Osmorregulación: qué es, en plantas, en animales, ejemplos
La osmorregulación es un proceso que se encarga de mantener la homeostasis de los líquidos en un organismo mediante la regulación activa de su presión osmótica interna. Tiene como finalidad mantener los volúmenes y las concentraciones osmolares adecuados de los distintos compartimientos biológicos, lo cual es esencial para el correcto funcionamiento de los organismos.
El agua biológica se puede considerar distribuida en compartimientos que incluyen el interior celular (compartimiento intracelular) y en el caso de los organismos pluricelulares el líquido que rodea a las células (compartimiento extracelular o intersticial).
Existe además, en los organismos más complejos, un compartimiento intravascular que pone en contacto el líquido intra y extracelular con el ambiente externo. Esos tres compartimientos están separados por membranas biológicas de permeabilidad selectiva que permiten el paso libre del agua y restringen en mayor o menor medida el paso de las partículas que se encuentran en solución en ese líquido.
Tanto el agua como algunas partículas pequeñas se pueden mover libremente a través de poros en la membrana, por difusión y siguiendo sus gradientes de concentración. Otras, más grandes o con carga eléctrica, solo pueden pasar de un lado a otro utilizando otras moléculas que les sirven de medios de transporte.
Los procesos osmóticos tienen que ver con el movimiento del agua de un lugar a otro siguiendo su gradiente de concentración. Es decir, se mueve desde el compartimiento en el cual ella esté más concentrada hacia aquel donde su concentración sea menor.
El agua está más concentrada en el sitio donde la concentración osmolar (concentración de partículas osmóticamente activas) es menor y viceversa. Entonces se dice que el agua se mueve desde un sitio de baja concentración osmolar hasta otro con concentración osmolar mayor.
Los seres vivos han desarrollado complejos mecanismos para controlar el equilibrio osmótico en su interior y regular los procesos de entrada y salida de agua regulando la entrada y/o salida de solutos, y es a esto a lo que se refiere la osmorregulación.
Índice del artículo
- 1 ¿En qué consiste la osmorregulación?
- 2 Osmorregulación en plantas
- 3 Osmorregulación en animales
- 4 Diferencia en la osmorregulación entre plantas y animales
- 5 Ejemplos
- 6 Referencias
El objetivo fundamental de la regulación osmótica consiste en ajustar la entrada y la salida de agua y de solutos para que tanto el volumen como la composición de los compartimientos líquidos se mantenga constante.
En este sentido, se pueden considerar dos aspectos, uno el intercambio entre el organismo y el ambiente y otro el intercambio entre los distintos compartimientos del cuerpo.
El ingreso y la salida de agua y de solutos se da por distintos mecanismos:
-En el caso de los animales vertebrados superiores, por ejemplo, el ingreso está regulado por la ingesta de agua y de solutos, cuestión que a su vez depende de la actividad de los sistemas nervioso y endocrino, que también intervienen en la regulación de la excreción renal de estas sustancias.
-En el caso de las plantas vasculares, la absorción de agua y solutos ocurre gracias a los procesos de evapotranspiración que tienen lugar en las hojas. Estos procesos “halan” la columna de agua e impulsan su movimiento ascendente por la planta desde las raíces, lo que tiene que ver con el potencial hídrico.
El intercambio y el equilibrio entre los distintos compartimientos del organismo se da por acumulación de solutos en uno u otro compartimiento mediante su transporte activo. Por ejemplo, el incremento de solutos en el interior de las células determina el movimiento de agua hacia su interior y el incremento de su volumen.
El equilibrio, en ese caso, consiste en mantener una concentración osmolar intracelular que sea la adecuada para mantener un volumen celular constante y ello se logra gracias a la participación de proteínas con diferentes actividades de transporte, entre las que destacan las bombas ATPasas y otros transportadores.
Las plantas necesitan agua para vivir en la misma medida que los animales y otros organismos unicelulares. En ellas, como en todo ser vivo, el agua es indispensable para llevar a cabo todas las reacciones metabólicas relacionadas con el crecimiento y el desarrollo, que tienen que ver con el mantenimiento de la forma y el turgor de sus células.
Durante su vida están expuestas a condiciones hídricas variables que dependen del medio que las rodea, concretamente de la humedad atmosférica y de los niveles de radiación solar.
En los organismos vegetales la osmorregulación cumple la función de mantener el potencial de turgor a través de la acumulación o disminución de solutos en respuesta al estrés hídrico, lo que les permite seguir creciendo.
El agua que se encuentra entre los pelos radicales y la endodermis fluye entre las células de la raíz por un compartimiento extracelular conocido como el apoplasto (transporte apoplástico) o a través de las conexiones citoplasmáticas (transporte simplástico), hasta que se filtra junto con iones y minerales al interior de las células de la endodermis y luego se traslada hacia los haces vasculares.
A medida que el agua y los nutrientes minerales son transportados desde el suelo por la raíz hacia los órganos aéreos, las células de los diferentes tejidos del cuerpo “toman” los volúmenes de agua y las cantidades de solutos necesarios para el cumplimiento de sus funciones.
En los vegetales, al igual que en muchos organismos superiores, los procesos de ingreso y expulsión de agua están regulados por sustancias reguladoras del crecimiento (fitohormonas) que modulan las respuestas a diferentes condiciones ambientales y otros factores intrínsecos.
