biologytest.site

Однією з найважливіших характеристик клітин є характеристика її мембран. Саме завдяки цим структурам живі істоти відділяються від навколишнього середовища, створюючи якісно нову форму існування хімічних елементів у природі – живу речовину. Але еволюція еукаріотичних клітин пішла не лише по шляху відділення організму від середовища. Еукаріоти мають не тільки зовнішню, але і внутрішні мембранні структури.

Плазматичною (або цитоплазматичною) називають мембрану, яка відділяє клітину від зовнішнього середовища. Іноді зовнішню мембрану, на відміну від внутрішньої, називають плазмолемою (грец. Plasma – форма, lemma – оболонка). Плазматична мембрана характерна як для еукаріотів, так і для прокаріотів.

 

БУДОВА МЕМБРАНИ

 

Біологічні мембрани складаються з ліпідів, білків і вуглеводів. Ліпіди становлять приблизно 40% сухої маси мембран. Вони розташовані у два шари. Основним функціональним компонентом біологічних мембран є білки, здатні виявляти свою активність лише в комплексі з ліпідами.
Одні білки розташовані на зовнішній або на внутрішній поверхнях мембран. їх називають поверхневими. Вони можуть відносно легко від’єднуватись від мембран після руйнування клітин.
Білки, заглиблені у товщу мембрани на різну глибину (вони становлять майже 70% загальної кількості білків мембран), називають внутрішніми. Є білки, які перетинають мембрану наскрізь, зв’язуючи її зовнішню та внутрішню поверхні, називаються інтегральними, або білковими каналами.

 

До складу плазматичної мембрани еукаріотичних клітин входять полісахариди. Їх короткі, сильно розгалужені молекули пов’язані з білками, утворюючи глікопротеїни, або з ліпідами (гліколіпіди). Вміст полісахаридів в мембранах складає 2-10% по масі. Полісахаридний шар завтовшки 10-20 нм, що покриває згори плазмалему тваринних клітин, дістав назву глікокалікс.
Нині загальноприйнятою вважають рідинно-мозаїчну модель будови біологічних мембран. Таку назву вона дістала тому, що близько 30% ліпідів мембран міцно пов’язані з внутрішніми білками, а інша їхня частина перебуває в рідкому стані. Тому комплекси білків і пов’язаних із ними ліпідів наче «плавають» у рідкій ліпідній масі.

 

У молекул ліпідів, розташованих у вигляді подвійного шару, полярні гідрофільні «головки» обернені до зовнішнього та внутрішнього боку мембран, а гідрофобні неполярні «хвости» – всередину. Тому, якщо поглянути зверху на мембрану, вона нагадуватиме мозаїку, створену полярними «головками» ліпідів і молекулами білків, розташованими поверхнево або перетинаючи мембрану. Між молекулами білків або їхніми частинами часто є пори (канальці).

Молекули, які входять до складу біологічних мембран, здатні пересуватись, завдяки чому за незначних пошкоджень мембрани швидко оновлюються.
Клітинні мембрани складаються з амфіпатичних ліпідів (мембранні ліпіди – це амфіпатичні молекули, мимовільно формують бішари. Ліпіди нерозчинні у воді, проте легко розчиняються в органічних розчинниках). Найпоширеніші – це фосфоліпіди.
Фосфоліпіди є амфіфільними (амфіпатичними) молекулами: мають гідрофільну «голову» та гідрофобний «хвіст». Молекули фосфоліпідів розташовані в два ряди – гідрофобними кінцями всередину, гідрофільними голівками до внутрішнього і зовнішнього водного середовища.

В окремих місцях бішар (подвійний шар) фосфоліпідів наскрізь пронизаний білковими молекулами (інтегральні білки). Усередині таких білкових молекул є канали – пори, через які проходять водорозчинні речовини.

 

ПОНЯТТЯ ПРО ПОВЕРХНЕВИЙ АПАРАТ КЛІТИНИ

 

Поверхневий апарат клітини включає у себе саму мембрану, те, що над нею, тобто надмембранний комплекс-у грибів, бактерій і клітин-це клітинна стінка (оболонка). У тварин це глікокалікс.

 

До поверхневого апарату відносять те, що під мембраною, це- мікротрубочки. мікрофіламенти.

