просто и понятно об их роли в биологии

Содержание:

  • Определение
  • Какие органоиды входят в состав клетки

  • Двумембраные органоиды

  • Функции органоидов

  • Видео

    • Определение

    Органоиды клетки, они же органеллы, представляют собой специализированные структуры собственно клетки, отвечающие за различные важные и жизненно необходимые функции. Почему же все-таки «органоиды»? Просто тут эти компоненты клетки сопоставляются с органами многоклеточного организма.

    Какие органоиды входят в состав клетки

    Также порой под органоидами понимается исключительно лишь постоянные структуры клетки, которые находятся в ее цитоплазме. По этой же причине ядро клетки и ее ядрышко не называют органоидами, равно как и не являются органоидами клеточная мембрана, реснички и жгутики. А вот к органоидам, входящим в состав клетки относятся: хромосомы, митохондрии, комплекс Гольджи, эндоплазматическая сеть, рибосомы, микротрубочки, микрофиламенты, лизосомы.

    По сути это и есть основные органоиды клетки.

    Если речь идет о животных клетках, то в число их органоидов также входят центриоли и микрофибриллы. А вот в число органоидов растительной клетки еще входят только свойственные растениям пластиды. В целом состав органоидов в клетках может существенно отличатся в зависимости от вида самой клетки.

    Рисунок строения клетки, включая ее органоиды.

    Двумембраные органоиды

    Также в биологии существует такое явление как двумембраные органоиды клетки, к ним относятся митохондрии и пластиды. Ниже мы опишем свойственные им функции, впрочем, как всех других основных органоидов.

    Функции органоидов

    А теперь коротко опишем основные функции органоидов животной клетки. Итак:

    • Плазматическая мембрана – тонкая пленка вокруг клетки состоящая из липидов и белков. Очень важный органоид, который обеспечивает транспортировку в клетку воды, минеральных и органических веществ, удаляет вредные продукты жизнедеятельности и защищает клетку.
    • Цитоплазма – внутренняя полужидкая среда клетки. Обеспечивает связь между ядром и органоидами.
    • Эндоплазматическая сеть – она же сеть каналов в цитоплазме. Принимает активное участие в синтезе белков, углеводов и липидов, занимается транспортировкой полезных веществ.
    • Митохондрии – органоиды, в которых окисляются органические вещества и синтезируются молекулы АТФ с участием ферментов. По сути митохондрии это органоид клетки, синтезирующий энергию.
    • Пластиды (хлоропласты, лейкопласты, хромопласты) – как мы упоминали выше, встречаются исключительно у растительных клеток, в целом их наличие является главной особенностью растительного организма. Играют очень важную функцию, например, хлоропласты, содержащие зеленый пигмент хлорофилл, у растения отвечают за явление фотосинтеза.
    • Комплекс Гольджи – система полостей, отграниченных от цитоплазмы мембраной. Осуществляют синтез жиров и углеводов на мембране.
    • Лизосомы — тельца, отделенные от цитоплазмы мембраной.
      Имеющиеся в них особые ферменты ускоряют реакцию расщепления сложных молекул. Также лизосома является органоидом, обеспечивающим сборку белка в клетках.
    • Вакуоли — полости в цитоплазме, заполненные клеточным соком, место накопления запасных питательных веществ; они регулируют содержание воды в клетке.

    В целом все органоиды являются важными, ведь они регулируют жизнедеятельность клетки.

    Видео

    И в завершение тематическое видео про органоиды клетки.

    Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

    При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту [email protected] или в Фейсбук, с уважением автор.

    Страница про автора

    Эта статья доступна на английском – Cell Organelles and Their Functions.

    Схожі записи:

    Общее понятие о белках и их значение

    Категория: Биология.

    Учебные задачи:

    1. Проведение контроля полученных знаний по теме: «Жидкие среды организма человека. Кровоток и лимфоток кожи».
    2. Познакомить студентов со строением белка, их свойствами, с группами белков и выполняемыми ими функциями.
    3. Закрепить и проверить полученные знания на уроке.
    4. Выполнить творческую работу с новыми понятиями.
    5. Начать работу над мини-сочинением на тему: «В наш организм перестали поступать продукты, богатые белком…» (с учетом окончания работы дома).

