Cum pătrund substanțele în celulă
Toate celulele sunt separate de mediu inconjurator membrană plasmatică. Membranele celulare nu sunt bariere impenetrabile. Celulele sunt capabile să regleze cantitatea și tipul de substanțe care trec prin membrane și, adesea, direcția de mișcare.
Transportul prin membrane este vital deoarece oferă:
- valoarea pH-ului și concentrația ionilor adecvate
- livrarea nutrienților
- eliminarea deșeurilor toxice
- secreția de diverși nutrienți
- crearea gradienților ionici necesari activității nervoase și musculare.
Reglarea metabolismului prin membrane depinde de proprietățile fizice și chimice ale membranelor și de ionii sau moleculele care trec prin acestea.
Apa este principala substanță care intră și iese din celule.
Mișcarea apei atât în sistemele vii, cât și în natura neînsuflețită se supune legilor curgerii volumetrice și difuziei.
Difuzia este un fenomen familiar. Daca se presara cateva picaturi de parfum intr-un colt al incaperii, mirosul va umple treptat intreaga incapere, chiar daca aerul din ea este linistit. Acest lucru se datorează faptului că substanța se mută dintr-o zonă de concentrație mai mare într-o zonă de concentrație mai mică. Cu alte cuvinte, difuzia este răspândirea unei substanțe ca urmare a mișcării ionilor sau moleculelor acestora, care tind să-și egalizeze concentrația în sistem.
 |
Semne de difuzie: fiecare moleculă se mișcă independent de celelalte; aceste mișcări sunt haotice. Difuzia este un proces lent. Dar poate fi accelerată ca urmare a curentului plasmatic, a activității metabolice. De obicei, substanțele sunt sintetizate într-o parte a celulei și consumate în alta. Acea. se stabilește un gradient de concentrație, iar substanțele pot difuza de-a lungul gradientului de la locul de formare până la locul de consum. Moleculele organice sunt de obicei polare. Prin urmare, ele nu pot difuza liber prin bariera lipidică a membranelor celulare. Cu toate acestea, dioxidul de carbon, oxigenul și alte substanțe solubile în lipide trec liber prin membrane. Apa și câțiva ioni mici trec în ambele direcții. |
Membrana celulara.
Celula este înconjurată pe toate părțile de o membrană strânsă care se adaptează la orice modificare a formei sale cu aparent ușoară plasticitate. Această membrană se numește membrană plasmatică sau plasmalemă (plasmă greacă - formă; lemă - coajă).
Caracteristicile generale ale membranelor celulare:
- Diferite tipuri de membrane diferă prin grosimea lor, dar în majoritatea cazurilor grosimea membranelor este de 5 - 10 nm; de exemplu, grosimea membranei plasmatice este de 7,5 nm.
- Membranele sunt structuri lipoproteice (lipide + proteine). Componentele carbohidraților (grupări glicozilice) sunt atașate unor molecule de lipide și proteine de pe suprafețele exterioare. De obicei, proporția de carbohidrați din membrană este de la 2 la 10%.
- Lipidele formează un strat dublu. Acest lucru se datorează faptului că moleculele lor au capete polare și cozi nepolare.
- Proteinele membranei îndeplinesc diferite funcții: transport de substante, activitate enzimatică, transfer de electroni, conversie de energie, activitate receptor.
- Pe suprafețele glicoproteinelor se află grupări glicozil - lanțuri de oligozaharide ramificate asemănătoare antenelor. Aceste grupări glicozil sunt asociate cu un mecanism de recunoaștere.
- Cele două părți ale membranei pot diferi una de cealaltă atât ca compoziție, cât și ca proprietăți.
Funcțiile membranelor celulare:
- restrângerea conținutului celular din mediul înconjurător
- reglarea proceselor metabolice la granița „celulă – mediu”
- transmiterea de semnale hormonale și externe care controlează creșterea și diferențierea celulelor
- participarea la procesul de diviziune celulară.
Endocitoza si exocitoza.
Endocitoza și exocitoza sunt două procese active prin care diferite materiale sunt transportate prin membrană, fie în celule (endocitoză), fie în afara celulelor (exocitoză).
În timpul endocitozei, membrana plasmatică formează invaginări sau excrescențe, care apoi, strângându-se, se transformă în vezicule sau vacuole. Există două tipuri de endocitoză:
1. Fagocitoza - absorbția particulelor solide. Celulele specializate care efectuează fagocitoză se numesc fagocite.
2. Pinocitoză - absorbția materialului lichid (soluție, soluție coloidală, suspensie). Adesea se formează vezicule foarte mici (micropinocitoză).
Exocitoza este procesul invers al endocitozei. Hormonii, polizaharidele, proteinele, picăturile de grăsime și alți produși celulari sunt excretați în acest fel. Sunt închise în vezicule legate de membrană și se apropie de plasmalemă. Ambele membrane fuzionează și conținutul veziculei este eliberat în mediul din jurul celulei.
Tipuri de pătrundere a substanțelor în celulă prin membrane.
Moleculele trec prin membrane prin trei procese diferite: difuzie simplă, difuzie facilitată și transport activ.
 |
Difuzia simplă este un exemplu de transport pasiv. Direcția sa este determinată numai de diferența dintre concentrațiile substanței de pe ambele părți ale membranei (gradient de concentrație). Prin difuzie simplă, substanțele liposolubile nepolare (hidrofobe) și moleculele mici neîncărcate (de exemplu, apa) pătrund în celulă.
Majoritatea substanțelor necesare celulelor sunt transportate prin membrană cu ajutorul proteinelor de transport (proteine purtătoare) scufundate în aceasta. Toate proteinele de transport par să formeze un pasaj continuu de proteine prin membrană.
Există două forme principale de transport prin transportatori: difuzie facilitată și transport activ.
Difuzia facilitată se datorează unui gradient de concentrație, iar moleculele se deplasează de-a lungul acestui gradient. Cu toate acestea, dacă molecula este încărcată, atunci transportul ei este afectat atât de gradientul de concentrație, cât și de gradientul electric general de-a lungul membranei (potențialul membranei).
Transportul activ este mișcarea substanțelor dizolvate împotriva unei concentrații sau gradient electrochimic folosind energia ATP. Energia este necesară deoarece materia trebuie să se miște împotriva tendinței sale naturale de a difuza în direcția opusă.
Pompă Na-K.
Unul dintre cele mai importante și mai bine studiate sisteme de transport activ în celulele animale este pompa Na-K. Majoritatea celulelor animale mențin diferite gradiente de concentrație de ioni de sodiu și potasiu pe diferite părți ale membranei plasmatice: o concentrație scăzută de ioni de sodiu și o concentrație mare de ioni de potasiu rămân în interiorul celulei. Energia necesară pentru a funcționa pompa de Na-K este furnizată de moleculele de ATP produse în timpul respirației. Importanța acestui sistem pentru întregul organism este evidențiată de faptul că la un animal care se odihnește se cheltuiește mai mult de o treime din ATP pentru a asigura funcționarea acestei pompe.
 |
Model de funcționare a pompei Na-K.
