Способы поступления веществ в клетку: Транспорт веществ в клетку — что это, определение и ответ

Транспорт веществ в клетку — что это, определение и ответ

Живые организмы представляют собой открытые системы, которые нуждаются в поступлении веществ и энергии извне.

Поступление веществ в клетку называется эндоцитоз («эндо» = внутрь, «цито» = клетка), а их выделение из клетки – экзоцитоз («экзо» = наружу).

Эндоцитоз – поступление веществ в клетку.

Экзоцитоз – выделение веществ из клетки.

Существует два типа проникновения веществ в клетку через мембраны: пассивный и активный транспорт.

Пассивный транспорт

Простая диффузия

• «Просачивание» молекул через билипидный слой или белковые поры.

• Путём простой диффузии в клетку проникают гидрофобные вещества (O₂, N₂, бензол) и полярные маленькие молекулы (CO₂, H₂O, мочевина). Не проникают полярные относительно крупные молекулы (аминокислоты, моносахариды), заряженные частицы (ионы) и макромолекулы (ДНК, белки). Не требует затрат АТФ.

• Не проникают полярные относительно крупные молекулы (аминокислоты, моносахариды), заряженные частицы (ионы) и макромолекулы (ДНК, белки).

Облегченная диффузия

• Проникают полярные относительно крупные молекулы (аминокислоты, моносахариды), заряженные частицы (ионы) и макромолекулы (ДНК, белки).

Осмос

• Процесс односторонней диффузии растворителя в сторону большей концентрации растворённого вещества из области с меньшей концентрацией растворенного вещества через полупроницаемую мембрану.

• Перенос растворителя через мембрану обусловлен осмотическим давлением: система пытается выровнять концентрацию раствора в обеих средах, разделённых мембраной.

• Существует явление обратного осмоса – обратной диффузии растворителя.

Активный и пассивный транспорт

Активный транспорт

• Перенос вещества через мембрану или слой клеток

• Против градиента концентрации (из области меньшей концентрации в область большей).

• С затратой энергии АТФ.

К активно транспортируемым веществам относят ионы натрия, калия, кальция, железа, водорода, хлора, йода, мочевой кислоты, некоторые сахара и большинство аминокислот.

Калий-натриевый насос

Механизм активного транспорта лучше всего изучен для натрий-калиевого насоса (Na+/K+-нaсоса) – транспортного процесса, который выкачивает ионы натрия через мембрану клетки наружу и в то же время закачивает в клетку ионы калия.

• Насос отвечает за поддержание различной концентрации ионов натрия и калия по обе стороны мембраны, а также за наличие отрицательного электрического потенциала внутри клеток.

• Работа насоса. Когда 2 иона калия связываются с белком-переносчиком снаружи и 3 иона натрия связываются с ним внутри, активируется АТФ-азная функция белка. Это ведет к расщеплению 1 молекулы АТФ до АДФ с выделением энергии высокоэнергетической фосфатной связи. Полагают, что эта освобожденная энергия вызывает изменение молекулы белка-переносчика, в результате 3 иона натрия перемещаются наружу, а 2 иона калия – внутрь клетки.

Калий-натриевый насос

Фагоцитоз

• От греч. «фаго» – пожирать

• Поглощение клеткой твердых органических веществ. Выросты мембраны окружают твёрдую частицу и образуют углубление, которое отпочковывается внутрь клетки и образуется пузырёк – фагосома.

• Фагоцитоз свойственен простейшим, кишечнополостным, лейкоцитам, а также клеткам капилляров костного мозга, селезенки, печени, надпочечников.

Пиноцитоз

• От греч. «пино» – пью

• Поглощения клеткой капель жидкости с растворёнными веществами. Механизм поглощения схож с механизмом фагоцитоза.

• Пиноцитоз характерен для животных клеток.

а) фагоцитоз и б) пиноцитоз

*Прочитайте темы “Метаболизм. Основные понятия” и “Энергетический обмен в клетке” и выполните тестирование.

Способы поступления веществ в клетку.

Активный транспорт: первично активный и вторично активный.

Эндоцитоз – процесс поступления веществ в клетку (при помощи плазматической мембраны).

Различают фагоцитоз и пиноцитоз.