    Тезуарус понятий по теме «Общее понятие о белках и их значение»

    • Антитела – белки, которые участвуют в уничтожении в организме чужеродных микробов.
    • Актин – белок, благодаря которому происходит расслабление мышечной ткани.
    • Белок – органическое вещество, состоящее из огромного количества аминокислотных остатков.
    • Гемоглобин – белок, транспортирующий кислород к клеткам и тканям.
    • Глобула – самая большая молекула белка.
    • Гормоны – белки, управляющие всеми жизненными процессами организма, его ростом и развитием.
    • Денатурация –       процесс разрушения вторичной, третичной, четвертичной структуры белка под действием высокой температуры или химических веществ.
    • Кератин – белок, придающий прочность волосам и ногтевым пластинкам.
    • Меланин – структурный белок, пигмент, придающий цвет нашей коже.
    • Миозин – белок, благодаря которому происходит сокращение мышечной ткани.
    • Родопсин — светочувствительный белок, благодаря которому возникает изображение на сетчатке глаза.
    • Ферменты       – белки, под воздействием которых протекают все химические процессы в организме.
    • Фибриноген – белок, участвующий в тромбообразовании.

    (Слайд 1)

    1. Проведение контроля полученных знаний по теме: «Жидкие среды организма человека. Кровоток и лимфоток кожи.»

    Уважаемые студенты, на прошлом занятии мы закончили изучение темы по строению кровеносной системы и говорили о разнообразии выполняемых ею функций.

    Я предлагаю вам ответить на вопросы теста по данной теме, а затем приступим к изучению нового материала.

    В течение нескольких минут вы должны ответить на вопросы теста (раздаю 4 варианта теста), через 10 мин собираю результаты работ.

    Говоря о функциях кровеносной системы, мы называли главной ту, которая разносит питательные вещества по всему нашему телу. А куда в конечном итоге должны попасть питательные вещества и зачем? (студенты должны сказать, что питательные вещества должны попасть в клетку, чтобы та смогла расти и развиваться.

    )

    Давайте вспомним строение клетки.

    «Как и у каждого государства, у клетки есть свои границы.

    В нашем государстве есть главный город — столица Москва. В клетке тоже есть главный органоид под названием ядро. Ядро руководит всеми органоидами в клетке, а Москва осуществляет руководство теми городами, которые входят в состав России. Но чтобы страна развивалась нормально, нужно приложить немало усилий для того, что люди, работающие в этой стране, были сыты.

    Так вот и клетке, для нормального роста, развития и воспроизведения себе подобных необходимо полноценное питание».

    Какие же вещества необходимы клетке? (студенты должны ответить: органические и неорганические вещества) (слайд 2).

    Какие органические вещества ей нужны? (студенты должны ответить: белки, жиры и углеводы).

    Да, действительно клетке необходимы эти органические вещества.

    И особенно мы нуждаемся в белках, так как они являются основным строительным материалом для клетки и источником энергии нашего организма (слайд 3).

    2. Объяснение новой темы занятия.

    Узнать, какие бывают белки, какое строение они имеют, какие функции выполняют в нашем организме, их свойства – задача нашего урока (слайд 4).

    Итак, запишите тему сегодняшнего урока:

    Общее понятие о белках и их значение (слайд 5).

    Жизнь есть способ существования белковых тел…

    (Ф.Энгельс)

    Основоположником исследований строения белка является немецкий химик Эмиль Фишер (слайд 6).

    Давайте обратимся к этимологии слова «белки» (слайд 7).

    Еще к началу 19 века было установлено, что все белковые молекулы имеют большую молекулярную массу и состоят из атомов углерода, водорода, кислорода, азота и серы. (слайд 8). Продукты, богатые белком (слайд 9).

    Белки – биологические полимеры, синтезируемые живыми клетками. Будучи продуктами жизнедеятельности живых организмов, белки обеспечивают возможность их существования, развития, созревания и воспроизведения себе подобных в потомстве. Более 50% сухого веса клеток приходится на долю белков.

    Роль белков в организме чрезвычайно разнообразна. Большая группа белков принимает участие в образовании различных структур организма. Белок – это наши мышцы, соединительные ткани (сухожилия, связки, хрящи). Белковые молекулы включены в состав костной ткани. Из особых форм белка сотканы наши волосы, ногти, зубы, кожный покров

    Вы знаете из школьного курса химии, что белки состоят из аминокислот.

    Для того, чтобы понять, какое разнообразие белков может образовываться из аминокислот и сколько их может находиться в природе, я приведу вам такой пример:

    (слайд 10).

    МАТЬМАТЬМАТЬМАТЬ

    ТЬМАТЬМАТЬМАТЬМА

    У поэта Андрея Андреевича Вознесенского есть две строки, которые состоят из одинаковой последовательности букв, меняющих свой смысл в зависимости от места начала чтения (мать-мать-мать-мать…) или (тьма-тьма-тьма-тьма…). Но природа гораздо раньше изобрела подобную головоломку: одна и та же последовательность аминокислот в цепочке будет кодировать разные белки, если читать ее с первой, второй или третьей буквы.

    (Вызываю к доске 4 студента и они начинают друг с другом меняться местами, при этом мы получаем разную последовательность соединения аминокислотных остатков, вместе с тем и разные по выполняемым функциям белки.)