DAR. Ionul de sodiu din citoplasmă se combină cu o moleculă de proteină de transport. |
Aparent, unele substanțe curg pasiv prin membrana celulară sub acțiunea unei diferențe de presiune, altele sunt pompate destul de activ în celulă prin membrană, iar altele sunt atrase în celulă din cauza invaginării membranei.
Majoritatea celulelor trăiesc într-un mediu nepotrivit pentru menținerea acestui raport extrem de strict de apă, săruri și materie organică fără de care viața este imposibilă. Aceasta implică necesitatea unei reglementări continue și foarte atente a schimbului de diferite substanțe care are loc între lumea exterioară și citoplasmă. Bariera care separă conținutul intern al celulei de mediu este membrana celulară – cea mai subțire peliculă, grosime de doar zece milioane de milimetru.
Această membrană este permeabilă la multe substanțe care curg în ambele direcții (adică în afara celulei și în celulă). În ciuda grosimii sale neglijabile, membrana are o anumită structură; această structură și compoziția chimică a membranei, despre care avem încă o idee foarte vagă, determină permeabilitatea ei selectivă și foarte neuniformă. Dacă forțele care asigură trecerea substanțelor prin membrană sunt localizate în mediul care înconjoară celula, atunci se vorbește de „transfer pasiv”. Dacă energia cheltuită pentru aceasta este produsă în celula însăși în procesul de metabolism, atunci se vorbește de „transfer activ”. O astfel de interacțiune între celulă și mediul ei servește nu numai pentru a se asigura că concentrația în celulă a tuturor substanțelor care alcătuiesc compoziția ei este întotdeauna menținută în anumite limite, în afara cărora nu poate exista viață; în unele celule, de exemplu, în celule nervoase, această interacțiune este de o importanță capitală pentru funcția pe care o au aceste celule în organism.
Multe celule absorb substanțele de care au nevoie și printr-un fel de ingerare. Acest proces este cunoscut sub numele de fagocitoză sau pinocitoză (cuvintele provin din cuvintele grecești pentru „mănâncă” și, respectiv, „bea”, și din cuvântul pentru „celulă”). Cu această metodă de absorbție, membrana celulară formează buzunare sau invaginări care atrag substanțele din exterior în celulă; apoi aceste proeminențe sunt atașate și o picătură din mediul extern înconjurată de o membrană sub forma unei bule sau vacuole începe să plutească prin citoplasmă.
În ciuda tuturor asemănării acestui proces cu simpla „înghițire”, încă nu avem dreptul să vorbim despre intrarea substanțelor în celulă, deoarece aceasta atrage imediat întrebarea ce înseamnă expresia „înăuntru”. Din punctul nostru de vedere, ca să spunem așa, macroscopic, uman, suntem înclinați să afirmăm cu frivol că de îndată ce am înghițit o bucată de mâncare, aceasta a intrat în noi. Cu toate acestea, o astfel de afirmație nu este în întregime corectă. Interiorul tubului digestiv în sens topologic este suprafața exterioară; adevărata absorbție a alimentelor începe doar atunci când aceasta pătrunde în celulele peretelui intestinal. Prin urmare, substanța care a intrat în celulă ca urmare a pinocitozei sau fagocitozei este încă „în afară”, deoarece este încă înconjurată de membrana care a capturat-o. Pentru a intra cu adevărat în celulă și a se transforma într-o componentă a citoplasmei accesibilă proceselor metabolice, astfel de substanțe trebuie să pătrundă cumva în membrană.
Una dintre fortele care actioneaza asupra intregii membrane celulare se datoreaza gradientului de concentratie. Această forță apare din cauza mișcării aleatorii a particulelor, căutând să fie distribuite uniform în spațiu. Dacă două soluții de aceeași compoziție, dar concentrații diferite intră în contact, atunci difuzia substanței dizolvate începe din regiunea de concentrație mai mare, iar această difuzie continuă până când concentrația devine aceeași peste tot. Egalizarea concentrației are loc chiar dacă cele două soluții sunt separate printr-o membrană, cu condiția, desigur, ca membrana să fie permeabilă la solut. Dacă membrana este permeabilă la solvent, dar impermeabilă la solut, atunci gradientul de concentrație apare în fața noastră sub forma binecunoscutului fenomen de osmoză: în acest caz, solventul trece prin membrană, mergând dintr-o regiune de concentrație mai mică a unui dizolvat într-o regiune de concentrație mai mare. Gradientul de concentrație și forțele osmotice care acționează pe ambele părți ale membranei celulare sunt foarte semnificative, deoarece concentrațiile multor substanțe din celulă diferă mult de concentrațiile lor în mediul extern.
În transferul pasiv, pătrunderea substanțelor prin membrană este reglată de permeabilitatea selectivă a membranei. Permeabilitatea unei membrane pentru o anumită moleculă depinde de compoziția chimică și de proprietățile acestei molecule, precum și de dimensiunea acesteia; în același timp, membrana este capabilă nu numai să blocheze calea anumitor substanțe, ci și să treacă prin ea însăși diferite substanțe cu viteze diferite.
În funcție de natura mediului la care sunt adaptate, celulele de diferite tipuri au permeabilitate foarte diferită. Deci, de exemplu, permeabilitatea unei amibe obișnuite și a eritrocitelor umane pentru apă diferă de peste 100 de ori. În tabelul constantelor de permeabilitate (exprimat ca număr de microni cubi de apă care trec prin 1 micron pătrat al membranei celulare într-un minut sub influența unei diferențe de presiune osmotică de 1 atmosferă), valoarea de 0,26 este listată față de amibe. , adică permeabilitatea sa este foarte nesemnificativă. Valoarea adaptativă a unei astfel de permeabilitati scăzute este evidentă: organismele care trăiesc în apa dulce, se confruntă cu cea mai mare diferență de concentrație între mediul exterior și cel interior și, prin urmare, sunt nevoiți să limiteze debitul de apă în interior pentru a economisi energia care ar fi necesară pentru pomparea acestei ape înapoi. Celulele roșii nu au nevoie de un astfel de dispozitiv de siguranță, deoarece sunt de obicei înconjurate de plasmă sanguină - un mediu care se află în echilibru osmotic relativ cu mediul lor intern. Odată ajunse în apă, aceste celule încep imediat să se umfle și să spargă destul de repede, deoarece membrana lor nu este suficient de elastică pentru a rezista la această presiune bruscă a apei.
Dacă, așa cum este de obicei cazul în natură, moleculele de solut sunt disociate în ioni care poartă un anumit incarcare electrica, atunci intră în joc forțe noi. Este bine cunoscut faptul că membranele multor celule, și poate chiar ale tuturor, au capacitatea de a menține o diferență de potențial cunoscută între suprafața lor exterioară și interioară. Ca urmare, apare un anumit gradient de potențial, care, împreună cu gradientul de concentrație, servește ca forță motrice pentru transferul pasiv prin membrana celulară.