Фагоцитоз – поглощение клеткой твердых органических веществ. Оказавшись около клетки, твердая частица окружается выростами мембраны, или под ней образуется впячивание мембраны. В результате частица оказывается заключенной в мембранный пузырек внутри клетки. Такой пузырек называют фагосомой. Термин «Фагоцитоз» был предложен И.И. Мечниковым в 1882г. Фагоцитоз свойственен простейшим, кишечнополостным, лейкоцитам, а также клеткам капилляров костного мозга, селезенки, печени, надпочечников.

Пиноцитоз – это процесс поглощения клеткой мелких капель жидкости с растворенными вней высокомолекулярными веществами. Осуществляется путем захвата этих капель выростами цитоплазмы. Захваченные капли погружаются в цитоплазму и там усваиваются. Явление пиноцитоза свойственно животным клеткам и одноклеточным простейшим.

Пассивный транспорт: Осмос и диффузия.

Осмос – прохождение воды через избирательно проницаемую мембрану клетки. Вода переходит из менее концентрированного раствора в более концентрированный. Вещества могут также проходить через мембрану путем диффузии – так транспортируются вещества, способные растворяться в липидах (простые и сложные эфиры, жирные кислоты и т.д.). Путем диффузии по градиенту концентрации по специальным каналам мембраны идут некоторые ионы.

Кроме того, транспорт веществ через мембрану осуществляет натрий-калиевый насос: он перемещает ионы натрия из клетки и ионы калия в клетку против градиента концентраций с затратой энергии АТФ.

При отсутствии или недостатке кислорода, играющего роль конечного акцептора электронов в кислородном дыхании, цепь передачи электронов через мембрану не осуществляется, а значит, не создается протонный резервуар, обеспечивающий энергией синтез АТФ. В этих условиях клетки способны синтезировать АТФ, расщепляя питательные вещества в процессе анаэробного дыхания.

 Анаэробное дыхание осуществляют многие виды бактерий, микроскопические грибы и простейшие. Некоторые клетки, временами испытывающие недостаток кислорода (например, мышечные клетки или клетки растений), тоже обладают способностью к анаэробному дыханию.

Анаэробное дыхание — эволюционно более ранняя и энергетически менее рациональная форма получения энергии из питательных веществ по сравнению с кислородным дыханием.

В основе анаэробного дыхания лежит процесс, в ходе которого глюкоза расщепляется до пировиноградной кислоты и высвобождаются атомы водорода. Акцептором атомов водорода, отщепляемых в результате дыхания, является пировиноградная кислота, которая превращается в молочную. Схематически ход анаэробного дыхания можно выразить следующими уравнениями:

Описанный процесс получил название молочнокислого брожения. Суммарно этот процесс можно выразить следующим уравнением:

:

Молочнокислое брожение осуществляют молочнокислые бактерии (например, кокки из рода стрептококк). Образование молочной кислоты по такому типу происходит также в животных клетках в условиях дефицита кислорода.

В природе широко распространено спиртовое брожение, которое осуществляют дрожжи. В отсутствие кислорода дрожжевые клетки образуют из глюкозы этиловый спирт и СО_;. Вначале спиртовое брожение идет аналогично молочнокислому, но последние реакции приводят к образованию этилового спирта. От каждой молекулы пи-ровиноградной кислоты отщепляется молекула С0₂, и образуется молекула двууглеродного соединения —уксусного альдегида, который затем восстанавливается до этилового спирта атомами водорода:

Суммарное уравнение:

Спиртовое брожение, кроме дрожжей, осуществляют некоторые анаэробные бактерии. Этот тип брожения наблюдается в растительных клетках в отсутствие кислорода.

Наиболее распространенным питательным веществом, которое используется для анаэробного высвобождения энергии, является глюкоза. Однако следует помнить, что любое органическое вещество при соответствующих условиях может выступать источником энергии для синтеза АТФ.

При недостатке в клетке глюкозы в дыхание могут вовлекаться жиры и белки. Продуктами брожения являются различные органические кислоты (молочная, масляная, муравьиная, уксусная), спирты (этиловый, бутиловый, амиловый), ацетон, а также углекислый газ и вода.

3.7: Клеточный транспорт — Биология LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

30626

• Сюзанна Ваким и Мандип Грюал
• Колледж Бьютт

Пропуская свет

Посмотрите на большие окна и стеклянные двери в этом доме.

