Wtórny aktywny transport substancji przez błonę. Potencjał spoczynkowy na błonie, jej pochodzenie. Pasywny i aktywny transport substancji przez błonę. Wideo: Transport substancji w organizmie

12345Następny

Streszczenie wykładu nr 3.

Temat. Subkomórkowe i komórkowe poziomy organizacji życia.

Budowa błon biologicznych.

Podstawą błony biologicznej wszystkich żywych organizmów jest podwójna struktura fosfolipidowa. Fosfolipidy błon komórkowych to trójglicerydy, w których jeden z kwasów tłuszczowych jest zastąpiony kwasem fosforowym. Hydrofilowe „głowy” i hydrofobowe „ogony” cząsteczek fosfolipidów są zorientowane tak, że pojawiają się dwa rzędy cząsteczek, których główki zakrywają „ogony” przed wodą.

W taką strukturę fosfolipidów są zintegrowane białka o różnych rozmiarach i kształtach.

O indywidualnych właściwościach i cechach błony decydują głównie białka. Różny skład białka determinuje różnicę w strukturze i funkcjach organelli dowolnego gatunku zwierząt. Wpływ składu lipidów błonowych na ich właściwości jest znacznie mniejszy.

Transport substancji przez błony biologiczne.

Transport substancji przez błonę dzieli się na pasywny (bez kosztów energii wzdłuż gradientu stężenia) i aktywny (z kosztami energii).

Transport pasywny: dyfuzja, dyfuzja ułatwiona, osmoza.

Dyfuzja to ruch cząstek rozpuszczonych w medium ze strefy wysokiego stężenia do strefy niskiego stężenia (rozpuszczanie cukru w ​​wodzie).

Ułatwiona dyfuzja to dyfuzja za pomocą białka kanałowego (wejście glukozy do erytrocytów).

Osmoza to ruch cząsteczek rozpuszczalnika z obszaru o niższym stężeniu substancji rozpuszczonej do obszaru o wysokim stężeniu (erytrocyt pęcznieje i pęka w wodzie destylowanej).

Transport aktywny dzieli się na transport związany ze zmianą kształtu błony oraz transport przez białka-enzymy-pompy.

Z kolei transport związany ze zmianą kształtu błon dzieli się na trzy typy.

Fagocytoza to wychwytywanie gęstego podłoża (leukocyt-makrofag wychwytuje bakterię).

Pinocytoza to wychwytywanie płynów (odżywianie komórek zarodka w pierwszych stadiach rozwoju wewnątrzmacicznego).

Transport przez białka-enzymy-pompy to przemieszczanie się substancji przez błonę za pomocą białek nośnikowych zintegrowanych z błoną (transport jonów sodu i potasu odpowiednio „z” i „do” komórki).

Według kierunku transport dzieli się na egzocytoza(poza celą) i endocytoza(w celi).

Klasyfikacja części składowych komórki prowadzone według różnych kryteriów.

W zależności od obecności błon biologicznych organelle dzielą się na dwubłonowe, jednobłonowe i bezbłonowe.

Zgodnie z ich funkcjami organelle można podzielić na niespecyficzne (uniwersalne) i specyficzne (specjalistyczne).

Według wartości w przypadku uszkodzenia żywotnych i możliwych do odzyskania.

Poprzez przynależność do różnych grup istot żywych w rośliny i zwierzęta.

Organelle błonowe (jedno- i dwubłonowe) mają podobną budowę chemiczną.

organelle z podwójną błoną.

Jądro. Jeśli komórki organizmu mają jądro, nazywa się je eukariotami. Otoczka jądrowa ma dwie blisko siebie rozmieszczone membrany. Pomiędzy nimi jest przestrzeń okołojądrowa. W otoczce jądrowej są dziury - pory. Jąderka to części jądra odpowiedzialne za syntezę RNA. W jądrach niektórych komórek kobiet zwykle wydzielane jest ciało 1 Barra - nieaktywny chromosom X. Kiedy jądro się dzieli, wszystkie chromosomy stają się widoczne. Poza podziałem chromosomy zwykle nie są widoczne. Sok jądrowy to karioplazma. Jądro zapewnia przechowywanie i funkcjonowanie informacji genetycznej.

Mitochondria. Wewnętrzna membrana ma cristae, które zwiększają wewnętrzną powierzchnię dla tlenowych enzymów utleniających. Mitochondria mają własne DNA, RNA, rybosomy. Główną funkcją jest zakończenie utleniania i fosforylacji ADP

ADP+P=ATP.

Plastydy (chloroplasty, chromoplasty, leukoplasty). Plastydy mają swoje kwasy nukleinowe i rybosomy. W zrębie chloroplastów znajdują się membrany w kształcie dysku zebrane w stosy, w których znajduje się chlorofil odpowiedzialny za fotosyntezę.

Chromoplasty posiadają pigmenty, które określają żółty, czerwony, pomarańczowy kolor liści, kwiatów i owoców.

Leucoplasty przechowują składniki odżywcze.

Organelle jednobłonowe.

Zewnętrzna błona cytoplazmatyczna oddziela komórkę od środowiska zewnętrznego. W błonie znajdują się białka pełniące różne funkcje. Istnieją białka receptorowe, białka enzymatyczne, białka pompujące i białka kanałowe. Membrana zewnętrzna posiada selektywną przepuszczalność, umożliwiającą transport substancji przez membranę.

W niektórych błonach izolowane są elementy kompleksu nadbłonowego - ściana komórkowa u roślin, glikokaliks i mikrokosmki komórek nabłonka jelitowego u ludzi.

Istnieje aparat do kontaktu z sąsiednimi komórkami (na przykład desmosomami) oraz kompleks subbłonowy (struktury włókniste), który zapewnia stabilność i kształt błony.

Retikulum endoplazmatyczne (ER) to system błon, które tworzą zbiorniki i kanały łączące wewnątrz komórki.

Są ziarniste (szorstkie) i gładkie EPS.

Ziarnista retikulum endoplazmatyczne zawiera rybosomy, w których zachodzi synteza białek.

Na gładkim ER syntetyzuje się lipidy i węglowodany, utlenia się glukoza (etap beztlenowy) oraz neutralizuje substancje endogenne i egzogenne (ksenobiotyk-obce, w tym lecznicze). Do neutralizacji na gładkim ER istnieją białka enzymatyczne, które katalizują 4 główne typy reakcji chemicznych: utlenianie, redukcję, hydrolizę, syntezę (metylację, acetylację, siarczanowanie, glukuronidację). We współpracy z aparatem Golgiego ER bierze udział w tworzeniu lizosomów, wakuoli i innych organelli jednobłonowych.

Aparat Golgiego (kompleks lamelarny) to zwarty system płaskich cystern membranowych, dysków, pęcherzyków, który jest ściśle związany z EPS. Kompleks płytkowy bierze udział w tworzeniu błon (na przykład lizosomów i ziarnistości wydzielniczych), które oddzielają enzymy hydrolityczne i inne substancje od zawartości komórki.

Lizosomy to pęcherzyki zawierające enzymy hydrolityczne. Lizosomy są aktywnie zaangażowane w trawienie wewnątrzkomórkowe, w fagocytozie. Trawią przedmioty uchwycone przez komórkę, łącząc się z pęcherzykami pinocytowymi i fagocytarnymi. Potrafią strawić własne, zużyte organelle. Lizosomy fagowe zapewniają ochronę immunologiczną. Lizosomy są niebezpieczne, ponieważ gdy ich błona zostanie zniszczona, może nastąpić autoliza (samostrawienie) komórki.

Peroksysomy to małe jednobłonowe organelle zawierające enzym katalazę, który neutralizuje nadtlenek wodoru. Peroksysomy to organelle, które chronią błony przed peroksydacją wolnych rodników.

Wakuole to jednobłonowe organelle charakterystyczne dla komórek roślinnych. Ich funkcje związane są z utrzymaniem turgoru i (lub) przechowywaniem substancji.

organelle niebłonowe.

Rybosomy to rybonukleoproteiny składające się z dużych i małych podjednostek rRNA. Rybosomy są miejscem gromadzenia się białek.

Struktury włókniste (włókniste) to mikrotubule, włókna pośrednie i mikrofilamenty.

Mikrotubule. W strukturze przypominają koraliki, których nić jest zwinięta w gęstą sprężynową spiralę. Każdy „perełek” to białko tubulinowe. Średnica rurki wynosi 24 nm. Mikrotubule są częścią systemu kanałów, które zapewniają wewnątrzkomórkowy transport substancji. Wzmacniają cytoszkielet, biorą udział w tworzeniu wrzeciona, centrioli centrum komórkowego, ciał podstawowych, rzęsek i wici.

Centrum komórki to wycinek cytoplazmy z dwoma centriolami utworzonymi z 9 trojaczków (po 3 mikrotubule). Tak więc każda centriola składa się z 27 mikrotubul. Uważa się, że centrum komórki jest podstawą do tworzenia włókien wrzeciona podziału komórki.

Ciała podstawowe to podstawy rzęsek i wici. W przekroju poprzecznym rzęski i wici mają dziewięć par mikrotubul na obwodzie i jedną parę w środku, co daje w sumie 18+2=20 mikrotubul. Rzęski i wici zapewniają ruch mikroorganizmów i komórek (plemników) w ich środowisku.

Włókna pośrednie mają średnicę 8-10 nm. Zapewniają funkcje cytoszkieletu.

Mikrofilamenty o średnicy 5-7 nm składają się głównie z białka aktynowego. W interakcji z miozyną odpowiadają nie tylko za skurcze mięśni, ale również za aktywność skurczową komórek niemięśniowych. Tak więc zmiany kształtu błony podczas fagocytozy i aktywność mikrokosmków tłumaczone są pracą mikrowłókien.

Inkluzje to nagromadzenia substancji w komórce, które nie są ograniczone błonami wewnątrzkomórkowymi (krople tłuszczu, grudki glikogenu).

Podział organelli na niespecyficzne (uniwersalne) i specyficzne (specjalistyczne) jest dość arbitralny. Organelle specjalnego przeznaczenia obejmują rzęski i wici, mikrokosmki, mikrofilamenty mięśniowe.

Komórki zwierzęce różnią się od komórek roślinnych brakiem celulozy i ścian komórkowych, wakuolami z sokiem komórkowym i plastydami. Komórki roślinne roślin wyższych nie mają rzęsek i wici. Rośliny nie mają centrioli.

Jeśli jądro i mitochondria są uszkodzone (zatrucie cyjankiem), śmierć komórki jest nieunikniona, ponieważ informacja i energia są zablokowane. Jądro i mitochondria są uważane za niezbędne organelle. Wraz ze zniszczeniem innych organelli istnieje fundamentalna możliwość ich przywrócenia.

12345Następny

Powiązana informacja:

Wyszukiwanie w witrynie:

błony biologiczne(łac. membrana shell, membrana) - funkcjonalnie aktywne struktury powierzchniowe o grubości kilku warstw molekularnych, ograniczające cytoplazmę i większość organelli komórkowych, a także tworzące pojedynczy wewnątrzkomórkowy układ kanalików, fałd, zamkniętych obszarów.

Błony biologiczne znajdują się we wszystkich komórkach. O ich znaczeniu decyduje znaczenie funkcji, które pełnią w trakcie normalnej aktywności życiowej, a także różnorodność chorób i stanów patologicznych, które występują z różnymi naruszeniami funkcji błonowych i objawiają się na prawie wszystkich poziomach organizacji - od komórki i układy subkomórkowe do tkanek, narządów i całego ciała.

Struktury błonowe komórki są reprezentowane przez błony powierzchniowe (komórkowe lub plazmowe) i wewnątrzkomórkowe (subkomórkowe). Nazwa błon wewnątrzkomórkowych (subkomórkowych) zwykle zależy od nazwy struktur, które ograniczają lub tworzą. Tak więc istnieją błony mitochondrialne, jądrowe, lizosomalne, błony kompleksu blaszkowego aparatu Golgiego, retikulum endoplazmatyczne, retikulum sarkoplazmatyczne itp. (patrz. Komórka). Grubość błon biologicznych - 7-10 Nm, ale ich łączna powierzchnia jest bardzo duża, na przykład w wątrobie szczura to kilkaset metrów kwadratowych.

Skład chemiczny i budowa błon biologicznych. Skład błon biologicznych zależy od ich rodzaju i funkcji, ale głównymi składnikami są lipidy oraz białka, jak również węglowodany(mała, ale niezwykle ważna część) i woda (ponad 20% całkowitej wagi).