A treia forță implicată în transportul pasiv pe o membrană este transportul substanțelor dizolvate împreună cu solventul (atragerea solventului). Intră în joc doar dacă soluția poate curge efectiv prin membrană; cu alte cuvinte, dacă membrana este poroasă. În acest caz, mișcarea particulelor substanței dizolvate, care se difuzează în direcția fluxului, este accelerată, iar difuzia particulelor în direcția opusă este încetinită. Acest efect de tragere nu joacă de obicei un rol important, dar în unele ocazii speciale semnificația sa este destul de mare.
Toate cele trei forțe implicate în transferul pasiv pot acționa separat sau împreună. Oricum, indiferent de ce fel de forță provoacă mișcarea - indiferent dacă este gradientul de concentrație, gradientul potențial sau efectul de retragere - mișcarea are loc întotdeauna într-o direcție „în jos”, iar membrana servește ca o barieră pasivă. În același timp, în citologie se cunosc multe exemple importante când niciuna dintre aceste trei forțe nu poate explica transferul de substanțe prin membrană. În aceste cazuri, mișcarea are loc într-o direcție „în sus”, adică împotriva forțelor care provoacă transferul pasiv și, prin urmare, trebuie să apară datorită energiei eliberate ca urmare a proceselor metabolice care au loc în celulă. În acest transport activ, membrana nu mai este doar o barieră pasivă, ci acționează ca un fel de organ dinamic.
Până de curând, toate informațiile pe care le aveam despre structura membranei celulare erau obținute exclusiv ca urmare a studierii permeabilității acesteia și, prin urmare, erau pur indirecte. De exemplu, s-a constatat că multe substanțe care sunt solubile în lipide (grăsimi) trec ușor prin membrana celulară. În acest sens, s-a presupus că există un strat de lipide în membrana celulară și că substanțele solubile în lipide trec prin membrană, dizolvându-se pe o parte a acesteia și eliberând-o pe cealaltă parte. Cu toate acestea, s-a dovedit că moleculele solubile în apă trec și prin membrana celulară. A trebuit să presupun că structura membranei într-o oarecare măsură seamănă cu o sită, adică că membrana este echipată cu pori sau zone nonlipidice și, eventual, ambele în același timp; în plus, pentru a explica trăsăturile trecerii diverșilor ioni s-a admis prezența secțiunilor în membrană care poartă o sarcină electrică. În cele din urmă, în această schemă ipotetică a structurii membranei a fost introdusă și o componentă proteică, deoarece au apărut date care, în special, mărturisesc umecbilitatea membranei, care este incompatibilă cu o compoziție pur grasă.
Aceste observații și ipoteze sunt rezumate în modelul membranei celulare propus în 1940 de J. Danielli. Conform acestui model, membrana este formată dintr-un strat dublu de molecule de lipide acoperite de două straturi de proteine. Moleculele de lipide se află paralele între ele, dar perpendiculare pe planul membranei, cu capetele lor neîncărcate îndreptate unul față de celălalt, iar grupările încărcate îndreptate spre suprafața membranei. La aceste capete încărcate sunt adsorbite straturi de proteine, constând din lanțuri proteice, care formează o încurcătură pe suprafețele exterioare și interioare ale membranei, conferindu-i astfel o anumită elasticitate și rezistență la deteriorarea mecanică, precum și o tensiune superficială scăzută. Lungimea moleculelor de lipide este de aproximativ 30 angstromi, iar grosimea stratului proteic monomolecular este de 10 angstromi; prin urmare, Danielli credea că grosimea totală a membranei celulare este de aproximativ 80 de angstromi.
Rezultate obtinute cu microscop electronic, a confirmat corectitudinea modelului creat de Danielli. „Membrana elementară” examinată din micrografiile electronice ale lui Robertson se potrivește cu predicțiile lui Danielli în formă și dimensiune și a fost observată în multe tipuri diferite de celule. Două benzi mai întunecate cu o grosime de aproximativ 20 de angstromi pot fi distinse în el, care pot corespunde celor două straturi de proteine ale modelului; aceste două benzi sunt separate de un miez mai ușor de 35 angstrom corespunzător stratului lipidic. Grosimea totală a membranei de 75 angstromi este destul de apropiată de valoarea oferită de model.
Fără a încălca simetria generală a acestui model, acesta ar trebui completat pentru a ține cont de diferențele de natura chimică a suprafețelor interioare și exterioare ale membranei. Acest lucru ar face posibilă explicarea existenței gradienților chimici între suprafețele interioare și exterioare ale membranei, relevate în unele observații. În plus, știm că multe celule sunt acoperite cu o membrană mucoproteică care conține carbohidrați, a cărei grosime variază în funcție de diferitele tipuri de celule. Indiferent dacă acest strat are un efect asupra permeabilității, se poate presupune că joacă un rol important în pinocitoză.
Pe lângă aceste caracteristici ale structurii membranei, ca să spunem așa în „secțiunea transversală”, atunci când studiem permeabilitatea, se dovedește că structura sa este, de asemenea, neomogenă în cealaltă direcție. Se știe, de exemplu, că membranele celulare permit trecerea particulelor a căror dimensiune nu depășește limitele cunoscute, reținând în același timp particule din ce în ce mai mari, iar acest lucru sugerează prezența porilor în aceste membrane. Până acum, existența porilor nu a fost confirmată de studiile microscopice electronice. Acest lucru nu este surprinzător, deoarece se presupune că acești pori sunt foarte mici și foarte îndepărtați unul de celălalt, astfel încât aria lor totală să nu depășească o miime din suprafața totală a membranei. Dacă numim membrana sită, atunci trebuie adăugat că există foarte puține găuri în această sită.
O circumstanță și mai importantă este aceea că, pentru a explica selectivitatea ridicată care permite multor celule să distingă o substanță de alta, este necesar să se presupună specificitate chimică diferită a diferitelor secțiuni ale membranei. S-a dovedit, de exemplu, că unele enzime sunt localizate pe suprafața celulei. Aparent, funcția lor este de a transforma substanțele care sunt insolubile în membrană în derivați solubili care pot trece prin aceasta. Sunt cunoscute multe cazuri când o celulă, permeabilă la o substanță, nu lasă o altă substanță apropiată de prima și asemănătoare acesteia în ceea ce privește dimensiunea moleculară și proprietățile electrice.