Представьте, сколько света они должны пропускать в солнечный день. А теперь представьте, что вы живете в доме со стенами без окон и дверей. Ничто не могло войти или выйти. Или представьте, что вы живете в доме с дырами в стенах вместо окон и дверей. Вещи могли входить и выходить, но вы не могли контролировать, что входило и что выходило. Только если в доме есть стены с окнами и дверьми, которые можно открывать и закрывать, вы можете контролировать, что входит и выходит. Например, окна и двери позволяют пропускать свет и собаку, а также защищать от дождя и насекомых.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Дом с окнами

Транспорт через мембраны

Если бы клетка была домом, плазматическая мембрана представляла бы собой стены с окнами и дверями. Перемещение вещей в клетку и из нее — важная роль плазматической мембраны. Он контролирует все, что входит и выходит из клетки. Есть два основных способа пересечения плазматической мембраны веществами: пассивный транспорт, не требующий энергии; и активный транспорт, который требует энергии. Пассивный транспорт объясняется в этом разделе, а активный транспорт объясняется в следующем разделе, Активный транспорт и гомеостаз. Различные типы клеточного транспорта обобщены на концептуальной карте на рисунке \(\PageIndex{2}\).

Транспорт без энергии

Пассивный транспорт происходит, когда вещества пересекают плазматическую мембрану без поступления энергии от клетки. Энергия не требуется, потому что вещества перемещаются из области, где их концентрация выше, в область, где их концентрация ниже. Водные растворы очень важны в биологии. Когда вода смешивается с другими молекулами, эта смесь называется раствором . Вода — это растворитель , а растворенное вещество — раствор . Раствор характеризуется растворенным веществом. Например, вода и сахар будут характеризоваться как раствор сахара. Чем больше частиц растворенного вещества в данном объеме, тем выше концентрация. Частицы растворенного вещества всегда перемещаются из области, где оно более концентрировано, в место, где оно менее концентрировано.

Это немного похоже на катящийся с холма мяч. Это происходит само по себе без каких-либо затрат дополнительной энергии.

Различные категории транспорта ячеек показаны на рисунке \(\PageIndex{2}\). Клеточный транспорт можно классифицировать следующим образом:

• Пассивный транспорт, который включает
  • Простое распространение
  • Осмос
  • Облегченное распространение
• Активный транспорт может включать помпу или везикулу
  • Транспортировка насоса может быть
    • первичный
    • вторичный
  • Транспорт везикул может включать
    • Экзоцитоз
    • Эндоцитоз, включающий
      • Пиноцитоз
      • Фагоцитоз
      • Рецептор-опосредованный эндоцитоз

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Концептуальная карта клеточного транспорта иллюстрирует различные типы клеточного транспорта, которые происходят на плазматической мембране

Простое распространение

Распространение Хотя вы можете не знать, что такое распространение, вы испытали этот процесс. Можете ли вы вспомнить, как вы вошли в парадную дверь своего дома и почувствовали приятный аромат, исходящий из кухни? Именно распространение частиц из кухни к входной двери дома позволило обнаружить запахи. Диффузия определяется как чистое перемещение частиц из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией.

Рисунок \(\PageIndex{3}\). Простая диффузия показана в виде временной шкалы, на которой внешняя часть клетки (внеклеточное пространство) отделена от внутренней части клетки (внутриклеточное пространство) клеточной мембраной. В начале временной шкалы есть много молекул вне клетки и ни одной внутри. Со временем они диффундируют в клетку до тех пор, пока их количество снаружи и внутри не станет равным.

Молекулы в газе, жидкости или твердом теле находятся в постоянном движении благодаря своей кинетической энергии. Молекулы находятся в постоянном движении и сталкиваются друг с другом. Эти столкновения заставляют молекулы двигаться в случайном направлении. Однако со временем большее количество молекул будет перемещаться в менее концентрированную область. Таким образом, чистое движение молекул всегда происходит от более плотно упакованных областей к менее плотно упакованным областям. Многие вещи могут рассеиваться. Запахи распространяются по воздуху, соль распространяется по воде, а питательные вещества попадают из крови в ткани тела. Это распространение частиц путем случайного движения из области с высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией называется диффузией. Это неравномерное распределение молекул называется градиентом концентрации. Как только молекулы становятся равномерно распределенными, возникает динамическое равновесие. Равновесие называется динамическим, поскольку молекулы продолжают двигаться, но, несмотря на это изменение, концентрация не меняется с течением времени. И живые, и неживые системы испытывают процесс диффузии. В живых системах диффузия отвечает за перемещение большого количества веществ, таких как газы и небольшие незаряженные молекулы, в клетки и из них.

