3.4. Ozmoreguláció

Az egysejtűek jelentős hányada hipozmotikus környezetben, édesvízben él, ezért a külső víztér és a citoplazma között egy állandó ozmotikus gradiens van. A sejtbe folyamatosan bejutó víz (ami részben a membránon át, részben a táplálékfelvétellel kerül a sejtbe) hamar szétpukkasztaná az egysejtűt. A túlzott víztartalomtól a lüktető űröcske-komplex (más néven kontraktilis vakuola-komplex, KVK) védi meg a szervezetet.

A kontraktilis vakuola-komplex legrégebben ismert feladata az ozmoreguláció. Az egysejtűek citoplazmája hipertonikus a környezettel szemben, édesvíz esetében a sejt ozmotikus nyomása 45–117 milli osmol/kg, míg az édesvízé < 7 milli osmol/kg. Ha a sejt környezetének ozmózisnyomása változik, akkor a lüktető űröcske-komplex működésének intenzitása is módosul. Ha további változás nincs, akkor az egysejtű úgy alkalmazkodik hosszabb távon a megváltozott ozmolaritású környezethez, hogy változik a vízfelvétele, megváltoztatja a sejtmembránnak a víz számára történő átjárhatóságát és a citoplazma ozmolaritását. A folyamat mindig úgy alakul, hogy a citoplazma hiperozmotikus maradjon a külvilággal szemben. Amint az alkalmazkodás folyamatát követően a citoplazma ismét hiperozmotikussá válik, a lüktető űröcske-komplex működni kezd. A folyadék kipumpálása mellett a rendszer különböző anyagokat juttat ki a sejtből, illetve a sejtfelszínre. Ez a feladat még kevéssé ismert. Annyit már tudni róla, hogy időnként nátrium és kalcium kiválasztása történik ilyen módon. A protiszta citoplazmára általánosan jellemző a viszonylag magas kálium- és alacsony nátrium-koncentráció. A központi vakuolában azonban még magasabb a kálium, valamint a klorid ionok koncentrációja, mint a citoplazmában. Egyelőre nem ismert, hogy van-e kapcsolat a fenti kationok aktív transzportja és a lüktető űröcske-komplex elektrolit-tartalmának alakulása között.

A lüktető űröcske-komplex egy másik feladata a sejt térfogatának gyors megváltoztatása. Hipertóniás közegben a KVK működése leáll és az egysejtű mérete csökken. Ha nem végzetes a változás, az egysejtű visszanyeri alakját és a KVK ismét működni kezd. A hipertóniás külső környezethez az egysejtű úgy alkalmazkodik, hogy egyes kismolekulák (aminosavak, bizonyos monoszacharidok) és kationok koncentrációját növeli a citoplazmában. Hipotóniás sokknál a sejt eleinte növekszik, majd visszatér az eredeti sejtalakhoz. Eközben az egysejtű összefoglalóan ozmolitnak nevezett anyagokat juttathat a környezetbe, amelyek közvetlen vizet vonnak ki a sejtből s ezáltal s sejt térfogatát csökkentik.

Az ozmotikus stressz olyan egysejtűeknél jelenti a legnagyobb kihívást, amelyek jellemzően változó elektrolitkoncentrációjú élőhelyeken fordulnak elő. A brakkvizek és kontinentális sósvizek protiszta lakói gyakran ki vannak téve ozmotikus sokknak. Az ilyen élőhelyeken előforduló eurihalin Dunaliella salina zöldalga az ozmotikus stresszvizsgálatok egyik modellszervezete lett (Ramos és mtsai 2011). Az eukarióta mikroalgák között egyedülálló módon glicerint és béta-karotint halmoz fel. Utóbbi a kloroplasztisz sztrómájában található lipidcseppekben van jelen. A sejt alakváltozását nem korlátozza merev sejtfal, ezért az ozmotikus sokk hatására látványosan duzzad vagy zsugorodik. Ozmoregulációja más módon történik mint az eddig bemutatott protisztáknál. A Dunaliella salina-ban nincsen lüktető űröcske, bár a sejt acidokalciszómát tartalmaz. Kezdetben a citoplazma fagyáspontját vizsgálva arra következtettek, hogy az alacsony fagyáspontérték minden bizonnyal a citoplazma magas nátriumklorid koncentrációjával magyarázható. Az elektrolitkoncentráció vizsgálata azonban nem igazolta ezt a feltevést. Később derült ki, hogy a szénhidrátanyagcsere számos enzimjét a nátriumklorid kifejezetten gátolja, így ennek jelentős mennyiségi növelése káros lenne az egysejtű számára. A Duneliella nem a sót, hanem a fotoszintézis során előállított glicerint használja az ozmotikus stressz kiküszöbölésére. A legtöbb eukarióta sejtmembránja a glicerin számára jól átjárható. A Dunaliella-ban viszont a megnövekvő külső sókoncentráció hatására intracellulárisan megemelkedik a glicerin mennyisége. A Dunaliella sejtmembránja nem ereszti át a glicerint (Oren 2005). Ennek hátterében a sejthártya szterol és foszfolipid molekuláinak megváltozó aránya állhat. Az ozmotikus sokk közvetlen hatására a membrán szterolok a citoplazma raktárakból bekerülő további szterolokkal együtt megnövelik a sejtmembrán lipdkettősrétegének a rendezettségét, miközben intracellulárisan fokozódik a sejt glicerin szintézise. Mindkét folyamat előnyös az egysejtű számára. A második lépésben a megnövekedett intracelluláris glicerinkoncentráció eredményeként egy új ozmotikus egyensúly áll be, de ebben a fázisban a szterolok aránya csökkenni kezd a sejthártyában. A membrán rendezettségét a továbbiakban más molekulák, különböző glicerinszármazékok fogják fenntartani (például DGST: diacilgliceriltrimetilhomoszerin), továbbá a foszfolipid oldalláncoknál megnő a telített zsírsavszármazékok aránya. A Dunaliella glicerinszintézisének emeléséhez szükséges egy a sejthártyában helyet foglaló Na-függő foszfáttranszporter (DvSPT1) jelenléte. Hiperozmotikus sokknál vagy foszfát-éhezéskor ennek a transzporternek a mennyisége nő. Foszfátéhezés hatására emelkedik a foszfátbevitel rátája és az extracelluláris foszfatáz aktivitás. A foszfát bevitele nátrium szimporttal történik. A Na+/foszfát szimporter mellett Na+/szulfát szimport is történik. Ez arra utal, hogy a Dunaliella a nátriumfelvétel során kialakuló elektrokémiai nátrium-gradienst használja fel a foszfát és szulfát felvételhez szükséges energia biztosítására. Ez a mechanizmus az állatoknál jellemző, ahol a nátrium ionok transzportja egyike a legalapvetőbb transzportfolyamatoknak, szemben a gombákkal és növényekkel, amelyeknél a protontranszport a jellemző. A foszfátkoncentráció emelése nem csak a foszfátraktárak feltöltéséhez kell, hanem ez teszi lehetővé a glicerin mennyiségének növelését, amely már közvetlenül védi az egysejtűt az ozmotikus sokk hatásaitól. (Li és mtsai 2006).