Všeobecné informácie o bunkách. Bunková membrána. Faktory ovplyvňujúce penetráciu produktu. Ako a aké účinné látky, ktoré môžu spôsobiť regeneračné procesy v pokožke, preniknú do hlbších vrstiev

Všeobecné informácie o bunkách.

1. Ako sa líšia membrány živočíšnych a rastlinných buniek?
2. Čím je bunka huby pokrytá?

Bunky sú napriek svojej malej veľkosti veľmi zložité. Obsahujú štruktúry na konzumáciu živiny a energie, uvoľňovanie nepotrebných produktov metabolizmu, rozmnožovanie. Všetky tieto aspekty života bunky musia byť navzájom úzko prepojené.

Obsah lekcie poznámky k lekcii a podporný rámec prezentácia lekcie metódy zrýchlenia a interaktívne technológie hodnotenie uzavretých cvičení (len pre učiteľa). Prax úlohy a cvičenia, autotest, workshopy, laboratóriá, prípady úroveň náročnosti úloh: normálna, vysoká, domáca úloha z olympiády Ilustrácie ilustrácie: videoklipy, audio, fotografie, grafy, tabuľky, komiksy, multimediálne abstrakty, tipy pre zvedavcov, cheaty, humor, podobenstvá, vtipy, výroky, krížovky, citáty Doplnky externé nezávislé testovanie (ETT) učebnice základné a doplnkové tematické prázdniny, slogany články národné charakteristiky slovník pojmov iné Len pre učiteľov

Otázka 1. Aké sú funkcie vonkajšej membrány bunky?

Vonkajšia bunková membrána pozostáva z dvojitej lipidovej vrstvy a proteínových molekúl, z ktorých niektoré sú umiestnené na povrchu a niektoré prenikajú cez obe vrstvy lipidov.

Vonkajšia bunková membrána vykonáva ochranná funkcia, oddeľuje bunku od vonkajšieho prostredia, zabraňuje poškodeniu jej obsahu.

Okrem toho vonkajšia bunková membrána zabezpečuje transport látok do bunky a von z bunky a umožňuje bunkám vzájomnú interakciu.

Otázka 2. Akými spôsobmi rôzne látky môžu preniknúť do bunky?

Látky môžu preniknúť cez vonkajšiu bunkovú membránu niekoľkými spôsobmi.

Po prvé, prostredníctvom najlepších kanálov, tvorené molekulami proteíny, malé ióny látok, ako sú ióny sodíka, draslíka a vápnika, môžu prechádzať do bunky.

Po druhé, látky môžu vstúpiť do bunky fagocytózou alebo pinocytózou. Častice jedla zvyčajne prenikajú týmto spôsobom.

Otázka 3. Ako sa pinocytóza líši od fagocytózy?

Pri pinocytóze výbežok vonkajšej membrány zachytáva kvapôčky kvapaliny a pri fagocytóze pevné častice.

Otázka 4. Prečo rastlinné bunkyžiadna fagocytóza?

Počas fagocytózy sa vytvorí invaginácia, kde sa častica potravy dotkne vonkajšej membrány bunky a častica vstúpi do bunky obklopená membránou. Rastlinná bunka má na svojej bunkovej membráne hustú, neplastovú celulózovú membránu, ktorá zabraňuje fagocytóze.

Ako stiahnuť esej zadarmo? . A odkaz na túto esej; Všeobecné informácie o bunkách. Bunková membrána už vo vašich záložkách.

Ďalšie eseje na túto tému

chromozómová sada

multimediálna prezentácia

konštrukčný komponent

Populárne eseje

Pasívna difúzia cez bunkovú membránu. Je určená koncentračným gradientom látok z oblasti s vyššou koncentráciou do oblasti s nižšou koncentráciou. Takto sa vstrebávajú lipofilné (hlavne nepolárne) látky. Čím vyššia je lipofilita, tým lepšie sa vstrebávajú.

Filtrácia cez vodné póry membrán a cez medzibunkové priestory. Hnacou silou je hydrostatický a osmotický tlak. Takto sa absorbuje voda a hydrofilné molekuly.