 

ТРАНСПОРТ ЧЕРЕЗ МЕМБРАНУ

 

 

Різницю концентрацій речовин по обидві сторони плазматичної
мембрани називають градієнтом концентрації, а різницю електричних зарядів – мембранним потенціалом. Обидва градієнти разом складають електрохімічний градієнт.

 

У випадку, коли через мембрану проникають неполярні молекули, вони рухаються стосовно концентрації: з речовини з більшим градієнтом до речовини з меншим градієнтом, до вирівнювання концентрацій. Тому для проникнення у клітину газів (азоту, кисню) та гідрофобних молекул (бензолу) не потрібно ніяких особливих пристосувань.

 

ПАСИВНИЙ ТРАНСПОРТ
Рух хімічних речовин за градієнтом (у бік меншої концентрації) названий пасивним транспортом. Він не потребує додаткових затрат енергії.
ПРОСТА ДИФУЗІЯ.

Це вид пасивного транспорту, при якому речовини проникають безпосередньо через мембранний ліпідний бішар.
Для полярних молекул ліпідний бішар може бути серйозною перешкодою. Дослідження зі штучними мембранами, які складалися лише з ліпідів, показали, що шляхом простої дифузії можуть проникати лише невеликі незаряджені молекули (вода, сечовина, гліцерол, вуглекислий газ). Коли молекула заряджена (іон), то вона проникає через ліпідний бішар значно важче. Наприклад, коефіцієнт дифузії через біліпідний шар у води у 10 10 більший, ніж у іону калію. Великі незаряджені молекули (глюкоза, сахароза) також не проникають через біліпідний шар. Але у клітинній мембрані, крім ліпідів, є ще і білки. Саме вони виконують роль посередників для транспорту тих молекул, проста дифузія яких через біліпідний шар безпосередньо неможлива.

 

 

ПОЛЕГШЕНА ДИФУЗІЯ це різновид пасивного транспорту, у якому використовуються спеціальні механізми для перенесення речовин. Білки, які зв’язуються з полярними молекулами і переносять їх через мембрану називають білками-переносниками або транспортерами.
Важливою особливістю пасивного транспорту (простої і полегшеної дифузії) є те, що жоден з цих способів перенесення
речовин через клітинну мембрану не потребує затрат енергії. Це пояснюється тим, що рух речовин через мембрану
відбувається за градієнтом концентрації та електрохімічним градієнтом.

 

 

 

Будь-яке переміщення речовин за градієнтом не потребує затрат енергії, а проти градієнту з більш концентрованих до менш концентрованих, обов’язково вимагає затрат енергії.

 

 

 

ТРАНСПОРТ ЧЕРЕЗ БІЛКОВІ КАНАЛИ

 

 

Через білкові канали можуть транспортуватись іони різних речовин, калій, натрій, магній і тп. переміщення відбувається за градієнтом, тобто від більшої концентрації до меншої.

 

 

 

ПОВТОРИМО:

 

Осмос – це різновид простої дифузії, це рух молекул води у бік концентрованої речовини. Вода рухається туди, де, наприклад, сіль. Згадаємо питання із зоології. Від чого залежить частота пульсації скоротливої вакуолі найпростіших? Від концентрації солей навколишнього середовища. Після солоної або солодкої їжі нам хочеться пити.

 

Дифузія – це хаотичний рух молекул речовини під дією теплових сил, від великої їх концентрації, до малої. Прикладом є розповсюдження аромату парфумів.

 

АКТИВНИЙ ТРАНСПОРТ

 

Калій-натрієвий насос. Мембрана із середини заряджена негативно, а ззовні – позитивно.Процеси, які відбуваються у клітині, можуть змінювати цей заряд на певних ділянках мембрани, як, наприклад, покидання калію клітини та надходження натрію. Але для підтримки полярності мембрани, калію повинно бути в клітині більше, ніж за її межами, а натрію навпаки. Тому за допомогою АТФ калій заганяється назад у клітину, а натрій виганяється із неїї. Це відбувається проти градієнта, тому використання АТФ є обов’язковим.