    Для работы на уроке я раздам вам опорные карточки, которые вы затем вклеите в свои тетради. В карточках вы должны дописывать группы белков, выполняемые ими функции и структуры белка с их связями.

    А какое же строение они имеют?

    Существует несколько структур белка: (слайд11)

    Первичная – (слайд 12) последовательное соединение аминокислот друг с другом с образованием пептидных связей. Пептидные связи очень прочные.

    (представляем модель молекулы белка – бусы)

    Вторичная – (слайд 13) цепь взаимосвязанных аминокислот начинает скручиваться в спираль, между ветвями спирали появляются водородные связи.

    (представляем спирально закрученный телефонный шнур)

    Третичная – (слайд 14) спираль из аминокислотных остатков начинает сворачиваться в клубок.

    Четвертичная – (слайд15) клубки третичной структуры соединяются друг с другом и образуют глобулу.

    Для каждого вида белка должна соблюдаться определенная последовательность соединения аминокислотных остатков друг с другом. Такое заболевание, как серповидно-клеточная анемия связано с изменением формы эритроцита и невозможностью нормального транспорта кислорода. Причина же – одна единственная ошибка, когда из 146 аминокислотных фрагментов этого белка один – глутаминовая кислота заменяется на другой – валин.

    Свойства белков (слайд 16, 17)

    Растворимость белков зависит от функций. Молекулы белков, которые являются основным строительным материалом для сухожилий, мускульных и покровных тканей – не растворимы в воде.

    Прочность таких белков просто поразительна! Человеческий волос прочнее меди и может соперничать со специальными видами стали. Пучок волос площадью 1 см2 выдерживает вес в 5 тонн, а на женской косе в 200 тыс. волосинок можно поднять груженый КАМАЗ, весом 20 тонн.

    Глобулярные белки свернуты в клубочки. В организме они выполняют ряд биологических функций, требующих их подвижности, т.е. растворимости. Поэтому глобулярные белки растворимы в воде, либо в растворах солей, кислот или оснований.

    Денатурация (слайд 18) – процесс разрушения белка под действием высокой температуры или химических веществ. При денатурации разрушаются четвертичная, третичная, вторичная структуры белка, т.е. водородные связи, находящиеся между ветвями спирали. Пептидные связи крепче водородных, поэтому первичная структура при денатурации не разрушается.

    (показываем на видео опыт денатурации белка: а) в пробирку с яичным белком приливаем кислоту; б) пробирку с куриным белком нагреваем на огне (и в том, и другом случае видим изменение структуры белка).

    Итак, давайте познакомимся с группами белков.

    Группы белков (слайд 19)

    1) Структурные белки – кератин. Этот белок отвечает за прочность волос и ногтевых пластинок. Красивые ногти — залог успеха в карьерном росте и повышенный интерес у мужчин (слайд 8).

    Их не сравнить с теми ногтями, в которых отсутствует здоровый белок (слайд 20, 21, 22).

    2) Пигменты (слайд 23) – меланин. Это тот пигмент, который придает цвет нашей коже, образуется под воздействием ультрафиолетовых лучей и способствует образованию витамина Д в нашем организме.

    3) Из белковых молекул образуются отдельные очень важные гормоны, от которых зависит не только здоровье, но и внешность женщины (слайд 24).

    Белки – гормоны управляют всеми жизненными процессами организма, его ростом и размножением. Благодаря особому светочувствительному белку родопсину на сетчатке глаза возникает изображение видимых предметов. Мышцы способны сокращаться и расслабляться, потому что они содержат сократительные белки миозин и актин. Именно этим белкам все животные обязаны своей способностью двигаться. Некоторые белки служат запасными питательными веществами.

    4) Важной и очень разнообразной группой белков являются ферменты (слайд 25).

    (слайд добавляется). Все химические процессы в организме протекают при их участии. Без них невозможно пищеварение, усвоение кислорода, взаимопревращения веществ и образование и выведение конечных продуктов обмена, накопление энергии, свертывание крови и т.д. Но каждый фермент – это то вещество, которое контролирует ход только одной реакции в организме, они ведут себя наподобие ключа и замка (показываю на листочках это соответствие).

    5) Белки выполняют в организме и защитные функции (слайд 26). При попадании в кровь болезнетворных бактерий или опасных для организма продуктов их жизнедеятельности в организме вырабатываются антитела – белки-иммуноглобулины, принимающие участие в нейтрализации токсичных чужеродных белков или каких-либо других продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Другой формой защитной функции является процесс свертывания крови. В плазме крови растворен белок фибриноген. Он бесцветен и невидим. Но в том месте, где кровеносный сосуд поврежден, фибриноген быстро полимеризуется, превращается в белые нити фибрина и, выпадая в осадок, закрывает, подобно вате, грозящую кровопотерей рану.