Осмос

Осмос

— это особый тип диффузии; это прохождение воды из области с высокой концентрацией воды через полупроницаемую мембрану в область с низкой концентрацией воды. Вода движется внутрь или наружу клетки до тех пор, пока ее концентрация не станет одинаковой по обе стороны плазматической мембраны.

Полупроницаемые мембраны представляют собой очень тонкие слои материала, которые пропускают через себя одни вещества, но препятствуют прохождению других. Клеточные мембраны являются примером полупроницаемых мембран. Клеточные мембраны пропускают небольшие молекулы, такие как кислород, углекислый газ и кислород, но не позволяют более крупным молекулам, таким как глюкоза, сахароза, белки и крахмал, напрямую проникать в клетку.

Классическим примером, используемым для демонстрации осмоса и осмотического давления, является погружение клеток в растворы сахара различной концентрации. Есть три возможных взаимодействия, с которыми могут столкнуться клетки при помещении их в раствор сахара. На рисунке \(\PageIndex{4}\) показано, что происходит при осмосе через полупроницаемую мембрану клеток.

1. Концентрация растворенного вещества в растворе может быть в раз больше, чем концентрация растворенного вещества в клетках. Эта ячейка описана как находящаяся в гипертонический раствор (гипер = выше нормы). Чистый поток или вода выйдет из ячейки.
2. Концентрация растворенного вещества в растворе может быть равной концентрации растворенного вещества в клетках. В этой ситуации ячейка находится в изотоническом растворе (изо = равный или такой же, как в норме). Количество воды, поступающей в клетку, равно количеству воды, покидающей клетку.
3. Концентрация растворенного вещества в растворе может быть менее концентрация растворенного вещества в клетках. Эта клетка находится в гипотоническом растворе (гипо = меньше нормы). Чистый поток воды будет в ячейку.

Рисунок \(\PageIndex{4.A}\): Гипертонический раствор. Раствор с более высокой концентрацией растворенного вещества, чем другой раствор. Частицы воды будут выходить из клетки, вызывая образование трещин. Рисунок \(\PageIndex{4.B}\): Изотонический раствор. Раствор с той же концентрацией растворенного вещества, что и другой раствор. Нет чистого движения частиц воды, и общая концентрация по обеим сторонам клеточной мембраны остается постоянной.Рисунок \(\PageIndex{4.C}\): Гипотонический раствор. Раствор с более низкой концентрацией растворенного вещества, чем другой раствор. Частицы воды будут перемещаться в клетку, заставляя клетку расширяться и в конечном итоге лизироваться.

На рисунке \(\PageIndex{5}\) показаны конкретные результаты осмоса в эритроцитах.

1. Гипертонический раствор. Красные кровяные тельца сжимаются по мере того, как вода вытекает из клетки и попадает в окружающую среду.
2. I сотоновый раствор . Красные кровяные тельца сохранят свою нормальную форму в этой среде, поскольку количество воды, поступающей в клетку, равно количеству воды, покидающей клетку.
3. Гипотонический раствор . Эритроцит в этой среде станет заметно опухшим и потенциально может разорваться, когда вода устремится в клетку.

Рисунок \(\PageIndex{5}\): Демонстрация осмоса при помещении эритроцитов в гипертонический, изотонический и гипотонический раствор.

Облегченное распространение

Вода и многие другие вещества не могут просто диффундировать через мембрану. Гидрофильные молекулы, заряженные ионы и относительно большие молекулы, такие как глюкоза, нуждаются в помощи при диффузии. На помощь приходят специальные белки в мембране, известные как транспортные белки . Диффузия с помощью транспортных белков называется облегченной диффузией . Существует несколько типов транспортных белков, включая белковые каналы и белки-носители (рис. \(\PageIndex{6}\))

• Канальные белки образуют поры или крошечные отверстия в мембране. Это позволяет молекулам воды и небольшим ионам проходить через мембрану, не вступая в контакт с гидрофобными хвостами липидных молекул внутри мембраны.
• Белки-носители связываются со специфическими ионами или молекулами и при этом меняют форму. Когда белки-переносчики изменяют форму, они переносят ионы или молекулы через мембрану.