Uľahčená difúzia cez bunkové membrány pomocou nosičov pozdĺž koncentračného gradientu a bez spotreby energie. Takto sa absorbujú hydrofilné polárne látky lieky glukóza.

Aktívna doprava– uskutočňuje sa pomocou špeciálnych transportných systémov (bielkoviny) a s výdajom energie. Vlastnosť: selektivita k určitým zlúčeninám (špecifickosť), saturovateľnosť dopravných systémov, schopnosť transportovať liečivá proti koncentračnému gradientu. Prenosné aktívne transportné systémy sú tzv čerpadlá(K-Na-čerpadlo). Takto sa absorbujú polárne hydrofilné zlúčeniny, aminokyseliny, cukry a vitamíny.

Pinocytóza(pino-vezikula) - absorpcia extracelulárneho materiálu do bunkovej membrány za vzniku vakuoly (pripomína fagocytózu). Takto sa absorbujú veľké molekulové zlúčeniny a polypeptidy.

Hlavná časť liečiva sa vstrebáva do gastrointestinálneho traktu a môže byť inaktivovaná enzýmami žalúdka a črevnej steny. Vstrebávanie je ovplyvnené príjmom potravy, ktorá odďaľuje vyprázdňovanie čreva, znižuje kyslosť, aktivitu tráviacich enzýmov a obmedzuje kontakt liečiva so stenou žalúdka. Absorpciu reguluje špeciálny transportér – P-glykoproteín. Zabraňuje vstrebávaniu liečiv a podporuje ich vylučovanie do lúmenu čreva.

Absorpcia liekov u detí

Absorpcia začína v žalúdku. U novorodencov je vstrebávanie liekov zo žalúdka dosť intenzívne. Je to spôsobené zvláštnosťou žalúdočnej sliznice, ktorá je tenká, jemná a obsahuje veľa krvných a lymfatických ciev. Absorpcia liečiv z tráviaceho traktu je nepriamo úmerná stupňu ich disociácie, ktorý závisí od pH prostredia. pH v žalúdku vo výške trávenia

– pri narodení –8;

- u detí jeden mesiac starý 5,8;

– vo veku 3 – 7 mesiacov asi 5;

– 8 – 9 mesiacov –4,5;

– o 3 roky – 1,5-2,5, ako u dospelých.

U detí mladší vek základy sa lepšie vstrebávajú.

Hlavná časť lieku sa absorbuje v čreve. pH v črevách dieťaťa je 7,3 – 7,6, takže zásady sa lepšie vstrebávajú. Deti majú medzi bunkami črevnej sliznice veľké priestory, takže cez ne ľahko prenikajú bielkoviny, polypeptidy, protilátky (z materského mlieka) a ióny. Absorpcia liekov z čreva prebieha pomalšie ako u dospelých a intenzita sa u detí líši. Črevná motilita u novorodencov a dojčiat je zrýchlená. Na povrchu črevnej sliznice je vrstva viazaná voda(jeho hrúbka je v inverzný vzťah v závislosti od veku dieťaťa), ktorý narúša vstrebávanie látok rozpustných v tukoch. Transportné mechanizmy črevnej sliznice u detí prvého roku života sú ešte nedostatočne vyvinuté, preto sa liečivá rozpustné v tukoch a vo vode u detí do jeden a pol roka pomaly vstrebávajú.

Procesy pasívneho a aktívneho transportu dozrievajú v 4. mesiaci života dieťaťa.

1. Ako sa líšia membrány živočíšnych a rastlinných buniek?

Rastlinná bunka je okrem bunkovej membrány pokrytá aj bunkovou stenou z vlákniny, ktorá jej dodáva pevnosť.

2. Čím je bunka huby pokrytá?

Bunky húb sú okrem bunkovej membrány pokryté tvrdou škrupinou - bunkovou stenou, ktorá pozostáva z 80-90% polysacharidov (u väčšiny je to chitín).

Otázky

1. Aké sú funkcie vonkajšej membrány bunky?

Bunková membrána oddeľuje vnútorný obsah bunky od vonkajšieho prostredia. Chráni cytoplazmu a jadro pred poškodením, zabezpečuje komunikáciu medzi bunkami a selektívne umožňuje bunkám vstup do bunky. potrebné látky a odstraňuje metabolické produkty z bunky.