    6) Некоторые белки выполняют транспортные функции (слайд 27). Так, например, заключенный в эритроциты гемоглобин переносит кислород от легких к различным органам и тканям, где гемоглобин забирает образующуюся углекислоту и переносит ее в легкие, для того чтобы она выводилась из легких при дыхании.

    7) Рецепторные – родопсин (слайд 28). Благодаря светочувствительному белку родопсину на сетчатке глаза возникает изображение видимых предметов.

    (можно немного снять усталость с глаз студентов, сделав гимнастику для глаз).

    8) Сократительные – миозин и актин (слайд 29). Мышцы способны сокращаться и расслабляться именно благодаря этим белкам (можно привести пример со скелетом, который не способен «двигаться», так как у него нет мышщ).

    3. Закрепить и проверить полученные знания на занятии.

    Студентам предлагаем обратить их внимание на краткий конспект занятия и через 3-4 минуты делаем проверку знаний, например при помощи карточек (имеются в приложении1). Через 7-8 минут работы собираем, отдаем преподавателю.

    4. Выполняем творческую работу с новыми понятиями.

    Для этого на слайде № 30 написаны новые понятия, с которыми студенты познакомились на занятии. Студенты должны сделать «рекламу» этим понятиям в форме стихотворений, лозунгов и т.д. Через 10 минут желающие предлагают свои работы на обсуждение. Преподаватель в это время проверяет карточки по усвоению новых знаний.

    После данной работы преподаватель подводит итоги занятия, выставляет отметки, в завершении дает еще одно задание студентам, которое они должны закончить дома.

    5. Мини-сочинение на тему: «В наш организм перестали поступать продукты, богатые белком…» (слайд 31).

    Приложение 1

    Фоторяд

    23.03.2012

    Какие органеллы помогают молекулам диффундировать через мембрану с помощью транспортных белков?

    Эукариотические клетки обладают внешней мембраной, которая защищает содержимое клетки. Однако внешняя мембрана является полупроницаемой и позволяет проникать в нее определенным веществам.

    Внутри эукариотических клеток меньшие субструктуры, называемые органеллами , обладают собственными мембранами. Органеллы выполняют несколько различных функций в клетках, включая перемещение молекул через клеточную мембрану или через мембраны органелл.

    TL;DR (слишком длинный; не читал)

    Молекулы могут диффундировать через мембраны с помощью транспортных белков, или им могут помогать в активном транспорте другие белки. Органеллы, такие как эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, митохондрии и пероксисомы, играют роль в мембранном транспорте.

    Характеристики клеточной мембраны

    Мембрану эукариотической клетки часто называют плазматической мембраной . Плазматическая мембрана состоит из двойного слоя фосфолипидов, и проницаем для некоторых молекул, но не для всех.

    Компоненты двойного слоя фосфолипидов включают комбинацию глицерина и жирных кислот с фосфатной группой. Они дают глицерофосфолипиды, которые обычно составляют бислой большинства клеточных мембран.

    Двухслойный фосфолипид обладает влаголюбивыми (гидрофильными) свойствами снаружи и водоотталкивающими (гидрофобными) свойствами внутри. Гидрофильные части обращены как к внешней, так и к внутренней стороне клетки, и взаимодействуют с водой в этих средах, и притягиваются к ней.

    Во всей клеточной мембране поры и белки помогают определить, что входит или выходит из клетки. Из различных видов белков, обнаруженных в клеточной мембране, некоторые проникают только в часть двойного слоя фосфолипидов. Они называются внешними белками. Белки, пересекающие весь бислой, называются внутренними белками или трансмембранными белками .

    Белки составляют около половины массы клеточных мембран. В то время как некоторые белки могут легко перемещаться в бислое, другие заблокированы на месте и нуждаются в помощи, если они должны двигаться.

    Факты о транспортной биологии

    Клетки нуждаются в способе доставки в них необходимых молекул. Им также нужен способ снова выпустить определенные материалы. Высвобождаемые материалы, конечно, могут включать отходы, но часто определенные функциональные белки также должны секретироваться вне клеток. Фосфолипидная двухслойная мембрана поддерживает поток молекул в клетку посредством осмоса, пассивного транспорта или активного транспорта.

    Внешние и внутренние белки помогают в этом транспортная биология . Эти белки могут иметь поры, обеспечивающие диффузию, они могут работать как рецепторы или ферменты для биологических процессов, или они могут участвовать в иммунных реакциях и клеточной передаче сигналов. Существуют различные типы пассивного транспорта, а также активный транспорт, которые играют роль в перемещении молекул через мембраны.

