Способы транспорта веществ через мембрану
Обмен веществ между клеткой и окружающей её средой происходит постоянно. Механизмы транспорта веществ в клетку и из неё зависят от размеров транспортируемых частиц. Малые молекулы и ионы транспортируются клеткой непосредственно через мембрану в форме пассивного и активного транспорта.
Пассивный транспорт осуществляется без затрат энергии, по градиенту концентрации путем простой диффузии, фильтрации, осмоса или облегченной диффузии.
Диффузия – проникновение веществ через мембрану по градиенту концентрации; диффузный транспорт веществ (вода, ионы) осуществляется при участии интегральных белков мембраны, в которых имеются молекулярные поры, либо при участии липидной фазы (для жирорастворимых веществ).
Облегченная диффузия – перенос с помощью специальных белков-переносчиков (пермеаз), которые избирательно связываются с тем или иным ионом или молекулой и переносят их через мембрану. При этом частицы перемещаются быстрее, чем при обычной диффузии.
Осмос – поступление в клетки воды из гипотонического раствора.
Активный транспорт заключается в перемещении веществ против градиента концентрации с помощью транспортных белков (порины, АТФ-азы и др.), образующих мембранные насосы, с затратой энергии АТФ (калий-натриевый насос, регуляция концентрации в клетках ионов кальция и магния, поступление моносахаридов, нуклеотидов, аминокислот).
Перенос макромолекул и более крупных частиц происходит путем пиноцитоза и фагоцитоза благодаря способности мембраны клеток образовывать выпячивания. Края этих выпячиваний смыкаются, захватывая жидкость, окружающую клетку (пиноцитоз), или твердые частицы (фагоцитоз) и образуются окруженные мембраной пузырьки.
Пиноцитоз – один из основных способов проникновения в клетку высокомолекулярных соединений. Образующиеся пиноцитозные вакуоли имеют размеры от 0,01 до 1-2 мкм. Затем вакуоль погружается в цитоплазму и отшнуровывается. При этом стенка пиноцитозной вакуоли полностью сохраняет структуру породившей ее плазматической мембраны. Пиноцитоз и фагоцитоз – принципиально сходные процессы, в которых можно выделить четыре фазы: поступление веществ путем пино-или фагоцитоза, их расщепление под действием ферментов выделяемых лизосомами, перенос продуктов расщепления в цитоплазму (вследствие изменения проницаемости мембран вакуолей) и выделение наружу продуктов обмена.
В зависимости от вида и направления транспорта различают эндоцитоз (перенос в клетку путем прямого пино-или фагоцитоза) и экзоцитоз (перенос из клетки путем обратного пино - или фагоцитоза).
6. ЦИТОПЛАЗМЕ, ЕЁ СТРОЕНИЕ, ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ.
Цитоплазма – обязательная составная часть клетки. В ней происходят сложные и разнообразные процессы синтеза, дыхания, роста, ей присущи явления раздражимости и наследственности, т.е. все те свойства, которые характеризуют жизнь.
Цитоплазма представляет собой вязкую прозрачную бесцветную массу с удельным весом 1,04 – 1,06. Свет преломляет чуть сильнее воды. Цитоплазма упруга, эластична, с водой не смешивается. Во многих клетках можно наблюдать ее движение: в клетках с одной крупной центральной вакуолью – круговое (циклоз), в клетках со многими вакуолями и тяжами цитоплазмы между ними – струйчатое. Ток цитоплазмы вовлекает в движение клеточные органоиды.
Цитоплазма дифференцирована на бесструктурную массу – гиалоплазму и оформленные образования – клеточные органоиды. Гиалоплазма (цитоплазматический матрикс) – сложная коллоидная система, образованная белками, нуклеиновыми кислотами, углеводами, водой и другими веществами. В зависимости от физиологического состояния и воздействия внешней среды гиалоплазма может находиться в виде золя (жидкости) или геля (более упругого плотного вещества). Гиалоплазма является внутренней средой клетки, где протекают реакции внутриклеточного обмена.
В гиалоплазме клеток, между ядерной оболочкой и цитоплазматической мембраной, расположен цито скелет. Он образован развитой сетью филаментов (белковых трубочек): микрофиламентов (6 – 8 нм), образованных белком актином; промежуточных волокон (10 нм), состоящих из разных фибриллярных белков (цитокератинов и др.); микротрубочек (около 25 нм), построенных из тубулина и способных сокращаться. Цитоскелет определяет форму клетки, участвует в различных движениях самой клетки (при делении) и во внутриклеточном перемещении органоидов и отдельных соединений.
Функции гиалоплазмы:
1) является внутренней средой клетки, в которой происходят многие химические процессы;
2) объединяет все клеточные структуры и обеспечивает химическое взаимодействие между ними;
3) определяет местоположение органоидов в клетке;
4) обеспечивает внутриклеточный транспорт веществ (аминокислот, сахаров и др.) и перемещение органоидов (движение хлоропластов в растительных клетках);
5) является зоной перемещения молекул АТФ;
6) определяет форму клетки.
Цитоплазма – сложная химическая многокомпонентная система, содержащая 75-86% воды, 10-20% белков, 2-3% липидов, 1-2% углеводов, 1% минеральных солей. Это суммарный и приблизительный состав цитоплазмы, который не отражает сложности ее химической структуры.
В цитоплазме в растворенном состоянии содержится большое количество свободных аминокислот и нуклеотидов, множество промежуточных продуктов, возникающих при синтезе и распаде молекул. Также обнаруживается большое количество ионов Na+, K+, Mg2+, Cl-, HCO32-, HPO42- и др.