Рисунок \(\PageIndex{6}\): Облегченная диффузия через клеточную мембрану. Канальные белки и белки-переносчики помогают веществам диффундировать через клеточную мембрану. На этой схеме каналы и белки-переносчики помогают веществам перемещаться в клетку (из внеклеточного пространства во внутриклеточное пространство). Канальный белок имеет отверстие, которое позволяет веществам пересекаться. В белке-носителе вещество связывается с белком, что затем заставляет белок изменять форму, тем самым высвобождая вещество в клетку.

Обзор

1. В чем основное различие между пассивным и активным транспортом?
2. Обобщите три различных способа пассивного транспорта и приведите пример вещества, которое транспортируется каждым из способов.
3. Объясните, как транспорт через плазматическую мембрану связан с гомеостазом клетки.
4. Почему обычно только очень маленькие гидрофобные молекулы могут проходить через клеточную мембрану путем простой диффузии?
5. Объясните, как облегченная диффузия способствует осмосу в клетках. Обязательно дайте определение осмоса и облегченной диффузии в своем ответе.
6. Представьте себе гипотетическую клетку с более высокой концентрацией глюкозы внутри клетки, чем снаружи. Ответьте на следующие вопросы об этой клетке, предполагая, что весь транспорт через мембрану является пассивным, а не активным.
   1. Может ли глюкоза просто диффундировать через клеточную мембрану? Почему или почему нет?
   2. Если предположить, что в клеточной мембране есть белки, транспортирующие глюкозу, каким путем будет течь глюкоза – в клетку или из клетки? Поясните свой ответ.
   3. Если бы концентрация глюкозы была одинаковой внутри и снаружи клетки, как вы думаете, был бы чистый поток глюкозы через клеточную мембрану в том или ином направлении? Поясните свой ответ.
7. Каковы сходства и различия между белковыми каналами и белками-носителями?
8. Верно или неверно. Только активный транспорт, а не пассивный, включает транспортные белки.
9. Верно или неверно. Кислород и углекислый газ могут проникать между молекулами липидов в плазматической мембране.
10. Верно или неверно. Ионы легко диффундируют через клеточную мембрану путем простой диффузии.
11. Контроль того, что входит и выходит из клетки, является важной функцией:
    1. ядро ​​
    2. везикула
    3. плазматическая мембрана
    4. Аппарат Гольджи

Attributions

1. House by Moyan Brenn из Италии, CC BY 2. 0 через Wikimedia Commons
2. Блок-схема Мандипа Гревала, CC BY-NC 3.0
3. Простая диффузия от LadyofHats Марианы Руис Вильярреал, опубликованная в общественное достояние через Wikimedia Commons
4. Tonicity от CNX OpenStax, CC BY 4.0 через Wikimedia Commons
5. Осмотическое давление на клетки крови от LadyofHats Mariana Ruiz Villarreal опубликовано в открытом доступе через Wikimedia Commons
6. Упрощенное распространение от LadyofHats Марианы Руис Вильярреал, опубликованное в открытом доступе через Wikimedia Commons
7. Текст адаптирован из книги «Биология человека» по лицензии CK-12, лицензия CC BY-NC 3.0

---

Эта страница под названием 3.7: Cell Transport распространяется под лицензией CK-12 и была создана, изменена и/или курирована Сюзанной Ваким и Мандипом Грюалом с использованием исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

ЛИЦЕНЗИЯ ПОД

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   Сюзанна Ваким и Мандип Гревал

   Печать CSS

   Плотный

   Лицензия

   CC BY-SA

   Лицензия

   СК-12

   Показать оглавление

   нет

   Включено

   да

2. Теги

   1. градиент концентрации
   2. диффузионный
   3. динамическое равновесие
   4. гипертонический
   5. гипотонический
   6. изотонический
   7. кинетическая энергия
   8. мембрана
   9. осмос
   10. полупроницаемая мембрана
   11. растворенное вещество
   12. решение
   13. растворитель
   14. источник@https://www. ck12.org/book/ck-12-human-biology/
   15. источник[1]-био-22742

Пассивный и активный транспорт. Основы биологии

Броуновское движение

Диффузия — это движение частиц от высокой концентрации к низкой концентрации в веществе. Этот процесс необходим для жизни на Земле, позволяя молекулярным соединениям перемещаться в клетку и из нее. Вся материя во Вселенной находится в движении, потому что все молекулы вибрируют. Эта постоянная вибрация известна как броуновское движение , которое можно рассматривать как случайное зигзагообразное движение частиц.