    Типы пассивного транспорта

    В биологии транспорта пассивный транспорт относится к транспорту молекул через клеточную мембрану, который не требует какой-либо помощи или энергии. Как правило, это небольшие молекулы, которые могут относительно свободно втекать и выходить из клетки. Они могут включать воду, ионы и т.п.

    Одним из примеров пассивного транспорта является диффузия . Диффузия происходит, когда определенные материалы проникают в клеточную мембрану через поры. Основные молекулы, такие как кислород и углекислый газ, являются хорошими примерами. Обычно для диффузии требуется градиент концентрации, то есть концентрация снаружи клеточной мембраны должна отличаться от концентрации внутри.

    Облегченный транспорт требуется помощь через белки-переносчики. Белки-носители связывают материалы, необходимые для транспорта, в местах связывания. Это соединение заставляет белок менять форму. Как только предметы проходят через мембрану, белок их высвобождает.

    Другим типом пассивного транспорта является простой осмос . Это обычное дело для воды. Молекулы воды ударяются о клеточную мембрану, создавая давление и создавая «водный потенциал». Вода будет двигаться от высокого водного потенциала к низкому, чтобы попасть в клетку.

    Активный мембранный транспорт

    Иногда некоторые вещества не могут проникнуть через клеточную мембрану просто путем диффузии или пассивного транспорта. Например, переход от низкой к высокой концентрации требует энергии. Для этого активный транспорт происходит с помощью белков-переносчиков. Белки-носители содержат сайты связывания, к которым прикрепляются необходимые вещества, чтобы их можно было перемещать через мембрану.

    Более крупные молекулы, такие как сахара, некоторые ионы, другие сильно заряженные вещества, аминокислоты и крахмалы, не могут дрейфовать через мембраны без посторонней помощи. Транспортные белки или белки-переносчики строятся для конкретных нужд в зависимости от типа молекулы, которая должна перемещаться через мембрану. Рецепторные белки также избирательно связывают молекулы и проводят их через мембраны.

    Органеллы, участвующие в мембранном транспорте

    Поры и белки не являются единственными средствами мембранного транспорта. Органеллы также выполняют эту функцию несколькими способами. Органеллы представляют собой более мелкие субструктуры внутри клеток.

    Органеллы имеют разнообразную форму и выполняют разные функции. Эти органеллы составляют так называемую эндомембранную систему и обладают уникальными формами транспорта белков.

    При цитозе большие количества материалов могут пересекать мембрану через везикулы . Это кусочки клеточной мембраны, которые могут перемещать элементы в клетку или наружу (эндоцитоз или экзоцитоз соответственно). Белки упаковываются эндоплазматическим ретикулумом в везикулы и высвобождаются за пределы клетки. Два примера везикулярных белков включают инсулин и эритропоэтин.

    Эндоплазматический ретикулум

    Эндоплазматический ретикулум (ЭР) представляет собой органеллу, ответственную за создание как мембран, так и их белков. Он также способствует молекулярному транспорту через собственную мембрану. ER отвечает за транслокацию белков, то есть перемещение белков по клетке. Некоторые белки могут полностью пересекать мембрану ER, если они растворимы. Одним из таких примеров являются секреторные белки.

    Однако для мембранных белков, поскольку они являются частью двойного слоя мембраны, требуется небольшая помощь для перемещения. Мембрана ER может использовать сигналы или трансмембранные сегменты как способ перемещения этих белков. Это один из видов пассивного транспорта, который определяет направление движения белков.

    В случае белкового комплекса, известного как Sec61, который функционирует в основном как поровый канал, для транслокации он должен взаимодействовать с рибосомой.

    Аппарат Гольджи

    Аппарат Гольджи — еще одна важная органелла. Это дает белкам окончательные, специфические добавки, которые придают им сложность, такие как добавление углеводов. Он использует везикулы для транспортировки молекул.

    Везикулярный транспорт может происходить частично из-за белков покрытия, и эти белки способствуют перемещению везикул между ЭПР и аппаратом Гольджи. Одним из примеров белка оболочки является клатрин.

    Митохондрии

    Во внутренней мембране органелл, называемых митохондриями, должны использоваться многочисленные белки, помогающие вырабатывать энергию для клетки. Внешняя мембрана, напротив, является пористой, через которую могут проходить небольшие молекулы.

    Пероксисомы

    Пероксисомы представляют собой органеллы, расщепляющие жирные кислоты. Как следует из их названия, они также участвуют в удалении вредной перекиси водорода из клеток. Пероксисомы также могут транспортировать большие свернутые белки.

    Исследователи только недавно обнаружили огромные поры, которые позволяют пероксисомам делать это. Обычно белки не транспортируются в своем полном, большом, трехмерном состоянии. Большую часть времени они просто слишком велики, чтобы пройти через пору. Но пероксисомы справляются с задачей в случае этих гигантских пор. Белки должны нести определенный сигнал, чтобы пероксисома могла их транспортировать.