Lipidy. W błonach biologicznych znaleziono trzy klasy lipidów: fosfolipidy, glikolipidy i steroidy. W błonach komórek zwierzęcych ponad 50% wszystkich lipidów to fosfolipidy - glicerofosfolipidy (fosfatydylocholina, fosfatydyloetanoloamina, fosfatydyloseryna, fosfatydyloinozytol) i sfingofosfolipidy (pochodne ceramidów, sfingomielina). Glikolipidy są reprezentowane przez cerebrozydy, sulfatydy i gangliozydy, a steroidy to głównie cholesterol (około 30%). Składniki lipidowe błon biologicznych zawierają różnorodne kwasy tłuszczowe, ale w błonach komórek zwierzęcych dominują kwasy palmitynowy, oleinowy i stearynowy. Fosfolipidy odgrywają główną rolę strukturalną w błonach biologicznych. Mają wyraźną zdolność do tworzenia struktur dwuwarstwowych (dwuwarstw) po zmieszaniu z wodą, co jest spowodowane struktura chemiczna fosfolipidy, których cząsteczki składają się z części hydrofilowej – „głowy” (reszta kwasu fosforowego i przyłączona do niej grupa polarna, taka jak cholina) oraz części hydrofobowej – „ogona” (zwykle dwa łańcuchy kwasów tłuszczowych). W środowisku wodnym fosfolipidy dwuwarstwy są zlokalizowane w taki sposób, że reszty kwasów tłuszczowych skierowane są do wnętrza dwuwarstwy, a zatem są izolowane od środowiska, podczas gdy hydrofilowe „głowy” są przeciwnie skierowane na zewnątrz . Podwójna warstwa lipidowa jest strukturą dynamiczną: tworzące ją lipidy mogą obracać się, poruszać w kierunku poprzecznym, a nawet przemieszczać się z warstwy na warstwę (przejście flip-flop). Ta struktura dwuwarstwy lipidowej stanowiła podstawę współczesnych pomysłów dotyczących struktury błon biologicznych i określa niektóre ważne właściwości błon biologicznych, na przykład zdolność do służenia jako bariera i nie pozwalania na przechodzenie cząsteczek substancji rozpuszczonych w wodzie ( Ryż .). Naruszenie dwuwarstwowej struktury może prowadzić do zakłócenia funkcji barierowej błon.

Cholesterol w składzie błon biologicznych pełni rolę modyfikatora dwuwarstwowego, nadając mu pewną sztywność poprzez zwiększenie gęstości „upakowania” cząsteczek fosfolipidów.

Glikolipidy pełnią różnorodne funkcje: odpowiadają za odbiór niektórych substancji biologicznie czynnych, uczestniczą w różnicowaniu tkanek, determinują specyficzność gatunkową.

Wiewiórki błony biologiczne są niezwykle różnorodne. Ich masa cząsteczkowa wynosi przeważnie 25 000 - 230 000.

Białka mogą oddziaływać z dwuwarstwą lipidową dzięki siłom elektrostatycznym i/lub międzycząsteczkowym. Można je stosunkowo łatwo usunąć z membrany. Ten rodzaj białka obejmuje cytochrom c (masa cząsteczkowa około 13 000), znajdujący się na zewnętrznej powierzchni wewnętrznej błony mitochondriów.

Białka te nazywane są obwodowymi lub zewnętrznymi. W przypadku innych białek, zwanych integralnymi lub wewnętrznymi, charakterystyczne jest to, że jeden lub więcej łańcuchów polipeptydowych jest zanurzonych w dwuwarstwie lub krzyżuje się z nią, czasami więcej niż jeden raz (na przykład glikoforyna, ATPazy transportowe, bakteriorodopsyna). Część białka stykająca się z hydrofobową częścią dwuwarstwy lipidowej ma budowę helikalną i składa się z niepolarnych aminokwasów, dzięki czemu między tymi składnikami białek i lipidów zachodzi oddziaływanie hydrofobowe. Grupy polarne hydrofilowych aminokwasów oddziałują bezpośrednio z warstwami błony, zarówno po jednej, jak i po drugiej stronie dwuwarstwy. Cząsteczki białek, podobnie jak cząsteczki lipidów, są w stanie dynamicznym, charakteryzują się również ruchliwością obrotową, poprzeczną i pionową. Jest odzwierciedleniem nie tylko ich własnej struktury, ale także ich funkcjonalnej aktywności. co w dużej mierze zależy od lepkości dwuwarstwy lipidowej, która z kolei zależy od składu lipidów, względnej zawartości i rodzaju łańcuchów nienasyconych kwasów tłuszczowych. Wyjaśnia to wąski zakres temperatur funkcjonalnej aktywności białek związanych z błoną.

Białka błonowe pełnią trzy główne funkcje: katalityczną (enzymy), receptorową i strukturalną. Jednak takie rozróżnienie jest raczej arbitralne, a w niektórych przypadkach to samo białko może pełnić zarówno funkcje receptorowe, jak i enzymatyczne (na przykład insulina).

Liczba membran enzymy w komórce jest dość duża, ale ich rozmieszczenie w różnych typach błon biologicznych nie jest takie samo. Niektóre enzymy (marker) są obecne tylko w błonach określonego typu (na przykład Na, K-ATPaza, 5-nukleotydaza, cyklaza adenylanowa - w błona plazmatyczna; cytochrom P-450, dehydrogenaza NADPH, cytochrom b5 - w błonach retikulum endoplazmatycznego; oksydaza monoaminowa – w zewnętrznej błonie mitochondriów, a oksydaza cytochromu C, dehydrogenaza bursztynianowa – w wewnętrznej; fosfataza kwaśna - w błonie lizosomów).

Białka receptorowe, swoiście wiążące substancje małocząsteczkowe (wiele hormonów, mediatorów), odwracalnie zmieniają swój kształt. Te zmiany wywołują reakcje chemiczne w komórce. W ten sposób komórka otrzymuje różne sygnały ze środowiska zewnętrznego.

Białka strukturalne obejmują białka cytoszkieletu przylegające do cytoplazmatycznej strony błony komórkowej. W połączeniu z mikrotubulami i mikrofilamentami cytoszkieletu zapewniają komórkom odporność na zmianę jej objętości i tworzenie elastyczności. Do tej grupy należy również szereg białek błonowych, których funkcje nie zostały ustalone.

Węglowodany w błonach biologicznych występują w połączeniu z białkami (glikoproteinami) i lipidami (glikolipidami). Łańcuchy węglowodanowe białek są strukturami oligo- lub polisacharydowymi, które obejmują glukozę, galaktozę, kwas neuraminowy, fukozę i mannozę. Węglowodanowe składniki błon biologicznych otwierają się głównie do środowiska zewnątrzkomórkowego, tworząc na powierzchni błon komórkowych wiele rozgałęzionych formacji, będących fragmentami glikolipidów lub glikoprotein. Ich funkcje związane są z kontrolą interakcji międzykomórkowych, utrzymaniem statusu immunologicznego komórki oraz zapewnieniem stabilności cząsteczek białek w błonach biologicznych. Wiele białek receptorowych zawiera składniki węglowodanowe. Przykładem może być determinanty antygenowe grupy krwi, reprezentowane przez glikolipidy i glikoproteiny.

Funkcje błon biologicznych.funkcja bariery. Dla komórek i subkomórkowych cząstek błon biologicznych służą jako mechaniczna bariera oddzielająca je od przestrzeni zewnętrznej. Funkcjonowanie komórki często wiąże się z występowaniem na jej powierzchni znacznych gradientów mechanicznych, głównie wywołanych ciśnieniem osmotycznym i hydrostatycznym. Główny ładunek w tym przypadku ponosi ściana komórkowa, której głównymi elementami strukturalnymi w roślinach wyższych są celuloza, pektyna i ekstepina, a u bakterii - mureina (złożony peptyd polisacharydowy). W komórkach zwierzęcych nie ma potrzeby stosowania twardej skorupy. Pewną sztywność tych komórek zapewniają specjalne struktury białkowe cytoplazmy przylegające do wewnętrznej powierzchni błony plazmatycznej.

Przenoszenie substancji przez błony biologiczne wiąże się z tak ważnymi zjawiskami biologicznymi, jak wewnątrzkomórkowa homeostaza jonów, potencjały bioelektryczne, wzbudzenie i przewodzenie impulsu nerwowego, magazynowanie i transformacja energii itp. (cm. Bioenergia). Istnieje pasywny i aktywny transport (transfer) cząsteczek obojętnych, wody i jonów przez błony biologiczne. Transport pasywny nie wiąże się z kosztami energii, jest realizowany przez dyfuzję wzdłuż gradientów stężeniowych, elektrycznych lub hydrostatycznych. Transport aktywny odbywa się wbrew gradientom, wiąże się ze zużyciem energii (głównie energii hydrolizy ATP) oraz związany jest z pracą wyspecjalizowanych systemów membranowych (pomp membranowych). Istnieje kilka rodzajów transportu. Jeżeli substancja jest transportowana przez błonę, niezależnie od obecności i przenoszenia innych związków, to ten rodzaj transportu nazywamy uniportem. Jeśli przeniesienie jednej substancji wiąże się z transportem innej, to mówi się o kotransporcie, a transfer jednokierunkowy nazywa się symportem, a kierunek przeciwny nazywa się antyportem. W specjalnej grupie wyróżnia się przenoszenie substancji przez egzo- i pinocytozę.

Transfer pasywny może odbywać się poprzez prostą dyfuzję przez dwuwarstwy lipidowe błony, a także przez wyspecjalizowane formacje - kanały. Poprzez dyfuzję przez błonę nienaładowane cząsteczki, które są dobrze rozpuszczalne w lipidach, wnikają do komórki, m.in. wiele trucizn i leków, a także tlen i dwutlenek węgla. Kanały to struktury lipoproteinowe penetrujące błony. Służą do transportu niektórych jonów i mogą być w stanie otwartym lub zamkniętym. Przewodność kanału zależy od potencjał błonowy, który odgrywa ważną rolę w mechanizmie generowania i przewodzenia impulsu nerwowego.

W niektórych przypadkach transfer materii pokrywa się z kierunkiem gradientu, ale znacznie przekracza prędkość prostej dyfuzji. Proces ten nazywa się dyfuzją ułatwioną; występuje przy udziale białek nośnikowych. Proces ułatwionej dyfuzji nie wymaga energii. W ten sposób transportowane są cukry, aminokwasy, zasady azotowe. Taki proces zachodzi na przykład, gdy cukry są wchłaniane ze światła jelita przez komórki nabłonka.

Przenoszenie cząsteczek i jonów wbrew gradientowi elektrochemicznemu (transport aktywny) wiąże się ze znacznymi kosztami energii. Często gradienty osiągają duże wartości. na przykład gradient stężenia jonów wodorowych na błonie plazmatycznej komórek błony śluzowej żołądka wynosi 106, gradient stężenia jonów wapnia na błonie retikulum sarkoplazmatycznego wynosi 104, podczas gdy przepływy jonów w stosunku do gradientu są znaczące. W efekcie koszty energetyczne procesów transportowych sięgają np. u człowieka ponad 1/3 całkowitej energii metabolizmu. W błonach komórkowych różnych narządów znaleziono układy aktywnego transportu jonów sodu i potasu, pompę sodową. Ten system pompuje sód z komórki i potas do komórki (antyport) wbrew ich gradientom elektrochemicznym. Transfer jonów jest realizowany przez główny składnik pompy sodowej - ATP-azę zależną od Na+, K+ w wyniku hydrolizy ATP. Dla każdej zhydrolizowanej cząsteczki ATP transportowane są trzy jony sodu i dwa jony potasu. Istnieją dwa rodzaje Ca2+-ATPaz. Jedna z nich zapewnia uwalnianie jonów wapnia z komórki do środowiska międzykomórkowego, druga - gromadzenie wapnia z zawartości komórki do wewnątrzkomórkowego depozytu. Oba systemy są w stanie wytworzyć znaczny gradient jonów wapnia. K+, H+-ATPaza została znaleziona w błonie śluzowej żołądka i jelit. Jest w stanie transportować H+ przez błonę pęcherzyków śluzowych podczas hydrolizy ATP.

Artykuł: Transport substancji przez błony biologiczne

W mikrosomach błony śluzowej żołądka żaby znaleziono ATP-azę wrażliwą na anion, która jest zdolna do przeciwdziałania przenoszeniu wodorowęglanów i chlorków po hydrolizie ATP.

Opisane mechanizmy transportu różnych substancji przez błony komórkowe mają również miejsce w przypadku ich transportu przez nabłonek szeregu narządów (jelita, nerki, płuca), który odbywa się przez warstwę komórek (jednowarstwa w jelita i nefronów), a nie pojedynczo Błona komórkowa. Taki transport nazywa się transkomórkowym lub przeznabłonkowym. charakterystyczna cecha komórek, takich jak komórki nabłonka jelitowego i kanaliki nefronowe, polega na tym, że ich błony wierzchołkowe i podstawne różnią się przepuszczalnością, potencjałem błonowym i funkcją transportową.

Umiejętność generowania potencjałów bioelektrycznych i przewodzenia wzbudzenia. Pojawienie się potencjałów bioelektrycznych wiąże się z cechami strukturalnymi błon biologicznych i ich aktywnością. systemy transportowe, które powodują nierównomierny rozkład jonów po obu stronach membrany (patrz rys. Potencjały bioelektryczne, wzbudzenie).