 

 

Механізм активного транспорту натрію і калію досить детально вивчений. Дослідження свідчать, що при гідролізі однієї молекули АТФ з клітини викачуються назовні три іони натрію, а в клітину потрапляють два іони калію. Цікавим є той факт, що роль (Na + -K + )-насоса в мембранах виконує білок, який є одночасно АТФ-азою (АТФ-аза – це фермент, котрий каталізує гідроліз АТФ). Тому цей білок, який є одночасно і транспортним і каталітичним (ферментом), має назву (Na + -K + )-АТФ-аза.
Як нам вже відомо, в усіх тваринних клітинах вміст K + у цитоплазмі значно перевищує концентрацію цього іону у міжклітинному середовищі. Na + , навпаки, у значно більших концентраціях знаходиться у міжклітинній рідині, ніж у клітині.
Така різниця у концентрації цих іонів має велике значення для функціонування живих організмів. Тому, за правилом дифузіі, калій постійно йде за градієнтом назовні клітини, а натрій заходить у неї через мембранні білкові канали. Але для забезпечення нормальної роботи клітини, К + повинен залишатися у більшій кількості в середині, ніж назовні, Na + навпаки.
Для забезпечення повернення калію у клітину, та виштовхування натрію із неї використовується енергія у вигляді АТФ.
Таким чином підтримується заряд мембрани ззовні плюс, та із середини –мінус. Це називається мембранний потенціал.
Крім (Na + -K + )-насоса у плазматичних мембранах присутні й інші види активного транспорту, наприклад, кальцієвий та протонний насоси.

 

Чи можна зайти у наповнений автобус без зусиль?

 

Аналогія із життя)

 

 

ЕКЗОЦИТОЗ, ЕНДОЦИТОЗ

 

Через свої розміри макромолекули та частки не можуть проникати у клітину за допомогою активного чи пасивного транспорту. У процесі еволюції був вироблений спеціальний механізм, який відповідає за надходження таких великих фрагментів. Для транспорту часток і великих молекул плазматична мембрана утворює невеликих пухирці – везикули (лат. vesicula – “кулька”). У випадку, коли везикули мають досить великі розміри, їх називають вакуолями.
*Процес утворення везикул для транспорту речовийвсередину клітини називають ендоцитозом, а назовні –екзоцитозом.

 

 

*Ендоцитоз поділяють на фагоцитоз (транспорт твердих речовин) і піноцитоз (транспорт розчинів).
Значний вклад у дослідження ролі ендоцитозу вніс наш співвітчизник І.І. Мечников. Саме він виявив роль цього процесу в знешкодженні інфекційних мікроорганізмів.
Механізми утворення везикул при екзоцитозі і ендоцитозі лише на перший погляд здаються однаковими. Різниця між ними стає очевидною, коли згадати про те, що однією з важливих рис плазматичної мембрани є її асиметричність. При ендоцитозі всередині везикули знаходиться зовнішня (у системі “клітина – навколишнє середовище”) сторона плазматичної мембрани, а при екзоцитозі – навпаки. Завдяки цій різниці обидва види клітинного транспорту можуть регулюватися незалежно один від одного.

 

 

Нобелівська премія з фізіології і медицині в 2013 році вручена за вивчення везикулярного транспорту.
Жива клітина нагадує величезний порт, в якому тисячі одиниць вантажу одночасно прибувають і розподіляються в інші порти і на склади. Цей вантаж транспортується за допомогою мікроскопічних мембранних бульбашок – везикул. У 2013 році Нобелівську премію з фізіології і медицини вручили Джеймсу Ротману, Ренді Шекману і Томасу Зюдофу – «за відкриття системи везикулярного транспорту – основної транспортної системи в наших клітинах»

 

ВІДМІННОСТІ МІЖ РЕАКЦІЯМИ РОСЛИННИХ ТА ТВАРИННИХ КЛІТИН В ЗАЛЕЖНОСТІ ВІД КОНЦЕНТРАЦІЙ РЕЧОВИН ПОЗА НИМИ

 

 

 

ОТЖЕ, якщо молекула речовини, що транспортується, не має заряду, то напрямок пасивного транспорту визначається тільки різницею концентрацій цієї речовини по обидва боки мембрани – градієнтом концентрації. Рухатися в бік градієнта-це рухатись у бік меншої концентрації речовини. Рух проти градієнта-означає рух у бік більшої концентрації.

 

• Диффузія-рух молекул від більшої концентрації речовини до меншої.
• Осмос-рух розчинника у бік більшої концентрації речовини
• Активний транспорт –рух молекул у бік більшої концентрації речовини.