 

Простая диффузия

Диффузия — одно из нескольких явлений переноса, происходящих в природе. Отличительной особенностью диффузии является то, что она приводит к перемешиванию. Диффузия – это перемещение вещества из области высокой концентрации в область низкой концентрации. Диффузионный поток пропорционален отрицательному градиенту концентраций. Другими словами, частицы перемещаются из более высокой концентрации в области с более низкой концентрацией.

Клеточная мембрана

«Клеточная мембрана» (также известная как плазматическая мембрана или цитоплазматическая мембрана) представляет собой биологическую мембрану, которая отделяет внутреннюю часть всех клеток от внешней среды. Клеточная мембрана избирательно проницаема для ионов и органических молекул и контролирует перемещение веществ внутрь и наружу клеток. Основная функция клеточной мембраны заключается в защите клетки от окружающей среды. Он состоит из двойного слоя фосфолипидов со встроенными белками.

Клеточная мембрана избирательно проницаема и способна регулировать то, что входит и выходит из клетки, тем самым облегчая транспорт материалов, необходимых для выживания. Перемещение веществ через мембрану может быть как «пассивным», происходящим без затрат клеточной энергии, так и «активным», требующим от клетки затрат энергии на его транспортировку. Мембрана также поддерживает клеточный потенциал. Таким образом, клеточная мембрана работает как селективный фильтр, пропускающий только определенные вещества внутрь или наружу клетки. Клетка использует ряд транспортных механизмов, включающих биологические мембраны:

Типы клеточного транспорта

Биологическое видео об активном и пассивном транспорте

Пассивный осмос и диффузия

Некоторые вещества (небольшие молекулы, ионы), такие как углекислый газ (CO2) и кислород могут перемещаться через плазматическую мембрану путем диффузии, что является пассивным транспортным процессом. Поскольку мембрана действует как барьер для определенных молекул и ионов, они могут находиться в разных концентрациях по обе стороны мембраны. Такой градиент концентрации через полупроницаемую мембрану создает осмотический поток воды.

Трансмембранные белковые каналы и транспортеры

Питательные вещества, такие как сахара или аминокислоты, должны поступать в клетку, а определенные продукты метаболизма должны покидать клетку. Такие молекулы пассивно диффундируют через белковые каналы при облегченной диффузии или перекачиваются через мембрану с помощью трансмембранных переносчиков. Белки белковых каналов, также называемые пермеазами, обычно весьма специфичны, распознают и транспортируют только ограниченную группу пищевых химических веществ, часто даже только одно вещество.

Эндоцитоз

Эндоцитоз — это процесс, при котором клетки поглощают молекулы, поглощая их. Плазматическая мембрана создает небольшую деформацию внутрь, называемую инвагинацией, в которой происходит захват транспортируемого вещества. Затем деформация отщипывается от мембраны внутри клетки, образуя везикулу, содержащую захваченное вещество. Эндоцитоз представляет собой путь интернализации твердых частиц («поедание клеток» или фагоцитоз), малых молекул и ионов («поедание клеток» или пиноцитоз) и макромолекул. Эндоцитоз требует энергии и, таким образом, является формой активного транспорта. Рецептор-опосредованный эндоцитоз представляет собой процесс, при котором клетки интернализуют молекулы (эндоцитоз) путем внутреннего отпочкования везикул плазматической мембраны, содержащих белки с рецепторными сайтами, специфичными для интернализируемых молекул. Белки оболочки везикул сигнализируют белкам специфических органелл в клетке, что позволяет напрямую доставлять специфические внутренние молекулы непосредственно в органеллы, которые в них нуждаются.