Procesy przetwarzania i magazynowania energii występują w wyspecjalizowanych błonach biologicznych i zajmują centralne miejsce w źródło energiiżywe systemy. Dwa główne procesy produkcji energii to fotosynteza i oddychanie tkankowe- są zlokalizowane w błonach wewnątrzkomórkowych organelli wyższych organizmów oraz u bakterii - w błonie komórkowej (plazmatycznej) (patrz. Tkanka oddechowa). Błony fotosyntetyczne przekształcają energię światła w energię związków chemicznych, magazynując ją w postaci cukrów - głównego chemicznego źródła energii dla organizmów heterotroficznych. Podczas oddychania energia substratów organicznych uwalniana jest w procesie przenoszenia elektronów wzdłuż łańcucha nośników redoks i jest wykorzystywana w procesie fosforylacji ADP fosforanem nieorganicznym do ATP. Błony, które przeprowadzają fosforylację związaną z oddychaniem, nazywane są sprzężonymi (błony wewnętrzne mitochondriów, błony komórkowe niektórych bakterii tlenowych, błony chromatoforowe bakterii fotosyntetycznych).

funkcje metaboliczne błony są determinowane przez dwa czynniki: po pierwsze połączenie dużej liczby enzymów i układów enzymatycznych z błonami, a po drugie zdolność błon do fizycznego podziału komórki na oddzielne przedziały, oddzielające od siebie zachodzące w nich procesy metaboliczne. Układy metaboliczne nie pozostają całkowicie odizolowane. Membrany oddzielające komórkę posiadają specjalne systemy, które zapewniają selektywne wnikanie substratów, uwalnianie produktów oraz ruch związków o działaniu regulacyjnym.

Odbiór komórkowy i interakcje międzykomórkowe. Preparat ten łączy w sobie bardzo rozbudowany i różnorodny zestaw ważnych funkcji błon komórkowych, które warunkują interakcję komórki ze środowiskiem i tworzenie wielokomórkowego organizmu jako całości. Molekularno-błonowe aspekty odbioru komórkowego i interakcji międzykomórkowych dotyczą przede wszystkim odpowiedzi immunologicznych, hormonalnej kontroli wzrostu i metabolizmu oraz wzorców rozwoju embrionalnego.

Naruszenia struktury i funkcji błon biologicznych. Różnorodność rodzajów błon biologicznych, ich wielofunkcyjność i wysoka wrażliwość na warunki zewnętrzne powodują powstanie niezwykłej różnorodności strukturalnych i funkcjonalnych zaburzeń błon, które występują pod wieloma niekorzystnymi skutkami i są związane z ogromną liczbą specyficznych chorób organizmu jako całości . Całą tę różnorodność naruszeń można raczej warunkowo podzielić na transportowe, funkcjonalno-metaboliczne i strukturalne. W ogólna perspektywa nie jest możliwe scharakteryzowanie kolejności występowania tych zaburzeń, a w każdym konkretnym przypadku wymagana jest szczegółowa analiza w celu wyjaśnienia podstawowego ogniwa w łańcuchu rozwoju strukturalnych i funkcjonalnych zaburzeń błony. Naruszenie funkcji transportu przez błonę, w szczególności wzrost przepuszczalności błony, jest dobrze znaną uniwersalną oznaką uszkodzenia komórek. Ponad 20 tak zwanych chorób transportowych, w tym cukromocz nerkowy, cystynuria, zaburzenia wchłaniania glukozy, galaktozy i witaminy B12, dziedziczna sferocytoza itp. jest spowodowanych upośledzeniem funkcji transportowych (np. u ludzi). błon biologicznych centralne są zmiany w procesach biosyntezy, a także różne odchylenia w zaopatrzeniu w energię systemów żywych. W najbardziej ogólnej formie konsekwencją tych procesów jest naruszenie składu i fizyczne i chemiczne właściwości błon, utrata poszczególnych ogniw metabolizmu i jego perwersja, a także obniżenie poziomu procesów zależnych od energii życiowej (aktywny transport jonów, sprzężone procesy transportowe, funkcjonowanie układów kurczliwych itp.). Uszkodzenie ultrastrukturalnej organizacji błon biologicznych wyraża się w nadmiernym tworzeniu pęcherzyków, zwiększeniu powierzchni błon plazmatycznych w wyniku tworzenia się pęcherzyków i procesów, fuzji heterogenicznych błon komórkowych, tworzeniu mikroporów i lokalnych defektów strukturalnych.

Bibliografia: Błony biologiczne, wyd. D.S. Pastor, przeł. z angielskiego, M., 1978; Boldyrev A.A. Wstęp do biochemii błon, M., 1986, bibliogr.; Konev S.V. i Mazhul V.M. Kontakty międzykomórkowe. Mińsk, 1977; Kulberg A.Ya. Receptory błony komórkowej, M., 1987, bibliogr.; Malenkow A.G. i Chuich G.A. Kontakty międzykomórkowe i reakcje tkankowe, M., 1979; Sim E . Biochemia błon, przeł. z ang., M., 1985, bibliografia; Finean J., Colman R. i Mitchell R. Błony i ich funkcje w komórce, trans. z angielskiego, M., 1977, bibliogr.

Uwaga! Artykuł „ błony biologiczne„ podano wyłącznie w celach informacyjnych i nie należy go stosować do samoleczenia

Transport substancji przez błonę plazmatyczną

Funkcja transportu barierowego aparatu powierzchniowego komórki jest zapewniona przez selektywny transfer jonów, cząsteczek i struktur supramolekularnych do iz komórki. Transport przez błony zapewnia dostarczanie składników odżywczych oraz usuwanie z komórki końcowych produktów przemiany materii, wydzielania, tworzenia gradientów jonowych i potencjału przezbłonowego, utrzymania wymaganych wartości pH w komórce itp.

Mechanizmy transportu substancji do iz komórki zależą od: Natura chemiczna transportowana substancja i jej stężenie po obu stronach błony komórkowej oraz od rozmiaru transportowane cząstki. Małe cząsteczki i jony są transportowane przez błonę przez transport pasywny lub aktywny. Przenoszenie makrocząsteczek i dużych cząstek odbywa się za pomocą transportu w „pakietu membranowym”, czyli dzięki tworzeniu się bąbelków otoczonych membraną.

Transport pasywny nazywany przenoszeniem substancji przez błonę wzdłuż ich gradientu stężeń bez wydawania energii. Taki transport odbywa się poprzez dwa główne mechanizmy: dyfuzję prostą i dyfuzję ułatwioną.

droga prosta dyfuzja transportuje małe polarne i niepolarne cząsteczki, kwasy tłuszczowe i inne hydrofobowe o niskiej masie cząsteczkowej materia organiczna. Nazywa się transport cząsteczek wody przez membranę, realizowany przez dyfuzję bierną osmoza. Przykładem prostej dyfuzji jest transport gazów przez błonę plazmatyczną komórek śródbłonka naczyń włosowatych krwi do otaczającego płynu tkankowego iz powrotem.

Cząsteczki hydrofilowe i jony, które nie są w stanie samodzielnie przejść przez błonę, są transportowane za pomocą specyficznych białek transportujących błonę. Ten mechanizm transportowy nazywa się ułatwiona dyfuzja.

Istnieją dwie główne klasy białek transportujących przez błonę: białka nośnikowe oraz białka kanałowe. Cząsteczki przenoszonej substancji, wiążące się z Białko nośnikowe, powodują jego zmiany konformacyjne, powodujące przenoszenie tych cząsteczek przez błonę. Dyfuzja ułatwiona charakteryzuje się dużą selektywnością w stosunku do transportowanych substancji.

Kanały białkowe tworzą wypełnione wodą pory penetrujące dwuwarstwę lipidową. Gdy pory te są otwarte, przechodzą przez nie nieorganiczne jony lub cząsteczki transportowanych substancji, a tym samym są transportowane przez błonę. Kanały jonowe zapewniają transport około 106 jonów na sekundę, co stanowi ponad 100-krotność transportu realizowanego przez białka nośnikowe.

Większość białek kanałowych ma "bramy", które otwierają się na krótki czas, a następnie zamykają. W zależności od charakteru kanału „bramka” może się otworzyć w odpowiedzi na wiązanie cząsteczek sygnalizacyjnych (zależne od liganda kanały bramkowe), zmiany w potencjale błonowym (zależne od napięcia kanały bramkowe) lub stymulację mechaniczną.

Transport aktywny nazywany przenoszeniem substancji przez błonę wbrew ich gradientom stężeń. Odbywa się za pomocą białek nośnikowych i wymaga wydatkowania energii, której głównym źródłem jest ATP.

Przykładem transportu aktywnego, który wykorzystuje energię hydrolizy ATP do pompowania jonów Na+ i K+ przez błonę komórkową, jest praca pompa sodowo-potasowa, który zapewnia tworzenie potencjału błonowego na błonie komórkowej komórek.

Pompę tworzą specyficzne białka-enzymy trifosfatazy adenozyny wbudowane w błony biologiczne, które katalizują rozszczepianie reszt kwasu fosforowego z Cząsteczki ATP. W skład ATPaz wchodzą: centrum enzymatyczne, kanał jonowy i elementy strukturalne, które zapobiegają wstecznemu wyciekowi jonów podczas pracy pompy. Praca pompy sodowo-potasowej pochłania ponad 1/3 ATP zużywanego przez komórkę.

W zależności od zdolności białek transportowych do przenoszenia jednego lub więcej rodzajów cząsteczek i jonów, transport pasywny i aktywny dzieli się na transport uniport i coport lub transport sprzężony.

Uniport - jest to transport, w którym białko nośnikowe funkcjonuje tylko w stosunku do cząsteczek lub jonów jednego typu. W przypadku transportu lub transportu koniugatów białko nośnikowe jest zdolne do transportu dwóch lub więcej rodzajów cząsteczek lub jonów w tym samym czasie. Te białka nośnikowe są nazywane coporterzy, lub powiązanych przewoźników. Istnieją dwa rodzaje coportu: symport i antiport. Kiedy symport cząsteczki lub jony są transportowane w jednym kierunku, a kiedy antyport - w przeciwnych kierunkach. Na przykład pompa sodowo-potasowa działa zgodnie z zasadą antiport, aktywnie pompując jony Na + z komórek i jony K + do komórek wbrew ich gradientom elektrochemicznym. Przykładem symportu jest reabsorpcja glukozy i aminokwasów z pierwotnego moczu przez komórki kanalików nerkowych. W moczu pierwotnym stężenie Na + jest zawsze znacznie wyższe niż w cytoplazmie komórek kanalików nerkowych, co zapewnia działanie pompy sodowo-potasowej. Wiązanie glukozy w moczu pierwotnym ze sprzężonym białkiem nośnikowym otwiera kanał Na+, czemu towarzyszy transfer jonów Na+ z moczu pierwotnego do komórki wzdłuż ich gradientu stężeń, czyli przez transport bierny. Z kolei przepływ jonów Na+ powoduje zmiany w konformacji białka nośnikowego, powodując transport glukozy w tym samym kierunku co jony Na+: z moczu pierwotnego do komórki. W tym przypadku do transportu glukozy, jak widać, sprzężony nośnik wykorzystuje energię gradientu jonów Na+ wytworzonego przez działanie pompy sodowo-potasowej. Tak więc praca pompy sodowo-potasowej i sprzężonego transportera, który wykorzystuje gradient jonów Na+ do transportu glukozy, umożliwia ponowne wchłonięcie prawie całej glukozy z moczu pierwotnego i włączenie jej do ogólnego metabolizmu organizmu.

Ze względu na selektywny transport naładowanych jonów plazmalemma prawie wszystkich komórek niesie dodatnią po swojej zewnętrznej stronie, a po wewnętrznej stronie cytoplazmatycznej - ujemne opłaty. W rezultacie powstaje różnica potencjałów między obiema stronami membrany.

Tworzenie potencjału transbłonowego odbywa się głównie dzięki pracy wbudowanych w błonę plazmatyczną systemów transportowych: pompy sodowo-potasowej oraz kanałów białkowych dla jonów K+.

Jak wspomniano powyżej, podczas pracy pompy sodowo-potasowej na każde dwa jony potasu zaabsorbowane przez komórkę, usuwane są z niej trzy jony sodu. W wyniku tego na zewnątrz komórek powstaje nadmiar jonów Na+, a wewnątrz powstaje nadmiar jonów K+. Jednak jeszcze większy wkład w tworzenie potencjału przezbłonowego mają kanały potasowe, które w spoczynku komórek są zawsze otwarte. Z tego powodu jony K + opuszczają komórkę wzdłuż gradientu stężenia do środowiska zewnątrzkomórkowego. W rezultacie pomiędzy dwiema stronami membrany powstaje różnica potencjałów od 20 do 100 mV. Osoczka komórek pobudliwych (nerwowych, mięśniowych, wydzielniczych) wraz z kanałami K + - zawiera liczne kanały Na +, które otwierają się na krótki czas, gdy na komórkę działają sygnały chemiczne, elektryczne lub inne. Otwarcie kanałów Na+ powoduje zmianę potencjału transbłonowego (depolaryzację błony) i specyficzną odpowiedź komórki na sygnał.

Białka transportowe, które generują potencjalną różnicę przez błonę, nazywane są pompy elektrogeniczne. Pompa sodowo-potasowa służy jako główna pompa elektrogeniczna komórek.

Transport w opakowaniu membranowym charakteryzuje się tym, że transportowane substancje na pewnych etapach transportu znajdują się wewnątrz pęcherzyków błonowych, to znaczy są otoczone błoną. W zależności od kierunku, w którym substancje są przenoszone (do lub z komórki), transport w pakiecie błonowym dzieli się na endocytozę i egzocytozę.

Endocytoza proces wchłaniania przez komórkę makrocząsteczek i większych cząstek (wirusów, bakterii, fragmentów komórek) tzw. Endocytozę przeprowadza się przez fagocytozę i pinocytozę.