    Разнообразие видов пассивного транспорта делает биологию транспорта увлекательным предметом для изучения. Получение знаний о том, как материалы могут перемещаться через клеточные мембраны, может помочь в понимании клеточных процессов.

    Поскольку многие заболевания связаны с неправильно сформированными, плохо свернутыми или иным образом дисфункциональными белками, становится ясно, насколько релевантным может быть мембранный транспорт. Транспортная биология также предоставляет безграничные возможности для открытия способов лечения недостатков и болезней и, возможно, для создания новых лекарств для лечения.

    Транспорт через клеточную мембрану: процесс, типы и схема

    Клеточные мембраны окружают каждую клетку и некоторые органеллы, такие как ядро ​​и тельце Гольджи. Они состоят из двойного слоя фосфолипидов, который действует как полупроницаемый барьер, который регулирует то, что входит и выходит из клетки или органеллы. Транспорт через клеточную мембрану — строго регулируемый процесс, который иногда включает прямое или косвенное вложение энергии, чтобы доставить молекулы, которые необходимы клетке, внутрь или те, которые токсичны для нее.

    Градиенты через клеточную мембрану

    Чтобы понять, как работает транспорт через клеточную мембрану, сначала нам нужно понять, как работают градиенты, когда между двумя растворами есть полупроницаемая мембрана.

    Градиент — это просто постепенное изменение переменной в пространстве.

    В клетках полупроницаемой мембраной является плазматическая мембрана с липидным бислоем, и двумя решениями могут быть:

    • Цитоплазма клетки и интерстициальная жидкость, когда происходит обмен между клеткой и ее внешней средой.
    • Цитоплазма клетки и просвет мембранной органеллы при обмене между клеткой и одной из ее органелл.

    Поскольку бислой является гидрофобным (липофильным), он позволяет перемещаться только небольшим неполярным молекулам через мембрану без участия белков. Независимо от того, перемещаются ли полярные или большие молекулы без необходимости в АТФ (т. е. за счет пассивного транспорта), им потребуется белковый медиатор, чтобы пройти через липидный бислой.

    Существует два типа градиентов, определяющих направление, в котором молекулы будут пытаться двигаться через полупроницаемую мембрану, такую ​​как плазматическая мембрана: химический и электрический градиенты.

    • Химические градиенты, также известные как градиенты концентрации, представляют собой пространственные различия в концентрации вещества. Говоря о химических градиентах в контексте клеточной мембраны, мы имеем в виду различных концентраций определенных молекул по обе стороны от мембраны (внутри и снаружи клетки или органеллы).
    • Электрические градиенты генерируются различиями в количестве заряда по обе стороны мембраны . Потенциал мембраны покоя (обычно около -70 мВ) указывает на то, что даже без стимула существует разница в заряде внутри и снаружи клетки. Потенциал покоящейся мембраны отрицателен, потому что положительно заряженных ионов снаружи клетки больше, чем внутри, т.е. внутри клетки более отрицательно.

    Когда молекулы, пересекающие клеточную мембрану, не заряжены, единственным градиентом, который нам нужно учитывать при определении направления движения во время пассивного транспорта (в отсутствие энергии), является химический градиент. Например, нейтральные газы, такие как кислород, будут проходить через мембрану и проникать в клетки легких, потому что обычно в воздухе кислорода больше, чем внутри клеток. Противоположное верно для CO 2 , который имеет более высокую концентрацию в легких и перемещается в воздух без необходимости дополнительного посредничества.

    Однако, когда молекулы заряжены, необходимо учитывать две вещи: концентрацию и электрические градиенты. Электрические градиенты связаны только с зарядом: если за пределами клетки больше положительных зарядов, теоретически не имеет значения, ионы ли это натрия или калия (Na + и K + соответственно), которые перемещаются в клетку. для нейтрализации заряда. Однако ионы Na + более распространены вне клетки, а ионы K + более распространены внутри клетки, поэтому, если соответствующие каналы откроются, чтобы позволить заряженным молекулам пересечь клеточную мембрану, это будет Na + ионов, которые легче попадают в клетку, поскольку они будут перемещаться в пользу их концентрации и электрического градиента.

    Когда молекула движется в пользу своего градиента, говорят, что она движется «вниз» по градиенту. Когда молекула движется против градиента концентрации, говорят, что она движется «вверх» по градиенту.

    Почему важны градиенты?

    Градиенты имеют решающее значение для функционирования клетки, поскольку различия в концентрации и заряде различных молекул используются для активации определенных клеточных процессов.