Экзоцитоз

Подобно тому, как материал может попасть в клетку путем инвагинации и образования везикулы, мембрана везикулы может сливаться с плазматической мембраной, выдавливая свое содержимое в окружающую среду. Это процесс экзоцитоза. Экзоцитоз происходит в различных клетках для удаления непереваренных остатков веществ, поступивших в результате эндоцитоза, для секреции таких веществ, как гормоны и ферменты, и для полного транспорта вещества через клеточный барьер. В процессе экзоцитоза непереваренная содержащая отходы пищевая вакуоль или секреторный пузырь, отпочковавшийся от аппарата Гольджи, сначала перемещается цитоскелетом из внутренней части клетки на поверхность. Мембрана везикул соприкасается с плазматической мембраной. Молекулы липидов двух бислоев перестраиваются, и таким образом две мембраны сливаются. В сросшейся мембране образуется ход, и везикулы выбрасывают свое содержимое за пределы клетки.

Активный транспорт

Активный транспорт – это движение молекул через клеточную мембрану против градиента их концентрации, переходя от низкой концентрации к высокой концентрации. Активный транспорт обычно связан с накоплением высоких концентраций необходимых клетке молекул, таких как ионы, глюкоза и аминокислоты. Если в процессе используется химическая энергия, например, из аденозинтрифосфата (АТФ), его называют первично-активным транспортом. Вторичный активный транспорт включает использование электрохимического градиента. Активный транспорт использует клеточную энергию, в отличие от пассивного транспорта, который не использует клеточную энергию. Активный транспорт — хороший пример процесса, для которого клеткам требуется энергия.

Почему клетки такие маленькие?

Клетки настолько малы, что для их изучения нужен микроскоп. Почему? Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны понять, что для того, чтобы выжить, клетки должны постоянно взаимодействовать с окружающей их средой. Газы и молекулы пищи, растворенные в воде, должны быть поглощены, а отходы должны быть удалены. Для большинства клеток этот проход всех материалов в клетку и из клетки должен происходить через плазматическую мембрану. Каждая внутренняя область клетки должна обслуживаться частью клеточной поверхности. По мере роста клетки ее внутренний объем увеличивается, а клеточная мембрана расширяется. К сожалению, объем увеличивается быстрее, чем площадь поверхности, поэтому относительная площадь поверхности, доступная для прохождения материалов через единицу объема ячейки, неуклонно уменьшается. Наконец, в какой-то момент доступной поверхности становится достаточно для обслуживания всех интерьер; чтобы выжить, клетка должна перестать расти. Важным моментом является то, что отношение площади поверхности к объему становится меньше по мере увеличения клетки. Таким образом, если клетка растет сверх определенного предела, недостаточное количество материала не сможет достаточно быстро пересечь мембрану, чтобы приспособиться к увеличенному клеточному объему. Когда это происходит, клетка должна делиться на более мелкие клетки с благоприятным соотношением площади поверхности и объема или перестать функционировать. Вот почему клетки такие маленькие.

 

Лабораторная работа: Осмос через полупроницаемую мембрану

Осмос — это диффузия воды от высокой концентрации к низкой концентрации. Когда вы пьете воду, ваши клетки имеют более низкую концентрацию воды, чем вода в вашей пищеварительной системе. Таким образом, вода течет через клеточную мембрану (от высокой концентрации к низкой концентрации) ваших клеток, увлажняя вас. Жажда – это способ нашего тела поддерживать осмотический баланс воды. В этом равновесии вода поступает в клетку в основном с той же скоростью, что и покидает клетку, и говорят, что клетка находится в состоянии 9.0201 изотоническое состояние (рис. 5б). Если вы выпьете слишком много воды, концентрация воды будет намного выше снаружи ваших клеток и проникнет в клетку, заставив ее растянуться, и говорят, что она находится в гипотоническом состоянии (рис. 5с). Это редко встречается у людей, но чаще всего встречается у спортсменов, занимающихся выносливостью, потребляющих больше воды, чем необходимо их организму для поддержания осмотического баланса. Вода также может покидать клетку в большем количестве, чем вода входит, вызывая ее сжатие в состоянии, известном как 9.0201 гипертоническое состояние (рис. 5а). Мы видим это у растений, которые не получали достаточного полива. Когда это происходит, вода перемещается от высокой концентрации внутри клетки к более низкой концентрации вне клетки.