Fagocytoza - proces aktywnego wychwytywania i wchłaniania przez komórkę stałych mikrocząstek, których wielkość przekracza 1 mikron (bakterie, fragmenty komórek itp.). Podczas fagocytozy komórka za pomocą specjalnych receptorów rozpoznaje określone grupy molekularne fagocytowanej cząstki.

Następnie w miejscu kontaktu cząstki z błoną komórkową powstają wyrostki błony plazmatycznej - pseudopodia, które otaczają mikrocząstki ze wszystkich stron. W wyniku fuzji pseudopodia taka cząsteczka zostaje zamknięta w bańce otoczonej błoną, która nazywa się fagosom. Tworzenie fagosomów jest procesem zależnym od energii i przebiega z udziałem układu aktomiozyny. Fagosom, zanurzając się w cytoplazmie, może łączyć się z późnym endosomem lub lizosomem, w wyniku czego trawiona jest organiczna mikrocząstka zaabsorbowana przez komórkę, na przykład komórkę bakteryjną. U ludzi tylko kilka komórek jest zdolnych do fagocytozy: na przykład makrofagi tkanki łącznej i leukocyty krwi. Komórki te pochłaniają bakterie, a także różne stałe cząstki, które dostają się do organizmu, chroniąc w ten sposób przed patogenami i obcymi cząstkami.

pinocytoza- wchłanianie cieczy przez komórkę w postaci roztworów i zawiesin właściwych i koloidalnych. Ten proces w W ogólnych warunkach podobny do fagocytozy: kropla płynu jest zanurzona w uformowanym zagłębieniu błony komórkowej, otoczona przez nią i zamknięta w bańce o średnicy 0,07-0,02 mikrona, zanurzonej w hialoplazmie komórki.

Mechanizm pinocytozy jest bardzo skomplikowany. Proces ten odbywa się w wyspecjalizowanych obszarach aparatu powierzchniowego komórki, zwanych jamkami granicznymi, które zajmują około 2% powierzchni komórki. obramowane fossae to małe wgłębienia plazmalemmy, obok których znajduje się duża ilość białka w obwodowej hialoplazmie klatryna. W obszarze zagłębień graniczących na powierzchni komórki znajdują się również liczne receptory, które mogą specyficznie rozpoznawać i wiązać transportowane cząsteczki. Kiedy te cząsteczki są związane przez receptory, dochodzi do polimeryzacji klatryny i inwazji plazmalemmy. W rezultacie a obramowana bańka, niosący przenośne cząsteczki. Takie bąbelki otrzymały swoją nazwę ze względu na fakt, że klatryna na ich powierzchni pod mikroskopem elektronowym wygląda jak nierówna granica.

Transport substancji przez biomembrany

Po oddzieleniu od plazmalemmy ograniczone pęcherzyki tracą klatrynę i nabywają zdolność łączenia się z innymi pęcherzykami. Procesy polimeryzacji i depolimeryzacji klatryny wymagają energii i są blokowane przy braku ATP.

Pinocytoza, ze względu na wysokie stężenie receptorów w ograniczonych dołkach, zapewnia selektywność i efektywność transportu określonych cząsteczek. Na przykład stężenie cząsteczek transportowanych substancji w zagłębieniach graniczących jest 1000 razy wyższe niż ich stężenie w środowisku. Pinocytoza jest głównym sposobem transportu białek, lipidów i glikoprotein do komórki. Poprzez pinocytozę komórka wchłania dziennie ilość płynu równą jej objętości.

Egzocytoza- proces usuwania substancji z komórki. Substancje, które mają być usunięte z komórki, są najpierw zamykane w pęcherzykach transportowych, których zewnętrzna powierzchnia z reguły pokryta jest klatryną białkową, a następnie takie pęcherzyki są przesyłane do błony komórkowej. Tutaj błona pęcherzyków łączy się z plazmalemą, a ich zawartość wylewa się z komórki lub, zachowując połączenie z plazmalemą, wchodzi do glikokaliksu.

Istnieją dwa rodzaje egzocytozy: konstytutywna (podstawowa) i regulowana.

Konstytutywna egzocytoza nieprzerwanie przepływa we wszystkich komórkach ciała. Służy jako główny mechanizm usuwania produktów przemiany materii z komórki i ciągłej odbudowy błony komórkowej.

Regulowana egzocytoza odbywa się tylko w specjalnych komórkach pełniących funkcję wydzielniczą. Uwolniona tajemnica gromadzi się w pęcherzykach wydzielniczych, a egzocytoza następuje dopiero po otrzymaniu przez komórkę odpowiedniego sygnału chemicznego lub elektrycznego. Na przykład komórki β wysp Langerhansa trzustki uwalniają swój sekret do krwi tylko wtedy, gdy stężenie glukozy we krwi wzrasta.

Podczas egzocytozy pęcherzyki wydzielnicze powstające w cytoplazmie są zwykle kierowane do wyspecjalizowanych obszarów aparatu powierzchniowego, zawierających dużą ilość białek fuzyjnych lub białek fuzyjnych. Kiedy białka fuzyjne plazmalemmy i pęcherzyka wydzielniczego wchodzą w interakcję, powstaje por fuzyjny, który łączy wnękę pęcherzyka ze środowiskiem zewnątrzkomórkowym. Jednocześnie aktywowany jest układ aktomiozyny, w wyniku którego zawartość pęcherzyka wylewa się z niego poza komórkę. Tak więc podczas indukowanej egzocytozy energia jest potrzebna nie tylko do transportu pęcherzyków wydzielniczych do plazmalemmy, ale także do procesu sekrecji.

Transcytoza, lub rekreacja , - jest to transport, w którym następuje transfer pojedynczych cząsteczek przez komórkę. Wskazany widok transport uzyskuje się poprzez połączenie endo- i egzocytozy. Przykładem transcytozy jest transport substancji przez komórki ścian naczyń włosowatych człowieka, który może odbywać się zarówno w jednym, jak i drugim kierunku.

Transport substancji:

Przenoszenie substancji przez biol. Błona jest związana z tak ważnymi zjawiskami biologicznymi, jak wewnątrzkomórkowa homeostaza jonów, potencjały bioelektryczne, wzbudzanie i przewodzenie impulsu nerwowego, magazynowanie i transformacja energii.

Istnieje kilka rodzajów transportu:

1 . Uniport- jest to transport substancji przez błonę, niezależnie od obecności i przenoszenia innych związków.

2. Contransport- jest to transfer jednej substancji związany z transportem innej: symport i antyport

a) gdzie nazywa się transfer jednokierunkowy symport - wchłanianie aminokwasów przez błonę jelita cienkiego,

b) przeciwnie skierowane - antyport(pompa sodowo-potasowa).

Transport substancji może być: - pasywny i aktywny transport (przewóz)

Transport pasywny nie wiąże się z kosztami energii, odbywa się poprzez dyfuzję (ruch ukierunkowany) wzdłuż stężeń (od mac do min), gradientów elektrycznych lub hydrostatycznych. Woda porusza się wzdłuż gradientu potencjału wody. Osmoza to ruch wody przez półprzepuszczalną membranę.

transport aktywny wykonywana przeciw gradientom (od min do mac), wiąże się ze zużyciem energii (głównie energii hydrolizy ATP) i wiąże się z pracą wyspecjalizowanych białek nośnikowych błon (syntetaza ATP).

Transfer pasywny można przeprowadzić:

a. Przez prostą dyfuzję przez dwuwarstwy lipidowe błony, a także przez wyspecjalizowane formacje - kanały. Poprzez dyfuzję przez błonę przenikają do komórki:

nienaładowane cząsteczki, dobrze rozpuszczalny w lipidach, m.in. wiele trucizn i leków,

gazy- tlen i dwutlenek węgla.

jony- przechodzą przez kanały penetrujące błonę, które są strukturami lipoproteinowymi, służą do transportu niektórych jonów (np. kationy - Na, K, Ca, aniony Cl, P) i mogą być w stanie otwartym lub zamkniętym. Przewodność kanału zależy od potencjału błonowego, który odgrywa ważną rolę w mechanizmie generowania i przewodzenia impulsu nerwowego.

b. Ułatwiona dyfuzja . W niektórych przypadkach transfer materii pokrywa się z kierunkiem gradientu, ale znacznie przekracza prędkość prostej dyfuzji. Ten proces nazywa się ułatwiona dyfuzja; występuje przy udziale białek nośnikowych. Proces ułatwionej dyfuzji nie wymaga energii. W ten sposób transportowane są cukry, aminokwasy, zasady azotowe. Taki proces zachodzi na przykład, gdy cukry są wchłaniane ze światła jelita przez komórki nabłonka.

w. Osmoza – ruch rozpuszczalnika przez membranę

transport aktywny

Przenoszenie cząsteczek i jonów wbrew gradientowi elektrochemicznemu (transport aktywny) wiąże się ze znacznymi kosztami energii. Często gradienty osiągają duże wartości, np. gradient stężenia jonów wodorowych na błonie komórkowej komórek błony śluzowej żołądka wynosi 106, gradient stężenia jonów wapnia na błonie retikulum sarkoplazmatycznego wynosi 104, natomiast przepływy jonów w stosunku do gradientu są znaczące. W efekcie koszty energetyczne procesów transportowych sięgają np. u człowieka ponad 1/3 całkowitej energii metabolizmu.

W błonach komórkowych różnych narządów znaleziono aktywne systemy transportu jonów, np.:

sód i potas - pompa sodowa. Ten system pompuje sód z komórki i potas do komórki (antyport) wbrew ich gradientom elektrochemicznym. Transfer jonów jest realizowany przez główny składnik pompy sodowej - ATP-azę zależną od Na+, K+ w wyniku hydrolizy ATP. Na każdą zhydrolizowaną cząsteczkę ATP transportowane są trzy jony sodu i dwa jony potasu. .

Istnieją dwa rodzaje Ca 2 + -ATP-az. Jedna z nich zapewnia uwalnianie jonów wapnia z komórki do środowiska międzykomórkowego, druga - gromadzenie wapnia z zawartości komórki do wewnątrzkomórkowego depozytu. Oba systemy są w stanie wytworzyć znaczny gradient jonów wapnia.

K+, H+-ATPaza została znaleziona w błonie śluzowej żołądka i jelit. Jest w stanie transportować H+ przez błonę pęcherzyków śluzowych podczas hydrolizy ATP.

W mikrosomach błony śluzowej żołądka żaby znaleziono ATP-azę wrażliwą na anion, która jest zdolna do przeciwdziałania przenoszeniu wodorowęglanów i chlorków po hydrolizie ATP.

Pompa protonowa w mitochondriach i plastydach

wydzielanie HCl w żołądku,

pobieranie jonów przez komórki korzeni roślin

Naruszenie funkcji transportu przez błonę, w szczególności wzrost przepuszczalności błony, jest dobrze znaną uniwersalną oznaką uszkodzenia komórek. Ponad 20 tzw.choroby transportowe, m.in który:

glikozuria nerkowa,

cystynuria,

złe wchłanianie glukozy, galaktozy i witaminy B12,

sferocytoza wrodzona (niedokrwistość hemolityczna, erytrocyty są kuliste, podczas gdy powierzchnia błony zmniejsza się, zmniejsza się zawartość lipidów, wzrasta przepuszczalność błony dla sodu. Sferocyty są usuwane z krwiobiegu szybciej niż normalne erytrocyty).

W specjalnej grupie transportu aktywnego wyróżnia się przenoszenie substancji (dużych cząstek) - orazendo- orazegzocytoza.

Endocytoza(z greckiego endo - wewnątrz) wnikanie substancji do komórki, obejmuje fagocytozę i pinocytozę.

Fagocytoza (z greckiego Phagos - pożeranie) to proces wychwytywania cząstek stałych, obcych żywych obiektów (bakterie, fragmenty komórek) przez organizmy jednokomórkowe lub komórki wielokomórkowe, te ostatnie nazywane są fagocyty lub pożerają komórki. Fagocytozę odkrył I. I. Miecznikow. Zwykle podczas fagocytozy komórka tworzy wypukłości, cytoplazma- pseudopodia, które opływają wychwycone cząstki.

Ale tworzenie pseudopodia nie jest konieczne.

Fagocytoza odgrywa ważną rolę w żywieniu zwierząt jednokomórkowych i wielokomórkowych niższych, które charakteryzują się trawieniem wewnątrzkomórkowym, a także jest charakterystyczna dla komórek odgrywających ważną rolę w zjawiskach odporności i metamorfozie. Ta forma wchłaniania jest charakterystyczna dla komórek tkanki łącznej - fagocytów, które pełnią funkcję ochronną, aktywnie fagocytują komórki łożyska, komórki wyściełające jamę ciała i nabłonek barwnikowy oczu.

W procesie fagocytozy można wyróżnić cztery kolejne fazy. W pierwszej (opcjonalnej) fazie fagocyt zbliża się do obiektu absorpcji. Tutaj istotna jest pozytywna reakcja fagocytu na chemiczną stymulację chemotaksji. W drugiej fazie obserwuje się adsorpcję zaabsorbowanej cząstki na powierzchni fagocytu. W trzeciej fazie błona plazmatyczna w postaci worka otacza cząstkę, brzegi worka zamykają się i odrywają od reszty błony, a powstała wakuola znajduje się wewnątrz komórki. W czwartej fazie połknięte przedmioty są niszczone i trawione wewnątrz fagocytu. Oczywiście etapy te nie są ograniczone, ale niepostrzeżenie przechodzą jeden w drugi.