Deci, vedem că o membrană celulară subțire este un aparat destul de complex conceput să interfereze în mod activ cu mișcarea substanțelor care intră în celulă și sunt eliberate din aceasta. Un astfel de aparat este indispensabil pentru procesul de transfer activ, prin intermediul căruia se realizează în principal acest transfer. Pentru ca această mișcare „în sus” să aibă loc, celula trebuie să acționeze împotriva forțelor transferului pasiv. Cu toate acestea, în ciuda eforturilor multor oameni de știință, nu a fost încă posibil să se dezvăluie mecanismul prin care energia eliberată ca urmare a metabolismului celular este folosită pentru a transporta diferite substanțe prin membrana celulară. Este posibil ca în acest transfer de energie să fie implicate diverse mecanisme.
Problema transportului ionic activ atrage cel mai viu interes. Biologii deja în urmă cu 100 de ani cunoșteau existența unei diferențe de potențial între suprafața exterioară și interioară a membranei; Din aproximativ aceeași perioadă, ei știu că această diferență de potențial are un efect asupra transportului și distribuției ionilor. Cu toate acestea, abia recent au început să înțeleagă că această diferență de potențial în sine apare și se menține datorită transportului activ al ionilor.
Importanța acestei probleme este evidențiată de faptul că citoplasma multor celule conține mult mai mult potasiu decât sodiu și, între timp, acestea sunt forțate să trăiască într-un mediu care se caracterizează prin raportul exact opus între conținutul acestor doi ioni. De exemplu, plasma sanguină conține de 20 de ori mai mult sodiu decât potasiul, în timp ce celulele roșii din sânge conțin de 20 de ori mai mult potasiu decât sodiu. Membrana eritrocitară are o permeabilitate pasivă bine definită, deși scăzută, atât pentru ionii de sodiu, cât și pentru ioni de potasiu. Dacă această permeabilitate s-ar putea manifesta în mod liber, atunci ionii de sodiu ar curge în celulă, iar ionii de potasiu ar începe să curgă din ea. Prin urmare, pentru a menține raportul existent de ioni, celula trebuie să „pompeze” în mod continuu ionii de sodiu și să acumuleze ioni de potasiu împotriva unui gradient de concentrație de 50 de ori.
Majoritatea modelelor propuse pentru a explica transportul activ se bazează pe ipoteza existenței unui fel de molecule purtătoare. Se presupune că acești purtători încă ipotetici intră în combinație cu ioni localizați pe o suprafață a membranei, trec prin membrană în această formă și eliberează din nou ioni pe cealaltă suprafață a membranei. Mișcarea unor astfel de compuși (molecule purtătoare care au ioni atașați la ei înșiși), spre deosebire de mișcarea ionilor înșiși, se crede că are loc într-o direcție „descrescătoare”, adică în conformitate cu un gradient de concentrație chimică.
Un astfel de model, creat de T. Shaw în 1954, face posibilă nu numai explicarea transferului ionilor de potasiu și sodiu prin membrană, ci și stabilirea unei conexiuni între ei. Conform modelului Shaw, ionii de potasiu și sodiu (K + și Na +) sunt transportați prin membrană de către purtători liposolubili (X și Y) specifici ionilor. Compușii rezultați (KX și NaY) sunt capabili să difuzeze prin membrană, în timp ce membrana este impermeabilă la purtătorii liberi. La suprafața exterioară a membranei, purtătorii de sodiu sunt transformați în purtători de potasiu, pierzând energie în acest proces. Pe suprafața interioară a membranei, purtătorii de potasiu sunt din nou transformați în purtători de sodiu datorită primirii de energie care apare în procesul de metabolism celular (furnizorii acestei energie sunt, după toate probabilitățile, compuși bogati în energie în molecula cărora există legături de fosfat).
Multe dintre ipotezele făcute în acest model sunt greu de confirmat experimental și nu sunt în niciun caz recunoscute de toată lumea. Cu toate acestea, am considerat că este necesar să o menționăm, deoarece acest model în sine arată întreaga complexitate a fenomenului de transfer activ.
Cu mult înainte ca biologii să înceapă să descifreze interacțiunea complexă a forțelor fizice implicate în transportul de substanțe prin membrana celulară, ei trebuiau deja să observe celulele, ca să spunem așa, „pentru hrană”. ÎN sfârşitul XIX-lea secolul, Ilya Mechnikov a văzut pentru prima dată cum celulele albe din sânge (leucocitele) devorau bacteriile și le-a dat numele de „fagocite”. În 1920, A. Schaeffer a descris modul în care o ameba își prinde prada - un desen care a devenit un clasic. Procesul de pinocitoză, exprimat mai puțin clar, a fost descoperit pentru prima dată de W. Lewis abia în 1931. Studiind comportamentul celulelor din cultura de țesut folosind metoda time-lapse, el a observat excrescențe membranare la periferia celulei, care ondulau atât de puternic încât din din când în când se închideau, ca un pumn comprimat, captând o parte din mediu ca într-un balon. Lui Lewis, toate acestea i s-au părut atât de asemănătoare cu procesul de băut, încât a venit cu un nume potrivit pentru acest fenomen - „pinocitoză”.
Descoperirea lui Lewis nu a atras atenția la început, cu excepția lucrărilor lui S. Maet și W. Doyle, publicate în 1934, care au raportat un fenomen similar observat de aceștia într-o amibă. Pinocitoza a rămas o simplă curiozitate până la mijlocul acestui secol, datorită studiilor de microscopie electronică, s-a constatat că o astfel de ingestie este mult mai răspândită.
În amebe și în celulele din cultura de țesut, pinocitoza poate fi observată la microscop convențional. Datorită rezoluției înalte a microscopului electronic, s-a descoperit că multe alte tipuri de celule formează bule microscopice. Din punct de vedere fiziologic, unul dintre cele mai multe exemple interesante acest fel sunt celulele epiteliului perie al rinichilor și intestinelor: vezicule care aduc în celulă diverse substante, se formează la baza marginii pensulei, căruia acest epiteliu își datorează numele. Principala caracteristică a pinocitozei sau fagocitozei este aceeași în toate celulele: o anumită secțiune a membranei celulare se desprinde de suprafața celulei și formează o vacuolă sau veziculă care se desprinde de la periferie și migrează în celulă.
Mărimea veziculelor formate în timpul pinocitozei variază foarte mult. În amebe și în celulele prelevate din cultura de țesut, diametrul mediu al unei vacuole pinocitare nou detașate este de 1-2 microni; dimensiunile vacuolelor, pe care reușim să le detectăm folosind un microscop electronic, variază de la 0,1 la 0,01 microni. Destul de des, astfel de vacuole se contopesc între ele și dimensiunile lor în același timp, în mod natural, cresc. Deoarece majoritatea celulelor conțin o serie de alte vacuole și granule, vacuolele pinocitare sunt pierdute în curând din vedere, cu excepția cazului în care sunt prevăzute cu un fel de „etichetă”. Vacuolele formate în timpul fagocitozei sunt, desigur, mult mai mari și pot conține celule bacteriene întregi, celule protozoare și, în cazul fagocitelor, fragmente de țesuturi distruse.