    Например, мембранный потенциал покоя особенно важен для нейронов и мышечных клеток, потому что изменение заряда, которое происходит после стимуляции нейронов, обеспечивает связь нейронов и сокращение мышц. Если бы не было электрического градиента, нейроны не могли бы генерировать потенциалы действия, и синаптическая передача не происходила бы. Если бы не было разницы в концентрациях Na + и K + по обе стороны мембраны, то не было бы и специфического и строго регулируемого потока ионов, характеризующего потенциалы действия.

    Тот факт, что мембрана является полупроницаемой, а не полностью проницаемой, позволяет более строго регулировать молекулы, которые могут проходить через мембрану. Заряженные молекулы и большие молекулы не могут пересекаться сами по себе, поэтому им потребуется помощь специфических белков, которые позволяют им проходить через мембрану либо в пользу, либо против их градиента.

    Виды транспорта через клеточную мембрану

    Транспорт через клеточную мембрану относится к перемещению веществ , таких как ионы, молекулы и даже вирусы, в клетку или связанную с мембраной органеллу и из нее. Этот процесс строго регулируется, потому что он имеет решающее значение для поддержания клеточного гомеостаза и облегчения клеточной коммуникации и функционирования.

    Существует три основных пути транспорта молекул через клеточную мембрану: пассивный, активный и вторичный активный транспорт. В статье мы подробно рассмотрим каждый вид транспорта, но сначала давайте рассмотрим главное различие между ними.

    Основное отличие этих видов транспорта в том, что активный транспорт требует энергии в виде АТФ , а пассивный транспорт нет. Вторичный активный транспорт не требует энергии напрямую, но использует градиенты, генерируемые другими процессами активного транспорта, для перемещения вовлеченных молекул (опосредованно использует клеточную энергию).

    Помните, что любой способ транспорта через мембрану может происходить через клеточную мембрану (т. е. между внутренней и внешней частью клетки) или через мембрану определенных органелл (между просветом органеллы и цитоплазмой).

    Требуется ли молекуле энергия для переноса с одной стороны мембраны на другую, зависит от градиента для этой молекулы. Другими словами, транспортировка молекулы посредством активного или пассивного транспорта зависит от того, движется ли молекула против или в пользу своего градиента.

    Каковы методы пассивного транспорта через клеточную мембрану?

    Пассивный транспорт относится к транспорту через клеточную мембрану, который не требует энергии от метаболических процессов. Вместо этого этот вид транспорта опирается на природный кинетическая энергия молекул и их случайное движение плюс естественные градиенты , образующиеся по разные стороны клеточной мембраны.

    Все молекулы в растворе находятся в постоянном движении, поэтому по чистой случайности молекулы, которые могут перемещаться по липидному бислою, рано или поздно это сделают. Однако чистое движение молекул зависит от градиента: даже если молекулы находятся в постоянном движении, большее количество молекул пройдет через мембрану в сторону меньшей концентрации, если есть градиент.

    Существует три вида пассивного транспорта:

    • Простая диффузия
    • Облегченная диффузия
    • Осмос

    Простая диффузия

    Простая диффузия — перемещение молекул в область с низкой концентрацией пока не будет достигнуто равновесие без участия белков .

    Кислород может свободно диффундировать через клеточную мембрану, используя эту форму пассивного транспорта, потому что это небольшая и нейтральная молекула.

    Рис. 1. Простая диффузия: фиолетовых молекул больше на верхней стороне мембраны, поэтому чистое движение молекул будет происходить сверху вниз мембраны.

    Облегченная диффузия

    Облегченная диффузия — это перемещение молекул из области высокой концентрации в область низкой концентрации до достижения равновесия с помощью мембранных белков , таких как канальные белки и белки-переносчики. Другими словами, облегченная диффузия — это простая диффузия с добавлением мембранных белков.

    Канальные белки обеспечивают гидрофильный канал для прохождения заряженных и полярных молекул, таких как ионы. Между тем белки-переносчики изменяют свою конформационную форму для транспорта молекул.

    Глюкоза является примером молекулы, которая транспортируется через клеточную мембрану посредством облегченной диффузии.

    Рис. 2. Облегченная диффузия: это все еще форма пассивного транспорта, потому что молекулы перемещаются из области с большим количеством молекул в область с меньшим количеством молекул, но они пересекают белковый посредник.

    Осмос

    Осмос — это движение молекул воды из области с высоким водным потенциалом в область с более низким водным потенциалом через полупроницаемую мембрану.

    Хотя правильно использовать терминологию, когда речь идет об осмосе, водный потенциал , осмос обычно описывается также с использованием концепций, связанных с концентрацией. Молекулы воды будут течь из области с низкой концентрацией (большое количество воды по сравнению с небольшим количеством растворенных веществ) в область с высокой концентрацией (низкое количество воды по сравнению с количеством растворенных веществ).

