Hypertonisk lösning Definition
En hypertonisk lösning innehåller en högre koncentration av lösningsmedel jämfört med en annan lösning. Den motsatta lösningen med en lägre koncentration kallas hypoton lösning. Forskare måste beskriva cellinnehållet jämfört med miljön. Om en cell placeras i en hyperton lösning anses cellen vara hypoton.
Hyperton lösning Översikt
Om cellens cytosol är en hyperton lösning betyder det att miljön är hypoton, eller mer svagt koncentrerad. Detta är av stor betydelse eftersom lösningsmedel och vatten tenderar att strömma eller diffundera längs sina gradienter. Två lösningar som blandas ihop blir så småningom en enda lösning. Om lösningarna skiljs åt av ett genomsläppligt membran som endast släpper igenom vatten kommer lösningarna att bli isotoniska när vattnet rör sig mellan de två lösningarna. Isotona lösningar har samma koncentrationer, även om de kan ha olika volymer.
Denna rörelse av joner och vatten är oerhört viktig för cellerna. Celler använder jongradienter för ett antal syften. Till exempel använder växtceller en hypertonisk lösning i sin centrala vakuole för att hjälpa till att dra in vatten i vakuolen. Detta utvidgar kammaren och gör det möjligt för växterna att skapa turgatryck i sina celler. Djurceller, särskilt nervceller, förlitar sig på en hypertonisk lösning och jonerna i den för att skapa en aktionspotential eller en nervsignal. Den elektriska aktiviteten hos dessa celler är beroende av de positiva och negativa laddningarna hos jonerna i den hypertoniska lösningen.
Exempel på hypertonisk lösning
Humana njurar
För att reglera vattenmängden i kroppen har den mänskliga hjärnan speciella proteiner som kallas osmoreceptorer, som kan mäta osmolariteten i miljön runt cellen. Om miljön blir en starkt hypertonisk lösning beror det på att det inte finns tillräckligt med vatten i blodet för att späda ut lösningsämnena. Hypotalamus frisätter hormoner samtidigt som membranens permeabilitet i njurarna ökar. Njurarna tar upp det vatten som skulle ha utsöndrats och tillför det tillbaka till blodomloppet. Blodet blir mer isotoniskt jämfört med cellerna och de normala processerna kan fortsätta.
Sjösköldpaddans osmoregulering
Vid jämförelse med sötvatten är saltvatten en hypertonisk lösning. Detta innebär att för att cellerna ska fungera måste de innehålla en cytosol som är en mer hypertonisk lösning än saltvatten. Havssköldpaddor lever till exempel i en mycket mer hypertonisk lösning jämfört med sötvattensköldpaddor. Om du sätter en sötvattenssköldpadda i havsvatten kommer det hypertoniska havsvattnet att dehydrera sköldpaddan. Istället för att hydreras av vattnet kommer det lösningstäta havsvattnet att dra åt sig vatten från kroppen för att balansera skillnaden i osmolaritet.
För att övervinna detta hinder har havssköldpaddor och andra havsdjur utvecklat unika vägar för att avlägsna överskott av salter. Salterna rör sig från matsmältningskanalen till blodomloppet. När de når saltkörteln avlägsnas de. Detta skapar en inre miljö som är högre i lösningsmedel, men som inte förlorar överdrivna mängder vatten till omgivningen.
Plantor i hypertonisk lösning
Generellt sett föredrar växter att leva i hypotona miljöer. I en hypotonisk miljö översvämmas växtcellerna lätt av vatten och de kan förbli turgida, eller stela, på grund av det tryck som utövas på cellväggarna av inflödet av vatten. Växterna använder denna vattenpotential för att ge sina kroppar struktur och flytta vatten från rötterna till toppen av växten. Många växter har dock anpassat sig till att leva i hypertoniska miljöer. Sumpmarker vid havet, mangroveträsk och andra brackvatten innehåller en mycket högre salthalt än sötvatten. Jorden blir mättad med dessa salter, vilket skapar en mycket högre koncentration av lösta ämnen i jorden.
De flesta växter skulle skrumpna ihop om de transplanterades till denna livsmiljö, men en särskild grupp växter som kallas halofyter har utvecklats för att övervinna detta hinder. Genom att öka osmolariteten i sina rötter kan växterna ändra från en hypotonisk miljö inuti cellen jämfört med miljön, till en hypertonisk lösning i cytosolen. Detta sänker rotcellernas vattenpotential och gör att vatten kan tränga in i cellerna. Cellerna lagrar antingen de överflödiga salterna i rötterna eller transporterar salterna till bladen, där de kan utsöndras via körtlar.
En cell i hypertonisk lösning
Plasmamembranet som omger cellerna är ett särskilt genomsläppligt membran som skiljer cellens innehåll från omgivningen. Plasmamembranet är inbäddat med speciella membrantransportproteiner som hjälper till att transportera lösningsmedel över. Det har också speciella proteinkanaler som kallas akvaporiner som gör att vatten kan flöda fritt genom membranet. Cellen måste använda energi för att aktivt flytta lösningsmedel in i och ut ur cellen. Om det finns för många lösningsmedel blir cytosolen en hypertonisk lösning jämfört med omgivningen. Celler utan cellväggar kan brista i detta tillstånd.
För få lösta ämnen i miljön blir den hypertoniska lösningen. I det här fallet kommer det motsatta att hända, eftersom vatten rör sig ut ur cellen. Vatten rör sig mot koncentrationsgradienten av lösta ämnen och rör sig från områden med låg koncentration av lösta ämnen till områden med hög koncentration av lösta ämnen. I en annan mening rör sig vatten med vattenkoncentrationsgradienten, från områden med hög vattenkoncentration till områden med låg vattenkoncentration.
Organismer som reglerar osmolariteten i sina celler kallas osmoregulatorer. Typiskt sett försöker cellerna upprätthålla sin cytoplasma som en hypertonisk lösning jämfört med omgivningen. Detta medför visserligen vissa strukturella problem, men det gör att vatten kan flöda fritt genom cellen och delta i många av de nödvändiga reaktionerna. Om cellerna var hypotona skulle de så småningom förlora det mesta av sitt vatten till omgivningen. Andra organismer, osmokonformare, har samma osmolaritet som omgivningen, även om de exakta lösningsämnena kan vara annorlunda. Detta säkerställer att de varken förlorar eller vinner mycket vatten.