Pe baza unor experimente simple cu ameba, se poate observa că piocitoza nu poate fi observată în niciun țesut în niciun moment, deoarece este cauzată de prezența anumitor substanțe în mediu. În apa pură, pinocitoza nu apare la amibe: în orice caz, nu poate fi detectată la microscop. Dacă se adaugă zahăr sau alți carbohidrați în apa în care se află amebe, atunci acest lucru nu va duce la nimic. Când se adaugă săruri, proteine sau anumiți aminoacizi, începe pinocitoza. S. Chapman-Andersen a constatat că în amibe fiecare astfel de pinocitoză indusă poate dura aproximativ 30 de minute, indiferent de natura factorului care a provocat-o, iar în acest timp se formează până la 100 de canale pinocitare și se înghite numărul corespunzător de vacuole. Apoi pinocitoza se oprește și se poate relua abia după 3-4 ore. Potrivit lui Chapman Andersen, acest lucru se datorează faptului că, după 30 de minute de pinocitoză, sunt folosite toate zonele membranei exterioare capabile de invaginare.
În plus, Chapman-Andersen a ajutat la rezolvarea uneia întrebare veche, și anume, a arătat că fagocitoza și pinocitoza din punct de vedere fiziologic sunt unul și același proces. În experimentul ei, amibelor li s-a oferit pentru prima dată posibilitatea de a fagocita cât mai mulți ciliați comestibile pentru ei pe cât ar putea capta dintr-un mediu plin de aceste microorganisme. Apoi au fost transferați într-un mediu care conținea un factor care induce pinocitoza. S-a dovedit că aceste amebe sunt capabile să formeze doar câteva canale (mai puțin de 10% din numărul obișnuit). În schimb, amibele care și-au epuizat potențialul de pinocitoză nu s-au fagocitat atunci când au fost transferate într-un mediu care conține organismele pe care le folosesc în mod normal ca hrană. Astfel, suprafața membranei pare a fi factorul limitativ în ambele cazuri.
S. Bennett în 1956 a sugerat că pinocitoza este cauzată de adsorbția moleculelor sau ionilor inductori de pe suprafața membranei celulare. Această presupunere a fost pe deplin confirmată în lucrările unui număr de cercetători. Cu greu se poate îndoi că în amibe adsorbția are loc pe o membrană specială, care constă din mucus și învăluie întreaga amibe. Deoarece se presupune că o astfel de înveliș există și în multe alte celule, ar fi interesant să aflăm dacă îndeplinește o funcție similară în toate cazurile.
Bula, care introduce substanța inductoare în celulă, introduce și o anumită cantitate de mediu lichid în ea. Chapman-Andersen și autorul au efectuat un experiment cu „etichetă dublă” pentru a determina căreia dintre cele două substanțe - inductor sau lichid - îi aparține rolul principal. Am plasat amibe într-un mediu care conține o proteină marcată cu un izotop radioactiv ca inductor și zahăr cu o altă etichetă radioactivă, ceea ce a făcut posibilă determinarea cantității de lichid absorbit. Am pornit de la faptul că dacă substanța consumată principală, precum și substanța care induce absorbția, este proteina, atunci conținutul relativ de proteine în vacuole ar trebui să fie mai mare decât în mediu. Și așa s-a dovedit. Cu toate acestea, amploarea acestui fenomen a depășit cu mult așteptările noastre. Cantitatea totală de proteine absorbită în 30 de minute a corespuns cu aproximativ 25% din masa totală a amebei. Aceasta este o masă foarte impresionantă, ceea ce indică asta cea mai mare valoare pentru o celulă în timpul pinocitozei au substanțe adsorbite la suprafață.
Cu toate acestea, hrana conținută în vacuolă trebuie totuși considerată în afara celulei, deoarece carcasa în care este închisă face parte din membrana exterioară. Trebuie să aflăm dacă o astfel de comunicare cu mediul extern poate furniza materii prime pentru aparatul metabolic al celulei și, dacă da, cum. Cea mai simplă modalitate de a transfera substanțe din vacuolă în citoplasmă ar fi dizolvarea membranei sub acțiunea enzimelor citoplasmatice. Cu toate acestea, datele de la microscopia electronică nu susțin această presupunere: nu am reușit niciodată să observăm dispariția membranei care formează tulpina vacuolei.
Deoarece membrana este în mod evident păstrată, sarcina principală în studiul pinocitozei este studiul permeabilității acesteia. Nu există nicio îndoială că vezicula pinocitară eliberează apă în citoplasmă; de acest lucru suntem convinși de încrețirea vizibilă a vacuolelor. J. Marshall și autorul au arătat că încrețirea amebelor este însoțită de o creștere treptată a concentrației conținutului vacuolei. S-a stabilit prin centrifugare că în primele ore după pinocitoză, densitatea vacuolelor crește tot timpul în comparație cu densitatea citoplasmei înconjurătoare. În cele din urmă, aceste vacuole se transformă în granule citoplasmatice care seamănă cu mitocondriile ca dimensiune și comportament de centrifugare.
De asemenea, s-a dovedit că membrana vacuolei este permeabilă nu numai la apă, ci și la substanțe cu greutate moleculară mică precum glucoza. Chapman-Andersen și autorul, folosind glucoză radioactivă, au descoperit că glucoza absorbită în procesul de pinocitoză părăsește rapid vacuolele și este distribuită uniform în întreaga citoplasmă. Această glucoză intră procese normale metabolismul care are loc în celulă, ca și cum ar fi intrat în celulă în mod obișnuit - ca urmare a difuziei de pe suprafața celulei; produsul metabolismului său – dioxidul de carbon radioactiv – apare curând printre produșii excretori ai amibei. Chapman-Andersen și D. Prescott au obținut aceleași rezultate pentru unii aminoacizi. Prin urmare, nu există nicio îndoială că, cu ajutorul pinocitozei, celula poate fi „hrănită” cu substanțe care au molecule mici. Experimentele de „hrănire” cu molecule mari nu au fost încă efectuate.
Aceste rezultate sugerează că există o anumită modificare a permeabilității membranei. Această schimbare nu poate fi văzută cu un microscop electronic; membrana pare a fi aceeași atât înainte cât și după pinocitoză. Cu toate acestea, există rapoarte că membrana mucusului care căptușește peretele vacuolei din interior se exfoliază și, împreună cu materialul adsorbit pe ea, rămâne în centrul vacuolei sub forma unui mic nodul.
În același timp, are loc un alt fenomen, probabil foarte important. Pe vacuola primară se formează mici vacuole secundare, care se desprind de aceasta și migrează în citoplasmă. Nu suntem încă în măsură să judecăm rolul acestui proces pentru distribuția conținutului vacuolei primare prin citoplasmă. Un singur lucru este clar: indiferent de procesele legate de permeabilitate care au loc în membranele acestor microvacuole, fluxul lor este mult facilitat datorită unei creșteri atât de uriașe a suprafeței membranei din interiorul celulei. Este posibil ca vacuolele secundare să participe și la crearea permeabilității selective, luând unele substanțe din vacuola primară și lăsând altele în ea.
