Osmorregulación - Osmoregulation

La osmorregulación es la regulación activa de la presión osmótica de los fluidos corporales de un organismo , detectada por los osmorreceptores , para mantener la homeostasis del contenido de agua del organismo ; es decir, mantiene el equilibrio hídrico y la concentración de electrolitos ( sales en solución que en este caso están representadas por fluidos corporales) para evitar que los fluidos corporales se diluyan o concentren demasiado. La presión osmótica es una medida de la tendencia del agua a pasar de una solución a otra por ósmosis . Cuanto mayor es la presión osmótica de una solución, más agua tiende a entrar en ella. Se debe ejercer presión sobre el lado hipertónico de una membrana selectivamente permeable para evitar la difusión de agua por ósmosis desde el lado que contiene agua pura.

Aunque puede haber variaciones horarias y diarias en el equilibrio osmótico, un animal generalmente se encuentra en un estado estable osmótico a largo plazo. Los organismos en ambientes acuáticos y terrestres deben mantener la concentración adecuada de solutos y la cantidad de agua en sus fluidos corporales; esto implica la excreción (eliminar los desechos nitrogenados metabólicos y otras sustancias, como las hormonas, que serían tóxicas si se acumularan en la sangre ) a través de órganos como la piel y los riñones .

Reguladores y conformadores

Movimiento de agua e iones en peces de agua dulce.
Movimiento de agua e iones en peces de agua salada.

Dos tipos principales de osmorregulación son los osmoconformadores y los osmorreguladores . Los osmoconformadores adaptan la osmolaridad de su cuerpo a su entorno de forma activa o pasiva. La mayoría de los invertebrados marinos son osmoconformadores, aunque su composición iónica puede ser diferente a la del agua de mar. En un animal estrictamente osmorregulador, las cantidades de sal y agua internas se mantienen relativamente constantes frente a los cambios ambientales. Requiere que la ingesta y la salida de agua y sales sean iguales durante un período de tiempo prolongado.

Los organismos que mantienen una osmolaridad interna diferente a la del medio en el que están inmersos se han denominado osmorreguladores. Regulan estrechamente la osmolaridad de su cuerpo , manteniendo constantes condiciones internas. Son más comunes en el reino animal. Los osmorreguladores controlan activamente las concentraciones de sal a pesar de las concentraciones de sal en el medio ambiente. Un ejemplo son los peces de agua dulce. Las branquias absorben activamente la sal del medio ambiente mediante el uso de células ricas en mitocondrias. El agua se difundirá en los peces, por lo que excreta una orina muy hipotónica (diluida) para expulsar todo el exceso de agua. Un pez marino tiene una concentración osmótica interna más baja que la del agua de mar circundante, por lo que tiende a perder agua y ganar sal. Excreta activamente la sal de las branquias . La mayoría de los peces son estenohalinos , lo que significa que están restringidos a agua salada o dulce y no pueden sobrevivir en agua con una concentración de sal diferente a la que están adaptados. Sin embargo, algunos peces muestran la capacidad de osmorregular eficazmente en una amplia gama de salinidades; los peces con esta capacidad se conocen como especies eurihalinas , por ejemplo, platija . Se ha observado que la platija habita dos ambientes dispares —marino y agua dulce— y es inherente adaptarse a ambos al traer modificaciones de comportamiento y fisiológicas.

Algunos peces marinos, como los tiburones, han adoptado un mecanismo diferente y eficiente para conservar el agua, es decir, la osmorregulación. Retienen urea en la sangre en concentraciones relativamente más altas. La urea daña los tejidos vivos, por lo que, para hacer frente a este problema, algunos peces retienen óxido de trimetilamina . Esto proporciona una mejor solución a la toxicidad de la urea. Los tiburones, que tienen una concentración de soluto ligeramente más alta (es decir, por encima de 1000 mOsm, que es la concentración de soluto del mar), no beben agua como los peces de agua dulce.

En plantas

Si bien no hay órganos osmorreguladores específicos en las plantas superiores , los estomas son importantes para regular la pérdida de agua a través de la evapotranspiración y, a nivel celular , la vacuola es crucial para regular la concentración de solutos en el citoplasma . Los vientos fuertes , la baja humedad y las altas temperaturas aumentan la evapotranspiración de las hojas. El ácido abscísico es una hormona importante que ayuda a las plantas a conservar el agua: hace que los estomas se cierren y estimula el crecimiento de las raíces para que se pueda absorber más agua.

Las plantas comparten con los animales los problemas de obtención de agua pero, a diferencia de los animales, la pérdida de agua en las plantas es crucial para crear una fuerza impulsora que mueva los nutrientes del suelo a los tejidos. Algunas plantas han desarrollado métodos de conservación del agua.

Las xerófitas son plantas que pueden sobrevivir en hábitats secos, como los desiertos, y pueden soportar períodos prolongados de escasez de agua. Las plantas suculentas como los cactus almacenan agua en las vacuolas de los grandes tejidos del parénquima . Otras plantas tienen modificaciones en las hojas para reducir la pérdida de agua, como hojas en forma de aguja, estomas hundidos y cutículas gruesas y cerosas como en el pino . La hierba marram de dunas de arena tiene hojas enrolladas con estomas en la superficie interior.

Los hidrófitos son plantas en hábitats acuáticos. En su mayoría crecen en el agua o en lugares mojados o húmedos. En estas plantas, la absorción de agua ocurre a través de toda la superficie de la planta, por ejemplo, el nenúfar .