Komórki mogą również w podobny sposób absorbować ciecze i związki wielkocząsteczkowe. Zjawisko to nazwano p, a nie ts i toz oraz (gr. rupo - napój i sutoz - komórka). Pinocytozie towarzyszy energiczny ruch cytoplazmy w warstwie powierzchniowej, prowadzący do powstania wgłębienia błony komórkowej, która w postaci kanalika rozciąga się od powierzchni do wnętrza komórki. Na końcu kanalika tworzą się wakuole, które odrywają się i przechodzą do cytoplazmy. Pinocytoza jest najbardziej aktywna w komórkach o intensywnym metabolizmie, w szczególności w komórkach układu limfatycznego, nowotworach złośliwych.

Poprzez pinocytozę do komórek przenikają związki wielkocząsteczkowe: składniki odżywcze z krwiobiegu, hormony, enzymy i inne substancje, w tym lecznicze. Badania pod mikroskopem elektronowym wykazały, że tłuszcz jest wchłaniany przez komórki nabłonka jelitowego poprzez pinocytozę, komórki fagocytarne kanalików nerkowych i rosnące oocyty.

Ciała obce, które dostały się do komórki przez fagocytozę lub pinocytozę, są wystawione na działanie enzymów litycznych wewnątrz wakuoli trawiennych lub bezpośrednio w cytoplazmie. Wewnątrzkomórkowymi rezerwuarami tych enzymów są lizosomy.

Funkcje endocytozy

przeprowadzone, jedzenie(jajka absorbują w ten sposób białka żółtka: fagosomy to wakuole trawienne pierwotniaków)

Ochronny i odpowiedzi immunologiczne (leukocyty pochłaniają obce cząsteczki i immunoglobuliny)

Transport(kanaliki nerkowe wchłaniają białka z pierwotnego moczu).

Selektywna endocytoza niektóre substancje (białka żółtkowe, immunoglobuliny itp.) powstają w wyniku kontaktu tych substancji ze specyficznymi dla substratu miejscami receptorowymi na błonie komórkowej.

Materiały, które dostają się do komórki przez endocytozę, są rozkładane („trawione”), akumulowane (np. białka żółtka) lub ponownie wydalane z przeciwnej strony komórki przez egzocytozę („cytopempsis”).

Egzocytoza(z greckiego egzo - na zewnątrz, na zewnątrz) - proces przeciwny do endocytozy: na przykład z retikulum endoplazmatycznego, aparatu Golgiego, różnych pęcherzyków endocytowych, lizosomy łączą się z błoną komórkową, uwalniając ich zawartość na zewnątrz.

BIOFIZYKA TRANSPORTU SUBSTANCJI PRZEZ MEMBRANĘ.

Pytania do samodzielnego zbadania

1. Jakie udogodnienia obejmuje infrastruktura kompleksu transportu samochodowego?

2. Wymień główne składniki zanieczyszczenia środowiska przez kompleks transportu samochodowego.

3. Wymień główne przyczyny powstawania zanieczyszczenia środowiska przez kompleks transportu samochodowego.

4. Wymienić źródła, opisać mechanizmy powstawania i scharakteryzować skład zanieczyszczenia atmosfery przez strefy przemysłowe i sekcje przedsiębiorstw transportu drogowego.

5. Podać klasyfikację ścieków z przedsiębiorstw transportu drogowego.

6. Wymień i scharakteryzuj główne zanieczyszczenia ścieków z przedsiębiorstw transportu drogowego.

7. Opisać problematykę działalności związanej z wytwarzaniem odpadów w przedsiębiorstwach transportu drogowego.

8. Podaj opis rozkładu masy szkodliwych emisji i odpadów ATC według ich rodzajów.

9. Analizować wkład obiektów infrastruktury ATC w zanieczyszczenie środowiska.

10. Jakie rodzaje przepisów składają się na system przepisów środowiskowych. Opisz każdy z tych typów standardów.

Komórka to otwarty system, który w sposób ciągły wymienia materię i energię z otoczeniem. Transport substancji przez błony biologiczne warunek koniecznyżycie. Przenoszenie substancji przez błony wiąże się z procesami metabolizmu komórkowego, procesami bioenergetycznymi, tworzeniem biopotencjałów, generowaniem impulsu nerwowego itp. Naruszenie transportu substancji przez błony biologiczne prowadzi do różnych patologii. Leczenie często wiąże się z przenikaniem leków przez błony komórkowe. Błona komórkowa stanowi selektywną barierę dla różnych substancji wewnątrz i na zewnątrz komórki. Istnieją dwa rodzaje transportu membranowego: transport pasywny i aktywny.

Wszystko rodzaje transportu pasywnego oparty na zasadzie dyfuzji. Dyfuzja jest wynikiem chaotycznych, niezależnych ruchów wielu cząstek. Dyfuzja stopniowo zmniejsza gradient stężenia, aż do osiągnięcia stanu równowagi. W takim przypadku w każdym punkcie zostanie ustalone jednakowe stężenie, a dyfuzja w obu kierunkach będzie przebiegać jednakowo.Dyfuzja jest transportem pasywnym, ponieważ nie wymaga energii zewnętrznej. Istnieje kilka rodzajów dyfuzji w błonie plazmatycznej:

1 ) swobodna dyfuzja.

123456Następny

Przeczytaj także:

Film: Transport w komórkach, dyfuzja i osmoza, część 1 Transport w komórkach: dyfuzja i osmoza, część 1

Dyfuzja przez błonę komórkową dzieli się na dwa podtypy: dyfuzję prostą i dyfuzję ułatwioną. Prosta dyfuzja oznacza, że ​​ruch kinetyczny cząsteczek lub jonów zachodzi przez dziurę w błonie lub przestrzenie międzycząsteczkowe bez interakcji z białkami nośnikowymi błony. Szybkość dyfuzji zależy od ilości substancji, szybkości ruchu kinetycznego, liczby i wielkości otworów w błonie, przez które mogą poruszać się cząsteczki lub jony.

Wideo: Transport substancji w organizmie

Ułatwiona dyfuzja wymaga interakcji z białkiem nośnikowym, które ułatwia transport cząsteczek lub jonów poprzez chemiczne wiązanie się z nimi iw tej formie krążenie przez błonę.

prosta dyfuzja może przechodzić przez błonę komórkową na dwa sposoby: (1) przez przestrzenie międzycząsteczkowe dwuwarstwy lipidowej, jeśli substancja dyfundująca jest rozpuszczalna w tłuszczach, (2) przez wypełnione wodą kanały penetrujące niektóre duże białka transportowe, jak pokazano na ryc.

Transport substancji przez błonę. Aktywny i pasywny transport substancji przez błonę

Dyfuzja substancji rozpuszczalnych w tłuszczach przez dwuwarstwę lipidową. Jednym z najważniejszych czynników determinujących szybkość dyfuzji substancji przez dwuwarstwę lipidową jest jej rozpuszczalność w lipidach. Na przykład tlen, azot, dwutlenek węgla i alkohole mają wyższą rozpuszczalność w lipidach, dzięki czemu mogą bezpośrednio rozpuszczać się w dwuwarstwie lipidowej i dyfundować przez błonę komórkową w taki sam sposób, jak substancje rozpuszczalne w wodzie dyfundują w roztworach wodnych. Oczywiście ilość dyfuzji każdej z tych substancji jest wprost proporcjonalna do ich rozpuszczalności w lipidach. W ten sposób można transportować bardzo dużą ilość tlenu. W ten sposób tlen może być dostarczany do komórek prawie tak szybko, jak gdyby błona komórkowa nie istniała.

Dyfuzja wody i innych nierozpuszczalnych tłuszczów cząsteczki przez kanały białkowe. Pomimo tego, że woda w ogóle nie rozpuszcza się w lipidach błony, z łatwością przechodzi przez kanały w cząsteczkach białka przenikających przez błonę. Szybkość, z jaką cząsteczki wody mogą poruszać się przez większość błon komórkowych, jest niesamowita. Na przykład całkowita ilość wody, która dyfunduje w dowolnym kierunku przez błonę erytrocytów na sekundę jest około 100 razy większa niż objętość samej komórki.

Za pośrednictwem dostarczonych kanałów pory białkowe, inne cząsteczki nierozpuszczalne w tłuszczach mogą również przejść, jeśli są rozpuszczalne w wodzie i wystarczająco małe. Jednak wzrost wielkości takich cząsteczek szybko zmniejsza ich penetrację. Na przykład możliwość przenikania mocznika przez membranę jest około 1000 razy mniejsza niż wody, chociaż średnica cząsteczki mocznika jest tylko o 20% większa niż średnica cząsteczki wody. Jednak biorąc pod uwagę zadziwiającą szybkość przepływu wody, penetrująca siła mocznika pozwala na jego szybki transport przez membranę w ciągu kilku minut.

Dyfuzja przez kanały białkowe

Komputer 3D odbudowa kanałów białkowych wykazali obecność struktur kanalikowych przenikających przez błonę na wskroś – od płynu zewnątrzkomórkowego do wewnątrzkomórkowego. Dlatego substancje mogą przemieszczać się tymi kanałami przez prostą dyfuzję z jednej strony membrany na drugą. Kanały białkowe wyróżniają się dwiema ważnymi cechami: (1) są często selektywnie przepuszczalne dla pewnych substancji, (2) wiele kanałów można otwierać lub zamykać bramkami.

Wideo: Potencjały membrany — część 1

Wyborczy przepuszczalność kanałów białkowych. Wiele kanałów białkowych jest wysoce selektywnych w transporcie jednego lub więcej specyficznych jonów lub cząsteczek. Wynika to z właściwości kanału (średnica i kształt), a także z charakteru ładunków elektrycznych i wiązań chemicznych powierzchni jego okładziny. Na przykład jeden z najważniejszych kanałów białkowych – tak zwany kanał sodowy – ma średnicę od 0,3 do 0,5 nm, ale co ważniejsze, wewnętrzne powierzchnie tego kanału są silnie naładowane ujemnie. Te ujemne ładunki mogą wciągać do kanałów małe, odwodnione jony sodu, skutecznie wyciągając je z otaczających cząsteczek wody. W kanale jony sodu dyfundują w dowolnym kierunku zgodnie ze zwykłymi zasadami dyfuzji. Pod tym względem kanał sodowy jest szczególnie selektywny dla przewodzenia jonów sodowych.

Kanały te są nieco mniejsze niż kanały sodowe. kanały, ich średnica wynosi tylko około 0,3 nm, ale nie są naładowane ujemnie i mają różne wiązania chemiczne. W konsekwencji nie ma wyraźnej siły wciągającej jony do kanału, a jony potasu nie są uwalniane z ich powłoki wodnej. Uwodniona forma jonu potasu jest znacznie mniejsza niż uwodniona forma jonu sodu, ponieważ jon sodu przyciąga znacznie więcej cząsteczek wody niż jon potasu. Dlatego mniejsze uwodnione jony potasu mogą z łatwością przejść przez ten wąski kanał, podczas gdy większy uwodniony jon sodu jest „usuwany”, co zapewnia selektywną przepuszczalność dla określonego jonu.

Źródło: http://meduniver.com
Uwaga, tylko DZIŚ!

Transport substancji: mechanizmy przenikania substancji do komórki

Transport pasywny

Ruch substancji (jonów lub małych cząsteczek) wzdłuż gradientu stężenia. Odbywa się to bez wydatkowania energii przez prostą dyfuzję, osmozę lub dyfuzję ułatwioną za pomocą białek nośnikowych.

transport aktywny

Transport substancji (jonów lub małych cząsteczek) za pomocą białek nośnikowych wbrew gradientowi stężeń. Odbywa się to kosztem ATP.

Endocytoza

Wchłanianie substancji (dużych cząstek lub makrocząsteczek) przez otaczanie ich wyrostkami błony cytoplazmatycznej z tworzeniem pęcherzyków otoczonych błoną.

Egzocytoza

Uwalnianie substancji (dużych cząstek lub makrocząsteczek) z komórki przez otaczanie ich wyrostkami błony cytoplazmatycznej z tworzeniem pęcherzyków otoczonych błoną.

Fagocytoza i odwrotna fagocytoza

Absorpcja i uwalnianie cząstek stałych i dużych. charakterystyka komórek zwierzęcych i ludzkich.

Pinocytoza i odwrócona pinocytoza

Wchłanianie i uwalnianie cząstek ciekłych i rozpuszczonych. charakterystyka komórek roślinnych i zwierzęcych.

Kirilenko A. A. Biologia.

TRANSPORT SUBSTANCJI PRZEZ MEMBRANĘ

POSŁUGIWAĆ SIĘ. Sekcja „Biologia molekularna”. Teoria, zadania szkoleniowe. 2017.

Natura chemiczna transportowana substancja i jej stężenie z rozmiarów

Transport pasywny

droga prosta dyfuzja osmoza.

ułatwiona dyfuzja.

białka nośnikowe oraz białka kanałowe. Białko nośnikowe,

Kanały białkowe

"bramy", które otwierają się na krótki czas, a następnie zamykają.