Principala dificultate care apare atunci când se încearcă explicarea pinocitozei ca unul dintre principalele procese fiziologice care apar în celulă este că este complet lipsită de specificitate. Adevărat, în activitatea fagocitelor sensibilizate de anticorpi la absorbția anumitor bacterii se manifestă o specificitate ridicată. A. Tyler crede că în timpul fertilizării are loc înghițirea pinocitară a spermatozoizilor de către ovul - proces care începe cu interacțiunea unor substanțe specifice de pe suprafețele ovulului și spermatozoizilor. Cu toate acestea, în general, captarea mecanică a substanțelor și lichidelor adsorbite din mediu are loc probabil fără prea multă alegere. Este posibil ca, ca urmare a acestui fapt, substanțe inutile sau chiar dăunătoare să pătrundă adesea în celulă.
Probabil, undeva există un mecanism cu o selectivitate mai mare. Cel mai ușor este să presupunem că alegerea, activă sau pasivă, are loc pe membranele care înconjoară vacuolele și veziculele care se află în celulă. În acest caz, pinocitoza ar trebui considerată nu ca un proces care exclude transferul prin membrană, ci ca un proces care completează un astfel de transfer. Sarcina sa principală ar trebui să fie apoi crearea unor suprafețe interne vaste pe care activitatea forțelor asociate cu transferul pasiv și activ ar putea fi chiar mai eficientă decât pe suprafața efectivă a celulei și, în același timp, cu un risc mai mic de pierdere de materie din cauza scurgere.
Dacă găsiți o eroare, evidențiați o bucată de text și faceți clic Ctrl+Enter.
Principalele funcții ale plasmalemei sunt următoarele: 1) barieră, 2) receptor, 3) schimb, 4) transport.
1. Funcția de barieră. Se exprimă prin faptul că plasmalema limitează conținutul celulei, separând-o de mediul extern, iar membranele intracelulare împart citoplasma în compartimente-compartimente separate de reacție.
2. Funcția receptorului. Una dintre cele mai importante funcții ale plasmalemei este aceea de a asigura comunicarea (conectarea) celulei cu mediul extern prin intermediul aparatului receptor prezent în membrane, care are natură proteică sau glicoproteică. Funcția principală a formațiunilor de receptor ale plasmalemei este recunoașterea semnalelor externe, datorită cărora celulele sunt orientate corect și formează țesuturi în procesul de diferențiere. Activitatea diferitelor sisteme de reglare, precum și formarea unui răspuns imun, este asociată cu funcția receptorului.
3. Funcția metabolică este determinată de conținutul de proteine enzimatice din membranele biologice, care sunt catalizatori biologici. Activitatea lor variază în funcție de pH-ul mediului, temperatură, presiune, concentrația atât a substratului, cât și a enzimei în sine. Enzimele determină intensitatea reacțiilor metabolice cheie, precum și direcția acestora.
4. Funcția de transport a membranelor. Membrana asigură pătrunderea selectivă în celulă și din celulă în mediul înconjurător al diferitelor substanțe chimice. Transportul substantelor este necesar pentru a mentine pH-ul corespunzator in celula, concentratia ionica corespunzatoare, care asigura eficienta enzimelor celulare. Transportul furnizează nutrienți care servesc ca sursă de energie, precum și material pentru formarea diferitelor componente celulare. Determină eliminarea deșeurilor toxice din celulă, secreția diferitelor substanțe utile și crearea gradienților ionici necesari activității nervoase și musculare Modificările ratei de transfer a substanțelor pot duce la perturbări ale proceselor bioenergetice, metabolismul apă-sare. , excitabilitate și alte procese. Corectarea acestor modificări stă la baza acțiunii multor medicamente.
Există două moduri principale prin care substanțele intră în celulă și ies din celulă în mediul extern;
- transport pasiv,
- transport activ.
Transportul pasiv urmează un gradient de concentrație chimică sau electrochimică fără a consuma energie ATP. Dacă molecula substanței transportate nu are sarcină, atunci direcția transportului pasiv este determinată doar de diferența de concentrație a acestei substanțe pe ambele părți ale membranei (gradient de concentrație chimică). Dacă molecula este încărcată, atunci transportul ei este afectat atât de gradientul de concentrație chimică, cât și de gradientul electric (potențialul de membrană).
Ambii gradienți împreună constituie un gradient electrochimic. Transportul pasiv al substanțelor poate fi efectuat în două moduri: difuzie simplă și difuzie facilitată.
Prin difuzie simplă, ionii de sare și apa pot pătrunde prin canale selective. Aceste canale sunt formate din unele proteine transmembranare care formează căi de transport de la capăt la capăt care sunt permanent sau doar deschise. un timp scurt. Prin canalele selective patrund diverse molecule, avand marimea si sarcina corespunzatoare canalelor.
Există o altă modalitate de difuzie simplă - aceasta este difuzarea substanțelor prin stratul dublu lipidic, prin care trec cu ușurință substanțele solubile în grăsimi și apa. Bistratul lipidic este impermeabil la moleculele încărcate (ioni) și, în același timp, moleculele mici neîncărcate pot difuza liber, iar cu cât molecula este mai mică, cu atât este transportată mai repede. Rata destul de mare de difuzie a apei prin stratul dublu lipidic se datorează tocmai dimensiunii mici a moleculelor sale și absenței unei sarcini.
Cu difuzie facilitată, proteinele sunt implicate în transportul de substanțe - purtători care funcționează după principiul „ping-pong”. În acest caz, proteina există în două stări conformaționale: în starea „pong”, locurile de legare ale substanței transportate sunt deschise pe exteriorul stratului dublu, iar în starea „ping”, aceleași situsuri se deschid pe celălalt. latură. Acest proces este reversibil. Din ce parte a acest moment Momentul în care locul de legare al unei substanțe va fi deschis depinde de gradientul de concentrație al acestei substanțe.
În acest fel, zaharurile și aminoacizii trec prin membrană.
Cu difuzia facilitată, viteza de transport a substanțelor crește semnificativ în comparație cu difuzia simplă.
În plus față de proteinele purtătoare, unele antibiotice, cum ar fi gramicidina și valinomicina, sunt implicate în difuzia facilitată.
Deoarece asigură transportul ionilor, se numesc ionofori.
Transportul activ al substanțelor în celulă. Acest tip de transport vine întotdeauna cu costul energiei. Sursa de energie necesară pentru transportul activ este ATP. trăsătură caracteristică Acest tip de transport este că se efectuează în două moduri:
1) cu ajutorul enzimelor numite ATPaze;
2) transport în ambalaj membranar (endocitoză).
În membrana celulară exterioară sunt prezente proteine enzimatice precum ATPazele, a căror funcție este de a asigura transportul activ al ionilor împotriva unui gradient de concentrație. Deoarece asigură transportul ionilor, acest proces se numește pompă de ioni.