    Вода будет свободно перетекать с одной стороны мембраны на другую, но скорость осмоса может быть увеличена, если в клеточной мембране присутствуют аквапорины . Аквапорины представляют собой мембранные белки, избирательно транспортирующие молекулы воды.

    Рис. 3. На схеме показано движение молекул через клеточную мембрану при осмосе

    Какие существуют методы активного транспорта?

    Активный транспорт – транспорт молекул через клеточную мембрану с использованием белков-переносчиков и энергии метаболических процессов в форме АТФ .

    Белки-носители Белки представляют собой мембранные белки, обеспечивающие прохождение определенных молекул через клеточную мембрану. Они используются как в облегченном диффузном , так и в активном транспорте . Белки-носители используют АТФ для изменения своей конформационной формы при активном транспорте, позволяя связанной молекуле проходить через мембрану против ее химического или электрического градиента . Однако при облегченной диффузии АТФ не требуется для изменения формы белка-носителя.

    Рис. 4. На диаграмме показано движение молекул при активном транспорте: обратите внимание, что молекула движется против градиента концентрации, поэтому АТФ расщепляется на АДФ для высвобождения необходимой энергии.

    Процесс, основанный на активном транспорте, представляет собой поглощение ионов минералов клетками корневых волосков растений. Тип задействованных белков-переносчиков специфичен для ионов минералов.

    Несмотря на то, что обычный активный транспорт, на который мы ссылаемся, касается молекулы, непосредственно транспортируемой белком-переносчиком на другую сторону мембраны с помощью АТФ, существуют и другие типы активного транспорта, которые немного отличаются от этой общей модели: -транспортные и массовые перевозки.

    Объемный транспорт

    Как видно из названия, объемный транспорт представляет собой обмен большого количества молекул с одной стороны мембраны на другую. Объемный транспорт требует много энергии и представляет собой довольно сложный процесс, так как включает образование или слияние везикул с мембраной. Транспортируемые молекулы переносятся внутри везикул. Два типа объемного транспорта:

    • Эндоцитоз — эндоцитоз предназначен для транспорта молекул снаружи внутрь клетки. Везикула формируется внутри клетки.
    • Экзоцитоз — экзоцитоз предназначен для транспорта молекул изнутри наружу клетки. Везикула, несущая молекулы, сливается с мембраной и выбрасывает свое содержимое за пределы клетки.

    Рис. 5. Диаграмма эндоцитоза. Как видите, эндоцитоз можно разделить на дополнительные подтипы. Каждый из них имеет свою собственную регуляцию, но общим моментом является то, что создание целой везикулы для транспортировки молекул внутрь или наружу требует чрезвычайно больших затрат энергии.

    Рис. 6. Диаграмма экзоцитоза. Как и в случае с эндоцитозом, экзоцитоз можно подразделить на дополнительные типы, но оба они по-прежнему чрезвычайно энергозатратны.

    Вторично-активный транспорт

    Вторично-активный транспорт или ко-транспорт — это тип транспорта, который не использует непосредственно клеточную энергию в форме АТФ, но, тем не менее, требует энергии.

    Как вырабатывается энергия при совместном транспорте? Как следует из названия, котранспорт требует одновременного транспорта молекул нескольких типов . Таким образом, можно использовать белки-переносчики, которые транспортируют одну молекулу в пользу их градиента концентрации (выработка энергии) и другую против градиента t , используя энергию одновременного транспорта другой молекулы. .

    Одним из наиболее известных примеров котранспорта является котранспортер Na+/глюкозы (SGLT) кишечных клеток. SGLT переносит ионы Na+ по градиенту их концентрации из просвета кишечника внутрь клеток, вырабатывая энергию. Тот же белок также транспортирует глюкозу в том же направлении, но для глюкозы путь от кишечника к клетке идет против энергии ее концентрации. Следовательно, это возможно только благодаря энергии, генерируемой транспортом ионов Na+ SGLT.

    Рис. 7. Котранспорт натрия и глюкозы. Обратите внимание, что обе молекулы транспортируются в одном и том же направлении, но каждая из них имеет разные градиенты! Натрий движется вниз по своему градиенту, в то время как глюкоза движется вверх по своему градиенту.

    Мы надеемся, что благодаря этой статье вы получили четкое представление о типах транспорта через клеточную мембрану. Если вам нужна дополнительная информация, ознакомьтесь с нашими подробными статьями о каждом виде транспорта, которые также доступны на StudySmarter!

    Транспорт через клеточную мембрану — ключевые выводы

    • Клеточная мембрана представляет собой двойной слой фосфолипидов, который окружает каждую клетку и некоторые органеллы.