, és visszaadja a véráramba. A vér izotóniásabbá válik a sejtekhez képest, és a normális folyamatok folytatódhatnak.
A tengeri teknősök ozmoregulációja
A sós víz az édesvízhez képest hipertóniás oldat. Ez azt jelenti, hogy a sejtek működéséhez olyan citoszolt kell tartalmazniuk, amely a sós víznél hipertonikusabb oldat. A tengeri teknősök például az édesvízi teknősökhöz képest sokkal hipertonikusabb oldatban élnek. Ha egy édesvízi teknőst tengervízbe teszünk, a hipertóniás tengervíz kiszárítja a teknőst. Ahelyett, hogy a víz hidratálná, az oldott sűrűségű tengervíz vizet von el a testéből, hogy kiegyenlítse az ozmolaritási különbséget.
Az akadály leküzdésére a tengeri teknősök és más tengeri állatok egyedi utakat fejlesztettek ki a felesleges sók eltávolítására. A sók az emésztőrendszerből a véráramba kerülnek. Amikor elérik a sómirigyet, eltávolítják őket. Ez olyan belső környezetet hoz létre, amelyben több az oldott anyag, de amely nem veszít felesleges mennyiségű vizet a környezetbe.
Növények hipertóniás oldatban
A növények általában hipotóniás környezetben szeretnek élni. Hipotóniás környezetben a víz könnyen elárasztja a növényi sejteket, és azok a beáramló víz által a sejtfalakra gyakorolt nyomás miatt turgidok, azaz merevek maradhatnak. A növények ezt a vízpotenciált arra használják, hogy testüknek struktúrát adjanak, és a vizet a gyökerekből a növény tetejére juttassák. Sok növény azonban alkalmazkodott ahhoz, hogy hipertóniás környezetben éljen. A tengerparti mocsarak, mangrove mocsarak és más brakkvizek sokkal magasabb sótartalmúak, mint az édesvíz. A talaj telítődik ezekkel a sókkal, így a talajban sokkal magasabb az oldott anyagok koncentrációja.
A legtöbb növény elsorvadna, ha átültetnék őket ebbe az élőhelybe, de a halofitáknak nevezett növények egy különleges csoportja úgy fejlődött ki, hogy leküzdje ezt az akadályt. A gyökereik ozmolaritásának növelésével a növények képesek a sejt belsejében a környezethez képest hipotóniás környezetről a citoszolban lévő hipertóniás oldatra váltani. Ez csökkenti a gyökérsejtek vízpotenciálját, és lehetővé teszi a víz bejutását a sejtekbe. A sejtek a felesleges sókat vagy a gyökerekben tárolják, vagy a sókat a levelekbe szállítják, ahol a mirigyeken keresztül kiválasztódnak.
Egy sejt hipertóniás oldatban
A sejteket körülvevő plazmamembrán egy speciális permeábilis membrán, amely elválasztja a sejt tartalmát a környezettől. A plazmamembránba speciális membrántranszportfehérjék vannak beágyazva, amelyek segítik az oldott anyagok átjutását. Emellett speciális fehérjecsatornákkal, úgynevezett aquaporinokkal is rendelkezik, amelyek lehetővé teszik a víz szabad áramlását a membránon keresztül. A sejtnek energiát kell felhasználnia ahhoz, hogy az oldott anyagokat aktívan mozgatni tudja a sejtbe és a sejtből. Ha túl sok az oldott anyag, a citoszol a környezethez képest hipertóniás oldattá válik. A sejtfal nélküli sejtek ebben az állapotban szétrepedhetnek.
Túl kevés oldott anyag a környezetben hipertóniás oldattá válik. Ebben az esetben az ellenkezője fog történni, mivel a víz kimozdul a sejtből. A víz az oldott anyagok koncentrációgradiensével szemben mozog, az alacsony oldottanyag-koncentrációjú területekről a magas oldottanyag-koncentrációjú területek felé halad. Más értelemben a víz a vízkoncentráció gradiensével mozog, a magas vízkoncentrációjú területekről az alacsony vízkoncentrációjú területek felé.
A sejtjeik ozmolaritását szabályozó szervezeteket ozmoregulátoroknak nevezzük. Jellemzően a sejtek igyekeznek citoplazmájukat a környezethez képest hipertóniás oldatként fenntartani. Ez ugyan bizonyos szerkezeti problémákat vet fel, de lehetővé teszi, hogy a víz szabadon áramolhasson a sejtben, és részt vehessen számos szükséges reakcióban. Ha a sejtek hipotóniásak lennének, végül a víz nagy részét elveszítenék a környezet felé. Más organizmusok, az ozmokonformerek, ugyanolyan ozmolaritással rendelkeznek, mint a környezet, bár a pontos oldott anyagok eltérőek lehetnek. Ez biztosítja, hogy nem veszítenek és nem is nyernek sok vizet.