Există patru sisteme principale de transport ionic în celula animală. Trei dintre ele asigură transferul prin membranele biologice Na + și K +, Ca +, H +, iar al patrulea - transferul de protoni în timpul funcționării lanțului respirator mitocondrial.
Un exemplu de mecanism activ de transport ionic este pompa de sodiu-potasiu din celulele animale. Menține o concentrație constantă de ioni de sodiu și potasiu în celulă, care diferă de concentrația acestor substanțe în mediu: în mod normal, în celulă există mai puțini ioni de sodiu decât în mediu și mai mult potasiu.
Drept urmare, conform legilor difuziei simple, potasiul tinde să părăsească celula, iar sodiul difuzează în celulă. Spre deosebire de difuzia simplă, pompa de sodiu-potasiu pompează constant sodiu din celulă și injectează potasiu: pentru trei molecule de sodiu aruncate, există două molecule de potasiu introduse în celulă.
Acest transport al ionilor de sodiu-potasiu este asigurat de enzima dependentă de ATP, care este localizată în membrană în așa fel încât să pătrundă în toată grosimea acesteia.Sodiul și ATP intră în această enzimă din interiorul membranei, iar potasiul din interiorul membranei. in afara.
Transferul de sodiu și potasiu prin membrană are loc ca urmare a modificărilor conformaționale pe care le suferă ATPaza dependentă de sodiu-potasiu, care este activată atunci când crește concentrația de sodiu în interiorul celulei sau de potasiu în mediu.
Hidroliza ATP este necesară pentru a alimenta această pompă. Acest proces este asigurat de aceeași enzimă ATP-ază dependentă de sodiu-potasiu. În același timp, mai mult de o treime din ATP consumat de celula animală în repaus este cheltuită pentru activitatea pompei de sodiu - potasiu.
Încălcare funcționare corectă pompa de sodiu - potasiu duce la diferite boli grave.
Eficiența acestei pompe depășește 50%, ceea ce nu este atins de cele mai avansate mașini create de om.
Multe sisteme de transport activ sunt conduse de energia stocată în gradienți ionici, mai degrabă decât de hidroliza directă a ATP. Toate funcționează ca sisteme de cotransport (facilitând transportul compușilor cu greutate moleculară mică). De exemplu, transportul activ al anumitor zaharuri și aminoacizi în celulele animale este determinat de gradientul de ioni de sodiu și cu cât este mai mare gradientul de ioni de sodiu, cu atât rata de absorbție a glucozei este mai mare. În schimb, dacă concentrația de sodiu în spațiul intercelular scade semnificativ, transportul glucozei se oprește. În acest caz, sodiul trebuie să se alăture proteinei purtătoare de glucoză dependentă de sodiu, care are două locuri de legare: unul pentru glucoză, celălalt pentru sodiu. Ionii de sodiu care pătrund în celulă contribuie la introducerea proteinei purtătoare în celulă împreună cu glucoza. Ionii de sodiu care au intrat în celulă împreună cu glucoza sunt pompați înapoi de către ATPaza dependentă de sodiu-potasiu, care, prin menținerea gradientului de concentrație de sodiu, controlează indirect transportul glucozei.
Transportul substanţelor în ambalaje cu membrană. Moleculele mari de biopolimeri practic nu pot pătrunde prin plasmalemă prin oricare dintre mecanismele de transport de substanțe de mai sus în celulă. Ele sunt captate de celulă și absorbite în pachetul membranar, care se numește endocitoză. Acesta din urmă este împărțit oficial în fagocitoză și pinocitoză. Captarea particulelor solide de către celulă este fagocitoză, iar particulele lichide sunt pinocitoză. În timpul endocitozei, se observă următoarele etape:
- receptia substantei absorbite datorita receptorilor din membrana celulara;
- invaginarea membranei cu formarea unei bule (vezicule);
- desprinderea veziculei endocitare de la membrană cu cheltuiala de energie - formarea unui fagozom și restabilirea integrității membranei;
- fuziunea fagozomului cu lizozomul si formarea fagolizozomului (vacuola digestiva) in care are loc digestia particulelor absorbite;
- îndepărtarea materialului nedigerat din fagolizozom din celulă (exocitoză).
În regnul animal, endocitoza este o modalitate caracteristică de hrănire a multor organisme unicelulare (de exemplu, în amibe), iar în rândul organismelor pluricelulare, acest tip de digestie a particulelor alimentare se găsește în celulele endodermice din celenterate. În ceea ce privește mamiferele și oamenii, acestea au un sistem reticulo-histio-endotelial de celule cu capacitatea de a endocitoză. Exemple sunt leucocitele din sânge și celulele Kupffer hepatice. Acestea din urmă căptuiesc așa-numitele capilare sinusoidale ale ficatului și captează diverse particule străine suspendate în sânge. Exocitoza este, de asemenea, o modalitate de a îndepărta din celula unui organism multicelular substratul secretat de acesta, care este necesar pentru funcționarea altor celule, țesuturi și organe.
Efectuați lucrări de laborator.
A) Micropreparatele gata de celule din țesut vegetal și animal sunt examinate la microscop.
b) acordați atenție caracteristica principală eucariote - prezența unui nucleu în citoplasma fiecărei celule.
C) Examinați membranele celulare ale plantelor și animalelor la microscop.
D) Comparați structura celulelor vegetale și animale și trageți o concluzie despre caracteristici structura celulelor eucariote și, de asemenea, notează structura și funcțiile membranei celulare
E) Se schițează celulele în cauză, se trag concluzii din observațiile care sunt consemnate într-un caiet.
Citirea textului. Elevii ajung la concluzia că
Membrana biologică are o grosime mică (5-10 nm)
Structura dinamică a stratului lipidic (mobilitate, auto-închidere)
Proteine (îndeplinesc funcțiile de transport al substanțelor, menținerea unei anumite structuri membranare, primirea și transformarea semnalelor din mediu.)
Carbohidrați (recunoașterea semnalelor externe, aderența celulelor învecinate)
. Elevii își aleg propriile teme.
Sarcini #1
Elevii aleg răspunsul corect:
1. Care dintre următoarele substanțe nu sunt incluse în compoziția membranei?
(proteine, lipide, carbohidrați,acizi nucleici).
2. Care este funcția proteinelor care alcătuiesc membranele celulare? (construcții, protectoare, enzimatice, toate funcțiile de mai sus)
3. Care este funcția carbohidraților care alcătuiesc membranele celulare?
(transport de substante,recunoașterea tipurilor de celuleformarea unui strat dublu al membranei, catalizarea reacțiilor)
4. Care dintre componentele membranei determină proprietățile fluidității și mobilității?
(glucide, lipide, proteine, acizi nucleici)
5. Care este structura stratului lipidic din membrană?
a) monomolecular bimolecular
b) continuu; întrerupte de perechi de proteine, parțial întrerupte de molecule de proteine semi-imersate.