Dado que la concentración intracelular de solutos en las células vegetales es mayor que la de su entorno, el agua tiende a difundir por ósmosis hacia el interior hasta que el potencial de presión ejercido por la pared celular lo permita y ello es lo que hace que las células se conserven firmes o turgentes.
El potencial hídrico es uno de los factores involucrados en el intercambio hídrico tanto de las plantas con su ambiente como de las células de sus tejidos entre sí.
Tiene que ver con la medida de la dirección del flujo de agua entre dos compartimientos y comprende la sumatoria del potencial osmótico con el potencial de presión ejercido por la pared celular.
En las plantas, ya que la concentración de solutos intracelular es usualmente mayor que la del entorno extracelular, el potencial osmótico es un número negativo; mientras que el potencial de presión suele ser positivo.
Mientras menor es el potencial osmótico, más negativo el potencial hídrico. Si se considera una célula, entonces se dice que el agua ingresará a esta siguiendo su gradiente de potencial.
Vertebrados e invertebrados pluricelulares emplean diferentes sistemas para mantener la homeostasis interna, esto en estricta dependencia con el hábitat que ocupan; es decir, los mecanismos adaptativos son diferentes entre los animales de agua salada, de agua dulce y los animales terrestres.
Las diferentes adaptaciones dependen muchas veces de órganos especializados en la osmorregulación. En la naturaleza, los más comunes se conocen como órganos nefridiales, que son estructuras excretoras especializadas que funcionan como un sistema de tubos que se abren al exterior a través de poros que se denominan nefridioporos.
Los gusanos planos poseen unas estructuras de este tipo conocidas como protonefridios, mientras que los anélidos y los moluscos tienen metanefridios. Los insectos y las arañas tienen una versión de órganos nefridiales denominados Túbulos de Malpighi.
En los animales vertebrados se consigue un sistema osmorregulador y excretor compuesto principalmente por los riñones, pero en este proceso de conservación del equilibrio hídrico participan también los sistemas nervioso y endocrino, el aparato digestivo, los pulmones (o las branquias) y la piel.
Los invertebrados marinos son considerados organismos osmo-adaptables, ya que sus cuerpos están en equilibrio osmótico con el agua que los rodea. El agua y las sales entran y salen por difusión cuando las concentraciones externas se modifican.
Los invertebrados que habitan en estuarios donde la concentración salina presenta fluctuaciones significativas se conocen como organismos osmorreguladores, ya que poseen mecanismos más complejos de regulación debido a que la concentración de sales en su interior es diferente a la del agua donde habitan.
Los peces de agua dulce poseen una concentración salina en su interior que es mucho mayor a la del agua que les rodea, por lo que mucha agua ingresa en su interior por ósmosis, pero esta es excretada en forma de orina diluida.
Además, algunas especies de peces poseen células branquiales para el ingreso de la sal.
Los vertebrados marinos, cuya concentración de sales es menor a la de su entorno, obtienen agua al beberla del mar y expulsan el exceso de sal en la orina. Muchas aves y reptiles marinos poseen “glándulas de sal” que emplean para liberar el exceso de sal que obtienen tras beber agua de mar.
Gran parte de los mamíferos marinos ingieren agua salada cuando se alimentan, pero su interior usualmente tiene una menor concentración de sal. El mecanismo que emplean para mantener la homeostasis es la producción de orina con una alta concentración de sales y de amonio.
El estado ideal de una célula vegetal difiere considerablemente del de una célula animal, hecho que se relaciona con la presencia de la pared celular que impide la expansión desmedida de la célula por ingreso de agua.
En los animales, el espacio intracelular se encuentra en equilibrio osmótico con los líquidos extracelulares y los procesos de osmorregulación se encargan de mantener este estado.
Las células vegetales, por el contrario, requieren turgencia, lo que consiguen manteniendo el líquido intracelular más concentrado que su entorno, por lo que el agua tiende a entrar a estas.
Además de todos los casos expuestos anteriormente, un buen ejemplo de sistemas de osmorregulación es el que se encuentra en el cuerpo humano:
En los seres humanos, el mantenimiento del volumen y la osmolaridad normales de los líquidos corporales implica un equilibrio entre la entrada y la salida del agua y los solutos, es decir, un equilibrio donde la entrada es igual que la salida.
Ya que el principal soluto extracelular es el sodio, la regulación del volumen y la osmolaridad del líquido extracelular depende casi exclusivamente de los equilibrios entre el agua y el sodio.
El agua ingresa al cuerpo a través de los alimentos y los líquidos consumidos (cuya regulación depende de los mecanismos de la sed) y se produce internamente como resultado de los procesos de oxidación de los alimentos (agua metabólica).
La salida del agua se da por pérdidas insensibles, por el sudor, las heces fecales y la orina. El volumen de orina excretada está regulado por el nivel plasmático de la hormona antidiurética (ADH).
El sodio ingresa al organismo a través de los alimentos y los líquidos ingeridos. Se pierde por sudor, heces y orina. Su pérdida a través de la orina es uno de los mecanismos de regulación del contenido corporal de sodio y depende de la función intrínseca del riñón, regulada por la hormona aldosterona.
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