Datorită conținutului de soluții de săruri, zaharuri și alte substanțe active osmotic, celulele se caracterizează prin prezența unei anumite presiuni osmotice în ele. De exemplu, presiunea în celulele animale (forme marine și oceanice) ajunge la 30 atm sau mai mult. În celulele de plante, presiunea osmotică este chiar mai mare. Diferența de concentrație a substanțelor în interiorul și în exteriorul celulei se numește gradient de concentrație.
Aportul de substanțe în celulele animale, precum și îndepărtarea lor din celule, este asociată cu permeabilitatea membranei celulare pentru molecule sau ioni, precum și cu proprietățile substanțelor. Membrana celulară reglează schimbul de substanțe diferite între celulă și mediu. Menținerea membranei și permeabilitatea ei sunt asigurate de energia celulară.
Există mai multe modalități de introducere a substanțelor în celule. În particular, distinge catalizata pasivă și transport activ de substanțe în celule, precum și penetrarea substanțelor în celule prin endocitoză și fagocitoza ca pinocitoză. Passive catalizat și transport activ permite penetrarea in celule doar de molecule mici, în timp ce endocytosis este responsabil pentru livrarea macromoleculelor in celule (proteinele sunt linukleotidov, polizaharide), și diferite particule solide, inclusiv bacterii. În același timp, celulele sunt capabile să secrete diferite substanțe în mediul lor. Acest proces se numește exocitoză.
Transmiterea pasivă a substanțelor în celule este asigurată prin difuzie prin membrană de-a lungul gradientului de concentrație. Moleculele trec de obicei din regiunea cu concentrație ridicată în regiunea cu concentrație mai scăzută.
Cantitatea de muncă cheltuită pentru a asigura transportul moleculelor în celulă împotriva unui gradient de concentrație poate fi determinată din reacția dopuscheniyaprostoy în care Ac este concentrația moleculară în afara celulei, o Ai este concentrația de molecule în interiorul celulelor. Această reacție poate fi descrisă de constanta de echilibru sub forma unei ecuații:
Intre timp, constanta de echilibru Kp asociat cu energia liberă a raportului de reacție în forma G = RTInKr. unde R este de aproximativ 2 cal / mol și T este de 25 ° C (temperatura la care apar multe reacții biologice). Presupunând că energia combinată de hidroliza ATP la ADP oferă această reacție cu o eficienta de 50 la suta se poate presupune în continuare că sistemul de transport va avea aproximativ 3500 de calorii (dintr-o cantitate totală de energie în 7000 de calorii) per 1 mol de ATP hidrolizat, în anumite condiții fiziologice. În consecință, constanta de echilibru va fi:
Cea mai importantă concluzie a concluziilor lor este că munca necesară pentru transportul oricărei molecule nu depinde de concentrațiile absolute. Depinde de relația dintre concentrațiile din interiorul și din exteriorul celulei.
Atunci când moleculele neîncărcate sunt transportate, transportul pasiv este determinat numai de gradientul de concentrație, adică de diferența de concentrație a materiei pe diferite laturi ale membranei. Dacă moleculele substanței transportate sunt încărcate, atunci influența gradientului de concentrație este adăugată de influența potențialelor electrice pe ambele părți ale membranei. Gradientul de concentrație și gradientul electric constituie împreună un potențial electrochimic, care permite transportul în celulă numai a ionilor încărcați pozitiv.
Putem spune că transportul pasiv al substanțelor în celule se realizează prin difuzie obișnuită peste membrana celulelor, viteza de difuzie a unei substanțe depinde de solubilitatea sa în membrană, coeficientul de difuzie în membrană și diferența dintre concentrația de substanțe din celulă și în afara acesteia (în mediu). In acest fel celula patrunde apa, dioxidul de carbon și molecule de substanțe organice, capabile să se dizolve în grăsimi bine. Substanțele din celulă penetrează prin porii prezenți în membrana celulară. Transportul pasiv nu depinde de energia furnizată de ATP.
Cunoscut catalizate sau așa-numita difuzie „ușoare“, în care ratele de difuziune ale diferitelor substanțe, cum ar fi zaharuri, aminoacizi și nucleozide prin creșteri ale membranei cu ajutorul proteinelor (enzime). Ca de obicei difuzie „lite“ de difuzie depinde și de gradientul de concentrație, dar sunt „transportatori“ mobili, al căror rol este îndeplinit de către enzime. Fiind membru al enzimelor membranare acționează ca „purtători“ substanțe moleculare penetrat (difuze) de pe partea opusă a membranei în care acestea sunt eliberate din substanțe suportate. Deoarece materialele „lite“ transfer de difuzie este gradientul de concentrație, de asemenea nu este direct dependentă de energia furnizată de ATP.
Transportul activ al substanțelor în celulă diferă de pasiv (difuzie) în care substanța este transferată pe un gradient de concentrație, adică. E. Zona de concentrație mai mică la o concentrație mai mare. transport activ este asociat cu abilitatea membranei de a menține diferența de potențial electric (în plus față de menținerea diferenței în concentrația substanțelor în interiorul și în afara celulelor), care sunt înțelese diferențele dintre potențialele electrice în interiorul și în afara celulei, precum și costurile de energie a funcționării substanțelor deplasabile împotriva unui gradient de electrochimice, adică "în sus".
Energia este furnizată pentru a transporta fosfoenolpiruvat și grupare fosfat, care este parte a energiei chimice care se transmite proteine, unele dintre care este utilizat de toate zaharuri sistem fosfotransferază transportate, și o parte specifică a zaharurilor individuale. Proteina finală este conținută în membrană și este responsabilă pentru transportul și fosforilarea zaharurilor.