Las halófitas son plantas que viven en zonas pantanosas (cercanas al mar). Deben absorber agua de un suelo de este tipo, que tiene una mayor concentración de sal y, por lo tanto, un menor potencial hídrico (mayor presión osmótica). Los halófitos hacen frente a esta situación activando sales en sus raíces. Como consecuencia, las células de las raíces desarrollan un potencial hídrico más bajo que aporta agua por ósmosis. El exceso de sal puede almacenarse en las células o excretarse de las glándulas salinas de las hojas. La sal así secretada por algunas especies les ayuda a atrapar los vapores de agua del aire, que es absorbido en líquido por las células de las hojas. Por lo tanto, esta es otra forma de obtener agua adicional del aire, por ejemplo, glasswort y cord-grass .

Los mesófitos son plantas que viven en tierras de zona templada, que crecen en suelo bien regado. Pueden compensar fácilmente el agua perdida por transpiración al absorber agua del suelo. Para evitar la transpiración excesiva, han desarrollado una cubierta externa impermeable llamada cutícula.

En animales

Humanos

Los riñones desempeñan un papel muy importante en la osmorregulación humana al regular la cantidad de agua reabsorbida del filtrado glomerular en los túbulos renales, que está controlada por hormonas como la hormona antidiurética (ADH), la aldosterona y la angiotensina II . Por ejemplo, los osmorreceptores en el hipotálamo detectan una disminución del potencial hídrico , lo que estimula la liberación de ADH de la glándula pituitaria para aumentar la permeabilidad de las paredes de los conductos colectores en los riñones. Por lo tanto, una gran proporción de agua se reabsorbe del líquido en los riñones para evitar que se excrete demasiada agua .

mamíferos marinos

Beber no es un comportamiento común en pinnípedos y cetáceos . El equilibrio hídrico se mantiene en los mamíferos marinos mediante el metabolismo y el agua de la dieta, mientras que la ingestión accidental y la sal de la dieta pueden ayudar a mantener la homeostasis de los electrolitos. Los riñones de los pinnípedos y cetáceos tienen una estructura lobulada , a diferencia de los de los no osos entre los mamíferos terrestres, pero esta adaptación específica no les confiere una mayor capacidad de concentración. A diferencia de la mayoría de los otros mamíferos acuáticos, los manatíes beben agua dulce con frecuencia y las nutrias marinas beben agua salada.

Teleósteos

En los peces teleósteos (avanzados con aletas radiadas), las branquias, los riñones y el tracto digestivo están involucrados en el mantenimiento del equilibrio de fluidos corporales, como los principales órganos osmorreguladores. Las branquias, en particular, se consideran el órgano principal mediante el cual se controla la concentración iónica en los teleósteos marinos.

Inusualmente, los bagres de la familia Plotosidae de cola de anguila tienen un órgano dendrítico secretor de sal extra-branquial. El órgano dendrítico es probablemente un producto de la evolución convergente con otros órganos secretores de sal de los vertebrados. El papel de este órgano fue descubierto por su alta actividad NKA y NKCC en respuesta al aumento de la salinidad. Sin embargo, el órgano dendrítico Plotosidae puede tener un uso limitado en condiciones de salinidad extrema, en comparación con la ionorregulación más típica basada en branquias.

En protistas

Protista Paramecium aurelia con vacuolas contráctiles.

Amoeba hace uso de vacuolas contráctiles para recolectar desechos excretores, como el amoníaco , del líquido intracelular por difusión y transporte activo . A medida que la acción osmótica empuja el agua del ambiente hacia el citoplasma, la vacuola se mueve hacia la superficie y bombea el contenido al ambiente.

En bacterias

Las bacterias responden al estrés osmótico acumulando rápidamente electrolitos o pequeños solutos orgánicos a través de transportadores cuyas actividades son estimuladas por aumentos en la osmolaridad. Las bacterias también pueden activar genes que codifican transportadores de osmolitos y enzimas que sintetizan osmoprotectores. El sistema de dos componentes EnvZ / OmpR , que regula la expresión de porinas , está bien caracterizado en el organismo modelo E. coli .

Sistemas excretores de vertebrados

Productos de desecho del metabolismo del nitrógeno

El amoníaco es un subproducto tóxico del metabolismo de las proteínas y generalmente se convierte en sustancias menos tóxicas después de producirse y luego excretarse; los mamíferos convierten el amoníaco en urea, mientras que las aves y los reptiles forman ácido úrico para ser excretado con otros desechos a través de sus cloacas .

Lograr la osmorregulación en vertebrados

Ocurren cuatro procesos:

  • Filtración: la porción líquida de la sangre (plasma) se filtra desde una estructura de nefrona (unidad funcional del riñón de vertebrado) conocida como glomérulo a la cápsula de Bowman o cápsula glomerular (en la corteza del riñón) y fluye por el túbulo contorneado proximal hasta una "u- giro "llamado el bucle de Henle (bucle de la nefrona) en la porción de la médula del riñón.
  • reabsorción: la mayor parte del filtrado glomerular viscoso se devuelve a los vasos sanguíneos que rodean los túbulos contorneados.
  • secreción: el líquido restante se convierte en orina , que viaja por los conductos colectores hasta la región medular del riñón.
  • excreción: la orina (en los mamíferos) se almacena en la vejiga urinaria y sale por la uretra ; en otros vertebrados, la orina se mezcla con otros desechos en la cloaca antes de salir del cuerpo (las ranas también tienen vejiga urinaria).

Ver también

Referencias

  • E. Solomon, L. Berg, D. Martin, Biología 6ª edición. Brooks / Cole Publishing. 2002