W zależności od charakteru kanału, bramka może otwierać się w odpowiedzi na wiązanie cząsteczek sygnałowych (kanały bramkowe bramkowane ligandem), zmiany potencjału błonowego (kanały bramkowe bramkowane napięciem) lub stymulację mechaniczną.

Transport aktywny

pompa sodowo-potasowa

Pompę tworzą specyficzne białka-enzymy trifosfatazy adenozyny, wbudowane w błony biologiczne, katalizujące rozszczepianie reszt kwasu fosforowego z cząsteczki ATP.

W skład ATPaz wchodzą: centrum enzymatyczne, kanał jonowy oraz elementy strukturalne, które zapobiegają wstecznemu wyciekowi jonów podczas pracy pompy. Praca pompy sodowo-potasowej zużywa ponad 1/3 ATP zużywanego przez komórkę.

Uniport - coporterzy, lub powiązanych przewoźników. symport antyport - w przeciwnych kierunkach. Na przykład pompa sodowo-potasowa działa zgodnie z zasadą antiport, aktywnie pompując jony Na + z komórek i jony K + do komórek wbrew ich gradientom elektrochemicznym. Przykładem symportu jest reabsorpcja glukozy i aminokwasów z pierwotnego moczu przez komórki kanalików nerkowych. W moczu pierwotnym stężenie Na + jest zawsze znacznie wyższe niż w cytoplazmie komórek kanalików nerkowych, co zapewnia praca pompy sodowo-potasowej. Wiązanie glukozy w moczu pierwotnym ze sprzężonym białkiem nośnikowym otwiera kanał Na+, czemu towarzyszy transfer jonów Na+ z moczu pierwotnego do komórki wzdłuż ich gradientu stężeń, czyli przez transport bierny. Z kolei przepływ jonów Na+ powoduje zmiany w konformacji białka nośnikowego, powodując transport glukozy w tym samym kierunku co jony Na+: z moczu pierwotnego do komórki.

W tym przypadku do transportu glukozy, jak widać, sprzężony nośnik wykorzystuje energię gradientu jonów Na+ wytworzonych przez działanie pompy sodowo-potasowej. Tak więc działanie pompy sodowo-potasowej i sprzężonego transportera, który do transportu glukozy wykorzystuje gradient jonów Na+, umożliwia ponowne wchłonięcie prawie całej glukozy z moczu pierwotnego i włączenie jej do ogólnego metabolizmu organizmu.

Jak wspomniano powyżej, podczas pracy pompy sodowo-potasowej na każde dwa jony potasu zaabsorbowane przez komórkę, usuwane są z niej trzy jony sodu. W wyniku tego na zewnątrz komórek powstaje nadmiar jonów Na+, a wewnątrz powstaje nadmiar jonów K+. Jednak jeszcze większy wkład w tworzenie potencjału przezbłonowego mają kanały potasowe, które w spoczynku komórek są zawsze otwarte. Z tego powodu jony K + opuszczają komórkę wzdłuż gradientu stężenia do środowiska zewnątrzkomórkowego. W rezultacie pomiędzy dwiema stronami membrany występuje różnica potencjałów od 20 do 100 mV. Osoczema komórek pobudliwych (nerwowych, mięśniowych, wydzielniczych) wraz z kanałami K+- zawiera liczne kanały Na+, które otwierają się na krótki czas, gdy na komórkę działają sygnały chemiczne, elektryczne lub inne. Otwarcie kanałów Na+ powoduje zmianę potencjału transbłonowego (depolaryzację błony) i specyficzną odpowiedź komórki na działanie sygnału.

pompy elektrogeniczne.

charakteryzuje się tym, że transportowane substancje na pewnych etapach transportu znajdują się wewnątrz pęcherzyków błonowych, to znaczy są otoczone błoną.

22. Transport substancji przez membranę. Transport aktywny i pasywny

W zależności od kierunku, w którym substancje są przenoszone (do lub z komórki), transport w opakowaniach błonowych dzieli się na endocytozę i egzocytozę.

Endocytoza

Fagocytoza -

pseudopodia, fagosom.

pinocytoza

obramowane fossae klatryna. obramowana bańka,

Egzocytoza

Konstytutywna egzocytoza

Regulowana egzocytoza

Podczas egzocytozy pęcherzyki wydzielnicze powstające w cytoplazmie są zwykle kierowane do wyspecjalizowanych obszarów aparatu powierzchniowego, zawierających dużą ilość białek fuzyjnych lub białek fuzyjnych. Kiedy białka fuzyjne plazmalemmy i pęcherzyka wydzielniczego wchodzą w interakcję, powstaje por fuzyjny, który łączy wnękę pęcherzyka ze środowiskiem zewnątrzkomórkowym. Jednocześnie aktywowany jest układ aktomiozyny, w wyniku którego zawartość pęcherzyka wylewa się z niego poza komórkę. Tak więc podczas indukowanej egzocytozy energia jest potrzebna nie tylko do transportu pęcherzyków wydzielniczych do plazmalemmy, ale także do procesu sekrecji.

Transcytoza, lub rekreacja , -

Sposoby transportu substancji przez membranę.

Większość procesów życiowych, takich jak wchłanianie, wydalanie, przewodzenie impulsu nerwowego, skurcz mięśni, synteza ATP, utrzymanie stałego składu jonowego i zawartości wody, wiąże się z przenoszeniem substancji przez błony. Ten proces w układach biologicznych nazywa się transport . Wymiana substancji między komórką a jej otoczeniem zachodzi w sposób ciągły. Mechanizmy transportu substancji do iz komórki zależą od wielkości transportowanych cząstek. Małe cząsteczki i jony są transportowane przez komórkę bezpośrednio przez błonę w formie transportu pasywnego i aktywnego.

Transport pasywny przeprowadzana bez wydatku energii, wzdłuż gradientu stężenia przez prostą dyfuzję, filtrację, osmozę lub dyfuzję ułatwioną.

Dyfuzja – przenikanie substancji przez membranę wzdłuż gradientu stężeń (od obszaru, w którym ich stężenie jest wyższe, do obszaru, w którym stężenie jest mniejsze); proces ten przebiega bez wydatkowania energii ze względu na chaotyczny ruch cząsteczek. Rozproszony transport substancji (woda, jony) odbywa się przy udziale integralnych białek błony, w których znajdują się pory molekularne (kanały, przez które przechodzą rozpuszczone cząsteczki i jony) lub przy udziale fazy lipidowej (dla tłuszczu -substancje rozpuszczalne). Dyfuzja umożliwia przedostanie się rozpuszczonych cząsteczek tlenu do komórki dwutlenek węgla a także trucizny i narkotyki.

Rodzaje transportu przez błonę.1 - dyfuzja prosta; 2 - dyfuzja przez kanały membranowe; 3 - ułatwiona dyfuzja za pomocą białek nośnikowych; 4 - aktywny transport.

Ułatwiona dyfuzja. Transport substancji przez dwuwarstwę lipidową na drodze prostej dyfuzji zachodzi z małą szybkością, zwłaszcza w przypadku cząstek naładowanych, i jest prawie niekontrolowany. Dlatego w procesie ewolucji pojawiły się specyficzne kanały błonowe i nośniki błonowe dla niektórych substancji, które przyczyniają się do zwiększenia szybkości transferu, a dodatkowo przeprowadzają selektywny transport.

Pasywny transport substancji za pomocą nośników nazywa się ułatwiona dyfuzja. W błonę wbudowane są specjalne białka nośnikowe (permeaza). Permeazy selektywnie wiążą się z jednym lub drugim jonem lub cząsteczką i przenoszą je przez błonę. W tym przypadku cząstki poruszają się szybciej niż przy konwencjonalnej dyfuzji.

Osmoza - wnikanie wody do komórek z roztworu hipotonicznego.

Filtrowanie — przesiąkanie substancji porowych w kierunku niższych wartości ciśnienia. Przykładem filtracji w organizmie jest przepływ wody przez ściany naczyń krwionośnych, wyciskając osocze krwi do kanalików nerkowych.

Ryż. Ruch kationów wzdłuż gradientu elektrochemicznego.

transport aktywny. Gdyby w komórkach istniał tylko transport pasywny, wówczas stężenia, ciśnienia i inne wielkości na zewnątrz i wewnątrz komórki byłyby równe. Istnieje zatem inny mechanizm, który działa w kierunku przeciwnym do gradientu elektrochemicznego i zachodzi wraz z wydatkowaniem energii przez ogniwo. Przenoszenie cząsteczek i jonów wbrew gradientowi elektrochemicznemu, realizowane przez komórkę dzięki energii procesów metabolicznych, nazywane jest transportem aktywnym i jest nieodłączne tylko w błonach biologicznych. Aktywny transport substancji przez błonę następuje z powodu Darmowa energia uwalniane podczas reakcji chemicznych w komórce. Aktywny transport w organizmie tworzy gradienty stężeń, potencjałów elektrycznych, ciśnień tj. utrzymuje życie w ciele.

Transport aktywny polega na przemieszczaniu się substancji wbrew gradientowi stężeń za pomocą białek transportowych (poryny, ATPazy itp.), które tworzą pompy membranowe, z wydatkowaniem energii ATP (pompa potasowo-sodowa, regulacja stężenia jonów wapnia i magnezu w komórkach, pobór cukrów prostych, nukleotydów, aminokwasów). Zbadano trzy główne systemy transportu aktywnego, które zapewniają przenoszenie jonów Na, K, Ca, H przez membranę.

Mechanizm. Jony K + i Na + są nierównomiernie rozmieszczone po różnych stronach błony: stężenie jonów Na + na zewnątrz > K + oraz wewnątrz komórki K + > Na + . Jony te dyfundują przez membranę w kierunku gradientu elektrochemicznego, co prowadzi do jej wyrównania. Pompy Na-K są częścią błon cytoplazmatycznych i działają dzięki energii hydrolizy cząsteczek ATP z tworzeniem cząsteczek ADP i nieorganicznego fosforanu F n: ATP \u003d ADP + P n. Pompa działa odwracalnie: gradienty stężenia jonów promują syntezę cząsteczek ATP z mol-l ADP i F n: ADP + F n \u003d ATP.

Pompa Na + /K + - jest białkiem transbłonowym zdolnym do zmian konformacyjnych, w wyniku których może przyłączać zarówno "K +" jak i "Na +".

Transport membranowy

W jednym cyklu pracy pompa usuwa z komórki trzy „Na+” i uruchamia dwa „K+” ze względu na energię cząsteczki ATP. Pompa sodowo-potasowa zużywa prawie jedną trzecią całej energii potrzebnej do życia komórki.

Nie tylko pojedyncze cząsteczki mogą być transportowane przez błonę, ale także ciała stałe (fagocytoza), rozwiązania ( pinocytoza). Fagocytoza – wychwytywanie i wchłanianie dużych cząstek(komórki, części komórek, makrocząsteczki) i pinocytoza – przechwytywanie i wchłanianie płynnego materiału(roztwór, roztwór koloidalny, zawiesina). Powstałe wakuole pinocytowe mają wielkość od 0,01 do 1-2 mikronów. Następnie wakuola zanurza się w cytoplazmie i sznuruje. W tym samym czasie ściana wakuoli pinocytowej całkowicie zachowuje strukturę błony plazmatycznej, która ją spowodowała.

Jeśli substancja jest transportowana do komórki, nazywa się ten sposób transportu endocytoza ( przenieść do komórki przez bezpośrednią pino lub fagocytozę), jeśli na zewnątrz, to - egzocytoza ( transport z komórki przez odwrotną fazę pinota lub fagocytozę). W pierwszym przypadku na zewnętrznej stronie membrany powstaje wgłębienie, które stopniowo zamienia się w bańkę. Bańka odrywa się od błony wewnątrz komórki. Taki pęcherzyk zawiera transportowaną substancję otoczoną błoną bilipidową (pęcherzyk). Następnie pęcherzyk łączy się z niektórymi organellami komórkowymi i uwalnia do niego swoją zawartość. W przypadku egzocytozy proces przebiega w odwrotnej kolejności: pęcherzyk zbliża się do błony od wewnątrz komórki, łączy się z nią i wyrzuca jej zawartość do przestrzeni międzykomórkowej.

Pinocytoza i fagocytoza są zasadniczo podobnymi procesami, w których można wyróżnić cztery fazy: przyjmowanie substancji przez pino- lub fagocytozę, ich rozszczepianie pod wpływem enzymów wydzielanych przez lizosomy, przenoszenie produktów rozszczepienia do cytoplazmy (z powodu zmian w przepuszczalność błon wakuolowych) i uwalnianie produktów przemiany materii. Wiele pierwotniaków i niektóre leukocyty są zdolne do fagocytozy. Pinocytozę obserwuje się w komórkach nabłonka jelita, w śródbłonku naczyń włosowatych krwi.

Poprzedni12345678Następny

ZOBACZ WIĘCEJ:

Transport substancji przez błonę plazmatyczną

Funkcja transportu barierowego aparatu powierzchniowego komórki jest zapewniona przez selektywny transfer jonów, cząsteczek i struktur supramolekularnych do iz komórki. Transport przez błony zapewnia dostarczanie składników odżywczych i usuwanie z komórki końcowych produktów przemiany materii, wydzielania, tworzenia gradientów jonowych i potencjału przezbłonowego, utrzymania niezbędnych wartości pH w komórce itp.