Transportul activ este deosebit de eficient în cazul transportului ionic. Reacțiile care asigură transportul activ apar în membrană și sunt asociate cu reacții care dau energie liberă. Enzimele care catalizează aceste reacții sunt, de asemenea, localizate în membrană. Un exemplu de transport activ de substanțe este transportul ionilor de sodiu și potasiu (Figura 69), care determină potențialul membranei celulare. Concentrația ionilor de sodiu (Na +), în majoritatea celulelor este mai mică decât în mediu, în timp ce concentrația ionilor de potasiu (K +) în celule este de 10-20 de ori mai mare decât cea în mediu. Ca rezultat, ionii de Na + tind să penetreze din mediu în celulă și ionii K +. dimpotrivă, ieși din cușcă miercuri. Menținerea concentrației acestor ioni în celulă și mediul oferit de către sistem datorită prezenței în membrana celulară care este ioni „pompe“ și care aspiră ionii de Na + din celulă în mediu, și pompe fiecare dintre K + ioni in celula din mediu. Lucrarea acestui sistem, adică mișcarea ionilor împotriva gradientul electrochimice furnizate de energie care este generat prin hidroliza ATP și o enzima ATP-azei cataliza această reacție este conținută în membrana în sine, și se spune să îndeplinească rolul de sodiu-potasiu „pompă“, generând un potențial de membrană. Energia eliberată prin hidroliza unei molecule de ATP furnizează celule de transport peste trei ioni de Na + în celulă și două K + ioni.
Sistemul Na + + K + -ATPase ajută la menținerea distribuției asimetrice a ionilor de potasiu la o concentrație ridicată a acestora din urmă în celule. Ionii de potasiu participă la reglarea multor funcții celulare, incluzând fluxul de săruri și apă din celulele renale, eliberarea de insulină din celulele pancreatice și ritmul cardiac.
S-a stabilit că transportul favorabil din punct de vedere energetic a ionilor de Na + în celule are, de asemenea, un efect asupra transportului de zaharuri și aminoacizi către celule. În special, transportul de glucoză este cuplat cu transportul ionilor de Na +. Pentru a crea un gradient de concentrație de ioni Na +. favorabil pentru transportul ionilor K + și a glucozei în celule, sistemul "pompare" ionic, datorită energiei, pompează activ ionii Na + din celulă dincolo de limitele sale.
Un anumit rol în transportul de substanțe aparține sistemelor de legare albă, care reprezintă cel de-al patrulea mod de transport. Acestea sunt proteine care sunt localizate în spațiul periplasmic. Aceste proteine leagă în mod specific zaharurile, aminoacizii și ionii, transferându-le apoi la molecule purtătoare specifice localizate în membrana celulară. Sursa de energie pentru aceste sisteme este ATP.
Endocytosis. după cum sa menționat mai sus, asigură transferul de particule și molecule mari în celule. În cadrul endocitozelor, se disting fagocitoză și pinocitoză.
Fagocitoza (din phagos grecești -. Consumarea și cytos - celule) este procesul constă în faptul că, leucocite celule (macrofage și neutrofile) de captare (învălui) solide (fragmente de celule, bacterii) prin protuberanțe ale membranei lor celulare și generarea de bule , apoi fuzionează cu membrana plasmatică și se deschide în celulă. Intrat în celulele celulelor intră în lizozomi, unde, cu ajutorul enzimelor celulare (lizozomale), sunt distruse și apoi asimilate de celule. Fagocitoza este răspândită în rândul organismelor unicelulare. În celulele multicelulare (mamifere) se efectuează prin celule specializate (leucocite).
În cel mai simplu mod, fagocitoza este o formă de nutriție, ca urmare a particulelor solide care pătrund în lizozomi, unde se digeră, formând alimente care servesc ca hrană. Semnificația biologică a fagocitozei la mamifere constă în faptul că aceasta asigură apărarea (fagocitară) a organismului (vezi capitolul XVII).
Pinocitoză (din Pino greacă -. Bea și cytos - celula) este un proces prin care celulele absorb fluid și sunt în substanța lor cu greutate moleculară mare prin depozite vpyachiva ale membranei plasmatice și bula (canal ant), unde intră lichid. Caneluri otshnurovyvayutsya după umplerea cu lichid, alimentat în citoplasmă și să se extindă la Lizozom unde sunt digerate de perete, prin care conținutul (lichid) tubulilor este eliberat și enzimele lizozomale prelucrate ulterior.
Pinocitoză adesea găsit la animale unicelulare multicelulare este observată în celulele sistemului circulator si limfatic, în celulele tumorilor maligne precum și în celulele de țesuturi care sunt caracterizate printr-o rată metabolică crescută.
Exocitoza - acest proces celule secreta diverse substanțe, traiectoria de ajustare cunoscută și exocitoza constitutiva. Un exemplu de exocitoză reglementată este exocitoza insulinei. Celulele pancreasului care produc insulina, primul sau ambalate în așa-numitele vezicule secretorii, după care semnalul extracelular fuzioneze cu membrana plasmatică, apoi se deschide în spațiul extracelular, eliberând hormonul. În mod similar, există o exocitoză a altor hormoni, neurotransmițători și multe enzime. Dimpotrivă, calea exocitoza constitutiv comune pentru multe proteine, celulele sunt sintetizate în mod continuu și ambalate în veziculele EC-zotsitoznye la complexul Golgi, după care bulele se mute la membrana plasmatică, în cazul în care se deschide în spațiul extracelular, eliberat de conținutul de proteine.
Cu ajutorul exocitozelor, particulele care nu au fost digerate prin fagocitoză sunt, de asemenea, îndepărtate din celulă. În cele mai multe celule, ciclurile de endocitoză-exocitoză sunt continue.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: