Барьерная (транспортная) функция биологических мембран. Пассивный и активный транспорт веществ через мембрану. Эндоцитоз и экзоцитоз

Одно из важнейших свойств цитоплазмы связано со способностью пропускать в клетку или из нее различные вещества. Это необходимо для поддержания постоянства ее состава. Малые молекулы и ионы проходят через мембраны путем пассивного и активного транспорта.

Пассивный транспорт происходит без затрат энергии путем диффузии, осмоса и облегченной диффузии. Диффузия – это транспорт молекул и ионов через мембрану из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией, т.е. по градиенту концентрации. Если вещества хорошо растворимы в жирах, то они проникают в клетку путем простой диффузии (кислород, углекислый газ). Диффузия воды через полупроницаемые мембраны называется осмосом. Вода способна проходить также через мембранные поры, образованные белками, и переносить молекулы ионов и растворенных в ней веществ. Облегченная диффузия – транспорт веществ, нерастворимых в жирах и не проходящих сквозь поры, через ионные каналы с помощью белков-переносчиков. Таким способом в клетку проникает глюкоза.

Активный транспорт веществ через мембрану происходит против градиента концентрации с затратой энергии АТФ и при участии белков-переносчиков. Таким способом транспортируются аминокислоты, ионы калия, натрия, кальция и др.). Примером активного трантпорта может быть работа калий-натриевого насоса. Концентрация калия внутри клетки в 10-20 раз выше, чем снаружи, а натрия – наоборот. Для поддержания данной концентрации происходит перенос трех ионов натрия из клетки на каждые два иона калия в клетку. В этом процессе участвует мембранный белок, выполняющий функцию фермента, который расщепляет АТФ с высвобождением энергии, необходимой для работы насоса.

Перенос макромолекул и крупных частиц внутрь клетки осуществляется за счет эндоцитоза, а удаление из клетки - путем экзоцитоза.

Различают два вида эндоцитоза – фагоцитоз (поглощение клеткой крупных частиц) и пиноцитоз (поглощение жидких веществ). При эндоцитозе мембрана образует впячивания или выросты, которые затем отшнуровываясь превращаются во внутриклеточные пузырьки, содержащие захваченный клеткой продукт. Этот процесс происходит с затратой энергии АТФ.

Мембрана принимает участие в выведении веществ из клетки в процессе экзоцитоза. Таким способом из клетки выводятся гормоны, белки, жировые капли и др.

 

5.Цитоплазматический матрикс (гиалоплазма) - внутренняя среда клетки: химический состав, функции. Классификация органоидов цитоплазмы. Цитоплазматические включения.

Цитоплазма – внутреннее содержимое клетки, состоит из основного вещества (цитоплазматический матрикс или гиалоплазма), органоидов и включений.

Гиалоплазма (цитозоль) – основное вещество цитоплазмы, заполняющее пространство между клеточными органоидами. Гиалоплазма содержит около 90% воды, а также различные белки, аминокислоты, нуклеотиды, ионы неорганических соединений и др.

Крупные молекулы белка гиалоплазмы образуют коллоидный раствор, который может переходить из невязкого состояния (золь) в вязкое состояние (гель). В гиалоплазме протекают ферментативные реакции, метаболические процессы, происходит синтез аминокислот, жирных кислот и т.д.

Органоиды

Органоиды (органеллы) – постоянные структуры цитоплазмы, имеющие определенное строение и выполняющие в клетке определенные функции. В зависимости от функции различают органоиды общего и специального назначения. К органоидам специального назначения (присутствуют только в специализированных клетках) относятся микроворсинки, реснички, жгутики.

В зависимости от функции среди органоидов общего назначения можно выделить три основные группы: 1 – органоиды с защитной и пищеварительной функцией; 2 – органоиды, участвующие в синтезе веществ; 3 – органоиды, обеспечивающие клетку энергией.

В зависимости от строения органоиды общего назначения делятся на немембранные (рибосомы, клеточный центр (центриоль), микротрубочки, микрофиламенты) и мембранные. К одномембранные органоидам относятся эндоплазматическая сеть (ретикулум), аппарат Гольджи, лизосомы, пероксисомы, вакуоли. К двумембранным органоидам относятся митохондрии и пластиды растительных клеток.

Включениями называют относительно непостоянные (временные) компоненты цитоплазмы, которые служат запасными питательными веществами (жир, гликоген), продуктами, подлежащими выведению из организма (гранулы секрета), некоторые пигменты. Не имеют мембраны. Различают следующие типы включений: запасные питательные вещества (гликоген, крахмал, белки, жиры, углеводы), пигменты (меланин, гемоглобин), секреты (инсулин в клетках поджелудочной железы), экскреторные (мочевая и щавелевая кислоты).

 

6.Классификация, строение и функции одномембранных органоидов цитоплазмы: ЭПС, комплекс Гольджи, лизосомы и пероксисомы. Роль ЭПС в компартментализации цитоплазмы.

Одномембранные органоиды

Эндоплазматическая сеть

ЭПС – это система цистерн и каналов, плоских мешочков, стенка которых образована мембраной. В строении всех мембран клетки много общего. В основе их лежит липопротеидный комплекс (до 50% липидов).

ЭПС пронизывает цитоплазму в разных направлениях и делит ее на изолированные ячейки – компартменты. Компартментализация способствует пространственному разделению веществ и процессов в клетке. ЭПС выполняет синтетическую и транспортную функции.

Если на поверхности мембран каналов ЭПС располагаются рибосомы, она называется гранулярной или шероховатой, если рибосом нет – гладкой. Функции ЭПС: 1) компартментализация цитоплазмы (разделение на отсеки), 2) транспортировка всех веществ в клетке, 4) участие в образовании мембран цитоплазмы (отчленяющиеся от ЭПС пузырьки представляют исходный материал для других одномембранных органелл: аппарата Гольджи, лизосом, пероксисом, вакуолей).