Mechanizmy transportu substancji do iz komórki zależą od: Natura chemiczna transportowana substancja i jej stężenie po obu stronach błony komórkowej oraz z rozmiarów transportowane cząstki. Małe cząsteczki i jony są transportowane przez błonę przez transport pasywny lub aktywny. Przenoszenie makrocząsteczek i dużych cząstek odbywa się za pomocą transportu w „pakietu membranowym”, czyli dzięki tworzeniu się bąbelków otoczonych membraną.

Transport pasywny Nazywa się ruch substancji przez błonę wzdłuż gradientu ich stężenia bez wydatkowania energii. Taki transport odbywa się poprzez dwa główne mechanizmy: dyfuzję prostą i dyfuzję ułatwioną.

droga prosta dyfuzja transportowane są małe polarne i niepolarne cząsteczki, kwasy tłuszczowe i inne hydrofobowe substancje organiczne o małej masie cząsteczkowej. Nazywa się transport cząsteczek wody przez membranę, realizowany przez dyfuzję bierną osmoza. Przykładem prostej dyfuzji jest transport gazów przez błonę plazmatyczną komórek śródbłonka naczyń włosowatych krwi do otaczającego płynu tkankowego iz powrotem.

Cząsteczki hydrofilowe i jony, które nie są w stanie samodzielnie przejść przez błonę, są transportowane za pomocą specyficznych białek transportujących błonę. Ten mechanizm transportowy nazywa się ułatwiona dyfuzja.

Istnieją dwie główne klasy białek transportujących przez błonę: białka nośnikowe oraz białka kanałowe. Cząsteczki transportowanej substancji, wiążące się z Białko nośnikowe, powodują jego zmiany konformacyjne, powodujące przenoszenie tych cząsteczek przez błonę. Ułatwiona dyfuzja charakteryzuje się dużą selektywnością w stosunku do transportowanych substancji.

Kanały białkowe tworzą wypełnione wodą pory penetrujące dwuwarstwę lipidową. Kiedy pory te są otwarte, przechodzą przez nie nieorganiczne jony lub cząsteczki transportowanych substancji, a tym samym są transportowane przez błonę. Kanały jonowe zapewniają transfer około 106 jonów na sekundę, co stanowi ponad 100-krotność szybkości transportu realizowanego przez białka nośnikowe.

Większość białek kanałowych ma "bramy", które otwierają się na krótki czas, a następnie zamykają. W zależności od charakteru kanału, bramka może otwierać się w odpowiedzi na wiązanie cząsteczek sygnałowych (kanały bramkowe bramkowane ligandem), zmiany potencjału błonowego (kanały bramkowe bramkowane napięciem) lub stymulację mechaniczną.

Transport aktywny to ruch substancji przez błonę wbrew ich gradientom stężeń. Odbywa się za pomocą białek nośnikowych i wymaga wydatkowania energii, której głównym źródłem jest ATP.

Przykładem transportu aktywnego, który wykorzystuje energię hydrolizy ATP do pompowania jonów Na+ i K+ przez błonę komórkową, jest praca pompa sodowo-potasowa, zapewniając tworzenie potencjału błonowego na błonie komórkowej komórek.

Pompę tworzą specyficzne białka-enzymy trifosfatazy adenozyny, wbudowane w błony biologiczne, katalizujące rozszczepianie reszt kwasu fosforowego z cząsteczki ATP. W skład ATPaz wchodzą: centrum enzymatyczne, kanał jonowy oraz elementy strukturalne, które zapobiegają wstecznemu wyciekowi jonów podczas pracy pompy. Praca pompy sodowo-potasowej zużywa ponad 1/3 ATP zużywanego przez komórkę.

W zależności od zdolności białek transportowych do przenoszenia jednego lub więcej rodzajów cząsteczek i jonów, transport pasywny i aktywny dzieli się na transport uniport i coport lub transport sprzężony.

Uniport - jest to transport, w którym białko nośnikowe funkcjonuje tylko w stosunku do cząsteczek lub jonów jednego typu. W transporcie coport lub skoniugowanym białko nośnikowe jest zdolne do jednoczesnego transportu dwóch lub więcej rodzajów cząsteczek lub jonów. Te białka nośnikowe są nazywane coporterzy, lub powiązanych przewoźników. Istnieją dwa rodzaje coportu: symport i antiport. Kiedy symport cząsteczki lub jony są transportowane w jednym kierunku, a kiedy antyport - w przeciwnych kierunkach. Na przykład pompa sodowo-potasowa działa zgodnie z zasadą antiport, aktywnie pompując jony Na + z komórek i jony K + do komórek wbrew ich gradientom elektrochemicznym.

Przykładem symportu jest reabsorpcja glukozy i aminokwasów z pierwotnego moczu przez komórki kanalików nerkowych. W moczu pierwotnym stężenie Na + jest zawsze znacznie wyższe niż w cytoplazmie komórek kanalików nerkowych, co zapewnia praca pompy sodowo-potasowej. Wiązanie glukozy w moczu pierwotnym ze sprzężonym białkiem nośnikowym otwiera kanał Na+, czemu towarzyszy transfer jonów Na+ z moczu pierwotnego do komórki wzdłuż ich gradientu stężeń, czyli przez transport bierny. Z kolei przepływ jonów Na+ powoduje zmiany w konformacji białka nośnikowego, powodując transport glukozy w tym samym kierunku co jony Na+: z moczu pierwotnego do komórki. W tym przypadku do transportu glukozy, jak widać, sprzężony nośnik wykorzystuje energię gradientu jonów Na+ wytworzonych przez działanie pompy sodowo-potasowej. Tak więc działanie pompy sodowo-potasowej i sprzężonego transportera, który do transportu glukozy wykorzystuje gradient jonów Na+, umożliwia ponowne wchłonięcie prawie całej glukozy z moczu pierwotnego i włączenie jej do ogólnego metabolizmu organizmu.

Ze względu na selektywny transport naładowanych jonów plazmalemma prawie wszystkich komórek przenosi ładunki dodatnie po zewnętrznej stronie i ujemne po wewnętrznej cytoplazmatycznej. W rezultacie powstaje różnica potencjałów między obiema stronami membrany.

Tworzenie potencjału transbłonowego osiągane jest głównie dzięki pracy wbudowanych w błonę komórkową systemów transportowych: pompy sodowo-potasowej oraz kanałów białkowych dla jonów K+.

Jak wspomniano powyżej, podczas pracy pompy sodowo-potasowej na każde dwa jony potasu zaabsorbowane przez komórkę, usuwane są z niej trzy jony sodu. W wyniku tego na zewnątrz komórek powstaje nadmiar jonów Na+, a wewnątrz powstaje nadmiar jonów K+. Jednak jeszcze większy wkład w tworzenie potencjału przezbłonowego mają kanały potasowe, które w spoczynku komórek są zawsze otwarte. Z tego powodu jony K + opuszczają komórkę wzdłuż gradientu stężenia do środowiska zewnątrzkomórkowego. W rezultacie pomiędzy dwiema stronami membrany występuje różnica potencjałów od 20 do 100 mV. Osoczema komórek pobudliwych (nerwowych, mięśniowych, wydzielniczych) wraz z kanałami K+- zawiera liczne kanały Na+, które otwierają się na krótki czas, gdy na komórkę działają sygnały chemiczne, elektryczne lub inne.

Otwarcie kanałów Na+ powoduje zmianę potencjału transbłonowego (depolaryzację błony) i specyficzną odpowiedź komórki na działanie sygnału.

Białka transportowe, które generują potencjalną różnicę przez błonę, nazywane są pompy elektrogeniczne. Pompa sodowo-potasowa służy jako główna pompa elektrogeniczna komórek.

Transport w opakowaniu membranowym charakteryzuje się tym, że transportowane substancje na pewnych etapach transportu znajdują się wewnątrz pęcherzyków błonowych, to znaczy są otoczone błoną. W zależności od kierunku, w którym substancje są przenoszone (do lub z komórki), transport w opakowaniach błonowych dzieli się na endocytozę i egzocytozę.

Endocytoza proces wchłaniania przez komórkę makrocząsteczek i większych cząstek (wirusów, bakterii, fragmentów komórek) tzw. Endocytozę przeprowadza się przez fagocytozę i pinocytozę.

Fagocytoza - proces aktywnego wychwytywania i wchłaniania przez komórkę stałych mikrocząstek, których wielkość przekracza 1 mikron (bakterie, fragmenty komórek itp.). Podczas fagocytozy komórka rozpoznaje określone grupy molekularne fagocytowanej cząstki za pomocą specjalnych receptorów.

Następnie w miejscu kontaktu cząstki z błoną komórkową powstają wyrostki błony plazmatycznej - pseudopodia, które otaczają mikrocząstki ze wszystkich stron. W wyniku fuzji pseudopodia taka cząsteczka zostaje zamknięta w pęcherzyku otoczonym błoną, która nazywa się fagosom. Tworzenie fagosomów jest procesem zależnym od energii i przebiega z udziałem układu aktomiozyny. Fagosom, zanurzony w cytoplazmie, może łączyć się z późnym endosomem lub lizosomem, w wyniku czego trawione są wchłonięte przez komórkę mikrocząstki organiczne, takie jak komórka bakteryjna. U ludzi tylko kilka komórek jest zdolnych do fagocytozy: na przykład makrofagi tkanki łącznej i leukocyty krwi. Komórki te pochłaniają bakterie, a także różne stałe cząstki, które dostają się do organizmu, chroniąc w ten sposób przed patogenami i obcymi cząstkami.

pinocytoza- wchłanianie cieczy przez komórkę w postaci roztworów i zawiesin właściwych i koloidalnych. Proces ten jest na ogół podobny do fagocytozy: kropla płynu jest zanurzona w uformowanym wgłębieniu błony komórkowej, otoczona przez nią i zamknięta w bańce o średnicy 0,07-0,02 mikrona, zanurzonej w hialoplazmie komórki.

Mechanizm pinocytozy jest bardzo złożony. Proces ten przeprowadza się w wyspecjalizowanych obszarach aparatu powierzchniowego komórek, zwanych jamkami granicznymi, które zajmują około 2% powierzchni komórki. obramowane fossae to małe wgłębienia plazmalemmy, obok których znajduje się duża ilość białka w obwodowej hialoplazmie klatryna. W obszarze zagłębień graniczących na powierzchni komórki znajdują się również liczne receptory, które mogą specyficznie rozpoznawać i wiązać transportowane cząsteczki. Kiedy te cząsteczki są związane przez receptory, dochodzi do polimeryzacji klatryny i inwazji plazmalemmy. W rezultacie a obramowana bańka, niosąc transportowane cząsteczki. Takie bąbelki otrzymały swoją nazwę ze względu na fakt, że klatryna na ich powierzchni pod mikroskopem elektronowym wygląda jak nierówna granica. Po oddzieleniu od plazmalemmy otoczone pęcherzyki tracą swoją klatrynę i zyskują zdolność łączenia się z innymi pęcherzykami. Procesy polimeryzacji i depolimeryzacji klatryny wymagają energii i są blokowane przy braku ATP.

Pinocytoza, ze względu na wysokie stężenie receptorów w ograniczonych dołkach, zapewnia selektywność i efektywność transportu określonych cząsteczek. Na przykład stężenie cząsteczek transportowanych substancji w zagłębieniach graniczących jest 1000 razy wyższe niż ich stężenie w środowisku. Pinocytoza jest głównym sposobem transportu białek, lipidów i glikoprotein do komórki. Poprzez pinocytozę komórka wchłania dziennie ilość płynu równą jej objętości.

Egzocytoza- proces usuwania substancji z komórki. Substancje, które mają być usunięte z komórki, są najpierw zamykane w pęcherzykach transportowych, których zewnętrzna powierzchnia z reguły pokryta jest białkiem klatryną, a następnie pęcherzyki takie kierowane są na błonę komórkową. Tutaj błona pęcherzyków łączy się z plazmalemą, a ich zawartość wylewa się z komórki lub, zachowując połączenie z plazmalemą, wchodzi do glikokaliksu.

Istnieją dwa rodzaje egzocytozy: konstytutywna (podstawowa) i regulowana.

Konstytutywna egzocytoza działa nieprzerwanie we wszystkich komórkach ciała. Służy jako główny mechanizm usuwania produktów przemiany materii z komórki i ciągłej odbudowy błony komórkowej.

Regulowana egzocytoza przeprowadzane tylko w specjalnych komórkach pełniących funkcję wydzielniczą. Uwolniona tajemnica gromadzi się w pęcherzykach wydzielniczych, a egzocytoza następuje dopiero po otrzymaniu przez komórkę odpowiedniego sygnału chemicznego lub elektrycznego. Na przykład komórki β wysp Langerhansa trzustki uwalniają swój sekret do krwi tylko wtedy, gdy stężenie glukozy we krwi wzrasta.

Podczas egzocytozy pęcherzyki wydzielnicze powstające w cytoplazmie są zwykle kierowane do wyspecjalizowanych obszarów aparatu powierzchniowego, zawierających dużą ilość białek fuzyjnych lub białek fuzyjnych. Kiedy białka fuzyjne plazmalemmy i pęcherzyka wydzielniczego wchodzą w interakcję, powstaje por fuzyjny, który łączy wnękę pęcherzyka ze środowiskiem zewnątrzkomórkowym.