Sarcina numărul 2
Elevii rezolvă un puzzle de cuvinte încrucișate
1. El a demonstrat că celulele se pot diviza.
2. Conținutul intern de semi-lichid al celulei.
3. Procesul de introducere a unei particule de hrană în celulă.
4. Procesul de a obține o picătură de lichid cu substanțe dizolvate în ea în celulă.
5. Numeroase formațiuni intracelulare care îndeplinesc diverse funcții.
6. Unitate elementară a vieții pe Pământ.
7. om de știință german, unul dintre cei care au formulat teoria celulară.
8. Coordonează activitatea vitală a celulei.
Sarcina numărul 3
Intrebarea 1. Care sunt funcțiile membranei exterioare a celulei?
Răspuns: Membrana celulară exterioară este formată dintr-un strat dublu de lipide și molecule de proteine, dintre care unele sunt situate la suprafață, iar unele pătrund prin ambele straturi de lipide. Membrana celulară exterioară îndeplinește o funcție de protecție, separând celula de mediul extern și previne deteriorarea conținutului acesteia. În plus, membrana celulară exterioară asigură transportul de substanțe în și din celulă, permite celulelor să interacționeze între ele.
intrebarea 2 . Cum pot pătrunde substanțele în celulă?
Răspuns: Substanțele pot pătrunde în membrana celulară exterioară în mai multe moduri. În primul rând, prin cele mai subțiri canale formate din molecule de proteine, ionii de substanțe mici, cum ar fi ionii de sodiu, potasiu și calciu, pot trece în celulă. În al doilea rând, substanțele pot pătrunde în celulă prin fagocitoză sau pinocitoză. În acest fel, particulele de alimente pătrund de obicei.
Întrebarea 3 . Cum este pinocitoza diferită de fagocitoză?
Răspuns: În pinocitoză, proeminența membranei exterioare captează picături lichide, iar în fagocitoză, particule solide. Întrebarea 4. De ce celulele vegetale nu au fagocitoză? În timpul fagocitozei, în locul în care particula alimentară atinge membrana exterioară a celulei, se formează o invaginare, iar particula intră în celulă, înconjurată de o membrană. La celula plantei deasupra membranei celulare există o înveliș dens, non-plastic de fibre, care previne fagocitoza.
"Introducere în biologie generală și ecologie. Clasa a 9-a". A.A. Kamensky (gdz)
Caracteristicile celulei. membrana celulara
Întrebarea 1. Care sunt funcțiile membranei exterioare a celulei?
Membrana celulară exterioară este formată dintr-un strat dublu lipidic și molecule de proteine, dintre care unele sunt situate la suprafață, iar unele pătrund în ambele straturi de lipide prin și prin. Funcțiile membranei plasmatice:
1. Delimitarea. Membranele plasmatice formează sisteme închise fără întrerupere oriunde, adică. nu au coloane, așa că separă interiorul de exterior. De exemplu, membrana celulară protejează conținutul citoplasmei de daune fizice și chimice.
2. Transport - una dintre cele mai importante funcții este legată de capacitatea membranei de a trece diferite substanțe în sau din celulă, acest lucru este necesar pentru a menține constanța compoziției sale, adică. homeostazie (greacă homos - asemănător și stasis - stare).
3. Contact. În compoziția țesuturilor și a organelor, între celule se formează structuri speciale complexe - contacte intercelulare.
4. Membrana plasmatică a multor celule poate forma structuri speciale (microvili, cili, flageli).
5. Pe membrana plasmatică se creează o diferență de potențial electric. De exemplu, glicoproteinele eritrocitelor de mamifere creează o sarcină negativă pe suprafața lor, care le împiedică să se aglutine (lipirea).
6. Receptor. Este furnizat de molecule de proteine integrale care au capete polizaharide la exterior. Membranele au număr mare receptorii sunt proteine speciale al căror rol este de a transmite semnale din exterior spre interiorul celulei. Glicoproteinele sunt implicate în recunoașterea factorilor individuali de mediu și în răspunsul celulelor la acești factori. De exemplu, ovulul și spermatozoizii se recunosc reciproc prin glicoproteine care se potrivesc împreună ca elemente separate ale unei structuri integrale (conexiune stereochimică ca o „cheie a lacătului”) - aceasta este etapa care precede fecundarea.
7. Membrana plasmatică poate participa la sinteza și cataliză. Membrana este baza pentru plasarea precisă a enzimelor. Enzimele hidrolitice pot precipita în stratul de glicocalix, care scindează diverși biopolimeri și molecule organice, realizând clivaj membranar sau extracelular. Acesta este modul în care se desfășoară clivajul extracelular în bacteriile și ciupercile heterotrofe. La mamifere, de exemplu, în epiteliul intestinal, în zona marginii periei a epiteliului de aspirație, un numar mare de diverse enzime (amilaza, lipaza, diverse proteinaze, exohidrolaze etc.), i.e. se efectuează digestia parietală.
Întrebarea 2. În ce moduri pot pătrunde diferite substanțe în celulă?
Substanțele pot pătrunde în membrana celulară exterioară în mai multe moduri. În primul rând, prin cele mai subțiri canale formate din molecule de proteine, ionii de substanțe mici, cum ar fi ionii de sodiu, potasiu și calciu, pot trece în celulă. Acest așa-numit transport pasiv se desfășoară fără consum de energie prin difuzie, osmoză și difuzie facilitată. În al doilea rând, substanțele pot pătrunde în celulă prin fagocitoză sau pinocitoză. Molecule mari de biopolimeri intră prin membrană din cauza fagocitozei, fenomen descris pentru prima dată de I.I. Mechnikov. Procesul de captare și absorbție a picăturilor de lichid are loc prin pinocitoză. Prin fagocitoză și pinocitoză, particulele de alimente intră de obicei în celulă.
Întrebarea 3. Cum este pinocitoza diferită de fagocitoză?
Fagocitoza (greacă phagos - a devora, cytos - recipient) este captarea și absorbția de particule mari (uneori celule întregi și particulele lor) de către o celulă. În acest caz, membrana plasmatică formează excrescențe, înconjoară particulele și le mută în celulă sub formă de vacuole. Acest proces este asociat cu costul membranei și al energiei ATP.
Pinocitoză (greacă pino - băutură) - absorbția picăturilor de lichid cu substanțe dizolvate în ea. Se realizează datorită formării de invaginări pe membrană și formării de bule înconjurate de membrană și mișcându-le în interior. Acest proces este, de asemenea, asociat cu costul membranei și al energiei ATP. Funcția de aspirație a epiteliului intestinal este asigurată de pinocitoză.
Astfel, în timpul fagocitozei, celula absoarbe particulele de alimente solide, iar în timpul pinocitozei, picăturile lichide. Dacă celula încetează să mai sintetizeze ATP, atunci procesele de pino- și fagocitoză se opresc complet.