Jednocześnie aktywowany jest układ aktomiozyny, w wyniku którego zawartość pęcherzyka wylewa się z niego poza komórkę. Tak więc podczas indukowanej egzocytozy energia jest potrzebna nie tylko do transportu pęcherzyków wydzielniczych do plazmalemmy, ale także do procesu sekrecji.

Transcytoza, lub rekreacja , - jest to transport, w którym poszczególne cząsteczki są transportowane przez komórkę. Ten rodzaj transportu osiąga się poprzez połączenie endo- i egzocytozy. Przykładem transcytozy jest transport substancji przez komórki ścian naczyń włosowatych człowieka, który może odbywać się zarówno w jednym, jak i drugim kierunku.

Istnieje kilka sposobów transportu substancji przez błonę:

prosta dyfuzja- jest to przenoszenie małych obojętnych cząsteczek wzdłuż gradientu stężeń bez wydatkowania energii i nośników. Najłatwiejszym sposobem przejścia przez prostą dyfuzję przez błonę lipidową są małe niepolarne cząsteczki, takie jak O2, steroidy, hormony tarczycy. Małe polarne, nienaładowane cząsteczki - CO 2 , NH 3 , H 2 O, etanol i mocznik - również dyfundują z wystarczającą szybkością. Dyfuzja glicerolu jest znacznie wolniejsza, a glukoza praktycznie nie jest w stanie samodzielnie przejść przez błonę. Dla wszystkich naładowanych cząsteczek, niezależnie od wielkości, błona lipidowa jest nieprzepuszczalna.

Ułatwiona dyfuzja- przenoszenie substancji wzdłuż gradientu stężeń bez wydatku energetycznego, ale z nośnikiem. charakterystyka substancji rozpuszczalnych w wodzie. Ułatwiona dyfuzja różni się od prostej dyfuzji większą szybkością przenoszenia i zdolnością do nasycenia. Istnieją dwa rodzaje ułatwionej dyfuzji:

a) transport przez specjalne kanały utworzone w białkach transbłonowych (na przykład kanały kationoselektywne);

b) za pomocą białek translokazy, które oddziałują z określonym ligandem, zapewnić jego dyfuzję wzdłuż gradientu stężenia (ping-pong) (przeniesienie glukozy do erytrocytów za pomocą białka nośnikowego GLUT-1).

Kinetycznie przeniesienie substancji przez ułatwioną dyfuzję przypomina reakcję enzymatyczną. W przypadku translokaz występuje nasycające stężenie ligandu, przy którym zajęte są wszystkie miejsca wiązania białka z ligandem, a białka działają z maksymalną prędkością. Dlatego też szybkość transportu substancji przez ułatwioną dyfuzję zależy nie tylko od gradientu stężenia transportowanej substancji, ale także od liczby nośników w błonie.

Prosta i ułatwiona dyfuzja odnosi się do transportu pasywnego, ponieważ zachodzi bez zużycia energii.

transport aktywny- transport substancji wbrew gradientowi stężeń (cząstki nienaładowane) lub gradientowi elektrochemicznemu (dla cząstek naładowanych), wymagającym energii, najczęściej ATP. Istnieją dwa jego rodzaje: pierwotny transport aktywny wykorzystuje energię potencjału ATP lub redox i odbywa się za pomocą transportowych ATPaz. Najczęstsze w błonie komórkowej ludzkich komórek to Na +, K + - ATP-aza, Ca 2+ -ATP-aza, H + -ATP-aza.

We wtórnym transporcie aktywnym stosuje się gradient jonowy, który powstaje na błonie w wyniku działania pierwotnego układu transportu aktywnego (absorpcja glukozy przez komórki jelitowe i reabsorpcja glukozy i aminokwasów z moczu pierwotnego przez komórki nerki, przeprowadzana przy Na+ jony poruszają się wzdłuż gradientu stężenia).

Transport przez błonę makrocząsteczek. Białka transportowe transportują małe, polarne cząsteczki przez błonę komórkową, ale nie mogą przenosić makrocząsteczek, takich jak białka, kwasy nukleinowe, polisacharydy lub pojedyncze cząsteczki. Mechanizmy, dzięki którym komórki mogą pobierać takie substancje lub usuwać je z komórki, różnią się od mechanizmów transportu jonów i związków polarnych.

A) Nazywa się przeniesienie substancji ze środowiska do komórki wraz z częścią błony plazmatycznej endocytoza. W wyniku endocytozy (fagocytozy) komórki mogą pochłaniać duże cząstki, takie jak wirusy, bakterie lub fragmenty komórek. Nazywa się wchłanianie cieczy i substancji w niej rozpuszczonych za pomocą małych bąbelków pinocytoza.

B) Egzocytoza. Makrocząsteczki, takie jak białka osocza, hormony peptydowe, enzymy trawienne, są syntetyzowane w komórkach, a następnie wydzielane do przestrzeni zewnątrzkomórkowej lub krwi. Ale błona nie jest przepuszczalna dla takich makrocząsteczek lub kompleksów, ich wydzielanie następuje na drodze egzocytozy. Organizm ma zarówno regulowane, jak i nieuregulowane ścieżki egzocytozy. Nieregulowana sekrecja charakteryzuje się ciągłą syntezą wydzielanych białek. Przykładem jest synteza i sekrecja kolagenu przez fibroblasty w celu utworzenia macierzy zewnątrzkomórkowej.

Regulowana sekrecja charakteryzuje się magazynowaniem cząsteczek przygotowanych do eksportu w pęcherzykach transportowych. Za pomocą regulowanego wydzielania, uwalniania enzymów trawiennych, a także wydzielania hormonów i neuroprzekaźników.

Przez błonę muszą przejść cząsteczki różnych substancji. Mogą być rozpuszczalne w wodzie (hydrofilowe) lub w tłuszczach (hydrofobowe), naładowane (jony K+, Na+, NO-3, Ca 2+) lub nienaładowane (CO 2, O 2, H 2 O, aminokwasy, cukry ), duże (białka, polisacharydy) lub małe.

Ponieważ wewnętrzna część dwuwarstwy lipidowej błony jest hydrofobowy, stanowi praktycznie nieprzenikalną barierę dla większości cząsteczek polarnych. Dzięki tej barierze substancje rozpuszczalne w wodzie nie mogą opuścić komórki. Jednak komórka musi otrzymać niezbędne składniki odżywcze i pozbyć się zbędnych.

Trudności w transporcie substancji przez błony związane są również z tym, że komórka wchłania wiele elementów odżywienia mineralnego w formie jonowej, a błony mają ładunek elektryczny. Na przykład wewnętrzna strona błony plazmatycznej jest naładowana ujemnie w stosunku do roztworu zewnętrznego. Pomaga to w przejściu dodatnio naładowanych jonów do protoplastu i zapobiega przedostawaniu się ujemnie naładowanych. Przeciwnie, tonoplast ma ładunek dodatni.

Jeżeli transportowana cząsteczka nie jest naładowana, to o kierunku jej ruchu decyduje jedynie różnica stężeń tej substancji po obu stronach błony (gradient stężenia): cząsteczki poruszają się w kierunku ich niższego stężenia. Jeśli jednak cząsteczka jest naładowana, to na jej transport wpływa również różnica potencjałów elektrycznych po bokach błony (gradient elektryczny). Stężenie i gradienty elektryczne są razem gradient elektrochemiczny.

Ponadto jony są otoczone muszla wodna, zwiększając ich średnicę. Na przykład promień nieuwodnionego jonu potasu wynosi 0,133 nm, a przyciąganie cząsteczek wody zwiększa go do 0,34 nm. W rezultacie dla wszystkich jonów, niezależnie od ich wielkości, membrany są w dużej mierze nieprzepuszczalne.

Często stężenie substancji w komórce jest większe niż w wolnej przestrzeni, więc substancja musi poruszać się wbrew gradientowi elektrochemicznemu. Taki transport wymaga energii. Nazywa się transport substancji przez błonę bez wydatku energii, wzdłuż gradientu potencjału elektrochemicznego bierny i transport wbrew potencjałowi elektrochemicznemu z wydatkowaniem energii uwalnianej w procesie metabolizmu (ATP) - aktywny.

Dyfuzja- bierny transport odbywa się wzdłuż gradientu potencjału elektrochemicznego bez marnowania energii. Małe niepolarne cząsteczki, takie jak tlen, są łatwo rozpuszczalne w dwuwarstwach lipidowych i dlatego szybko przechodzą przez błonę. Nienaładowane cząsteczki polarne również dyfundują z dużą prędkością, jeśli są wystarczająco małe, takie jak dwutlenek węgla (44 Da), etanol (46 Da), mocznik (60 Da). Prześlizgują się przez otwory, które tworzą się między oscylacyjnymi „ogonami” cząsteczek lipidów.

Aby dyfuzja trwała przez długi czas, a wzrost stężenia substancji w komórce jej nie powstrzymał, cząsteczka substancji, która dostała się do cytoplazmy, musi się w ten sposób zmienić za pomocą substancji chemicznej reakcja, że ​​membrana staje się dla niej nieprzepuszczalna. Na przykład w komórkach niektórych bakterii cukry ulegają fosforylacji po przeniesieniu przez błonę plazmatyczną. W efekcie ładują się, nie mogą opuścić ogniwa i się w nim akumulować.

Małe cząsteczki rozpuszczalne w wodzie (cukry, aminokwasy, nukleotydy) transportują specjalne białka przez hydrofobową dwuwarstwę błony, które są nazywane transport membranowybiałka. Każde białko zawiera tylko określoną cząsteczkę lub grupę podobnych cząsteczek, tj. białka te są stosunkowo konkretny. W ten sposób zapewniona jest selektywność wchłaniania substancji przez komórkę.

Istnieją dwa rodzaje białek transportujących przez błonę - białyki-przewoźnicy oraz białka tworzące kanały.

Białka nośnikowe.- Praca białek nośnikowych przypomina pracę enzymu, ale przenoszona substancja nie zmienia się. Białko transportowe łączy się z cząsteczką lub jonem przenoszonej substancji na zasadzie komplementarności (korespondencja przestrzenna powierzchnie oddziałujące ze sobą cząsteczki lub ich części, prowadzące do powstania między nimi wiązań wtórnych (wodorowe, jonowe itp.)).

Białka nośnikowe przenoszą substancje przez błony zarówno wzdłuż, jak i wbrew gradientowi potencjału elektrochemicznego. Nazywa się transport substancji rozpuszczonych przez błonę wzdłuż gradientu potencjału elektrochemicznego za pomocą nośnika ułatwiona dyfuzja.

Specjalne białka, które znajdują się w błonie i transportują przez nią substancje rozpuszczone wbrew gradientowi potencjału elektrochemicznego wykorzystując energię uwolnioną np. podczas hydrolizy ATP, nazywane są pompy jonowe.

Nazywa się transport pojedynczej substancji przez błonę przez białka transportowe jednoportowy, i jednoczesne przeniesienie dwóch substancji - współtransport. Jeśli dwie substancje są transportowane przez błonę jednocześnie w tym samym kierunku, to taki transport nazywa się sympatia, jeśli w różnych kierunkach, to - entekst

Białka tworzące kanały tworzą kanały w błonach, które penetrują dwuwarstwę lipidową i są wypełnione wodą. Zewnętrzna powierzchnia tych kanałów jest hydrofobowa, podczas gdy wewnętrzna powierzchnia jest hydrofilowa; średnica kanału - 0,5-0,8 nm. Substancje przechodzą przez kanały bez kontaktu z hydrofobową częścią membrany. Prawie wszystkie kanały służą do transportu jonów, dlatego nazywa się je kanały jonowe. Obecnie znanych jest około 50 rodzajów tych kanałów. Najczęściej spotykane są kanały przepuszczające jony potasu i wapnia. Kanały jonowe mogą się otwierać i zamykać.

Białka transportowe transportują małe cząsteczki polarne przez błony. Do transportu dużych cząsteczek, takich jak białka, polinukleotydy, polisacharydy, istnieją inne mechanizmy - endocytoza i egzocytoza.

Substancja jest najpierw adsorbowana na membranie, ten mały obszar błony wbija się (wsuwa) i otacza wchłoniętą substancję, tworząc pęcherzyk transportowy lub pęcherzyk. W zależności od wielkości utworzonych pęcherzyków rozróżnia się dwa rodzaje endocytozy: pinocytozę i fagocytozę. Pinocytoza zwany absorpcją cieczy i substancji rozpuszczonych przez małe pęcherzyki (o średnicy 150 nm). Fagocytoza- jest to wchłanianie dużych cząstek, takich jak mikroorganizmy lub części zniszczonych komórek; w tym przypadku powstają duże bąbelki, zwane fagosomy.

Nie tylko białka przenoszą substancje przez błony. Rolę tę mogą pełnić małe hydrofobowe cząsteczki, które rozpuszczają się w dwuwarstwach lipidowych. jonofory. Jonofory nie są związane z żadnymi źródłami energii, dlatego z ich pomocą jony poruszają się tylko biernie, wzdłuż gradientów potencjałów elektrochemicznych.