2. Akými spôsobmi môžu rôzne látky prenikať do bunky?

Špeciálne proteíny tvoria najjemnejšie kanály, cez ktoré môžu draslík, sodík, vápnik a niektoré ďalšie ióny malého priemeru prechádzať do bunky alebo z bunky. Väčšie častice však nemôžu prechádzať cez membránové kanály. Molekuly živiny- bielkoviny, sacharidy, lipidy - vstupujú do bunky pomocou fagocytózy alebo pinocytózy.

3. Ako sa pinocytóza líši od fagocytózy?

Pinocytóza sa líši od fagocytózy iba tým, že v tomto prípade invaginácia vonkajšej membrány nezachytáva pevné častice, ale kvapôčky kvapaliny s látkami rozpustenými v nej.

4. Prečo rastlinné bunky nemajú fagocytózu?

Keďže rastlinné bunky sú na vrchnej časti vonkajšej bunkovej membrány pokryté hustou vrstvou vlákna, nemôžu zachytávať látky fagocytózou.

Úlohy

1. Načrtnite si odsek.

1. Všeobecný prehľad o štruktúre bunky.

2. Funkcie bunkovej membrány.

3. Štruktúra bunkovej membrány.

4. Spôsoby transportu látok cez bunkovú membránu.

2. Po analýze textu odseku a obrázkov 22 a 23 stanovte vzťah medzi štruktúrou a funkciami bunkovej membrány.

Základom plazmalemy je vrstva lipidov, ktorá má dva rady molekúl. Dynamické vlastnosti membrány sú určené pohyblivosťou jej molekulárnej organizácie. Proteíny a lipidy nie sú v membráne trvalo prepojené a tvoria pohyblivú, flexibilnú, dočasne spojenú štruktúru, schopnú štrukturálnych preskupení. V tomto prípade sa napríklad ľahko menia vzájomné polohy membránových komponentov. Vďaka tomu môžu membrány meniť svoju konfiguráciu, t.j. majú tekutosť. To poskytuje možnosť fago- a pinocytózy.

Lipidy sú nerozpustné vo vode, preto vytvárajú v bunke bariéru, ktorá bráni pohybu vody a látok rozpustných vo vode z jedného oddelenia do druhého.

Molekuly bielkovín však robia membránu priepustnou pre rôzne látky prostredníctvom špecializovaných štruktúr nazývaných póry.

Niektoré látky zrejme pasívne prúdia cez bunkovú membránu pod vplyvom tlakových rozdielov, iné sú cez membránu celkom aktívne pumpované do bunky a ďalšie sú vťahované do bunky invagináciou membrány dovnútra.

Väčšina buniek žije v prostredí nevhodnom na udržanie tohto extrémne prísneho pomeru vody, solí a organickej hmoty, bez ktorej je život nemožný. To so sebou nesie potrebu neustálej a veľmi starostlivej regulácie výmeny rôznych látok, ku ktorej dochádza medzi vonkajším svetom a cytoplazmou. Bariéra oddeľujúca vnútorný obsah bunky od životné prostredie, slúži ako bunková membrána – najtenší film, hrubý len desať milióntin milimetra.

Táto membrána je priepustná pre mnohé látky, ktorých tok ide oboma smermi (t.j. z bunky aj do bunky). Napriek svojej nevýznamnej hrúbke má membrána určitú štruktúru; táto štruktúra a chemické zloženie membrány, o ktorej máme stále veľmi nejasnú predstavu, určujú jej selektívnu a veľmi nerovnomernú priepustnosť. Ak sú sily zabezpečujúce prechod látok cez membránu lokalizované v médiu, obklopujúce bunku, potom hovoria o „pasívnom prevode“. Ak sa energia vynaložená na to vyrába v samotnej bunke v procese jej metabolizmu, hovorí sa o „aktívnom prenose“. Táto interakcia medzi bunkou a jej prostredím slúži nielen na to, aby sa v bunke vždy udržiavala koncentrácia všetkých látok, ktoré tvoria jej zloženie, v určitých medziach, mimo ktorých nemôže existovať život; v niektorých bunkách, napríklad v nervové bunky, táto interakcia má prvoradý význam pre plnenie funkcie, ktorú tieto bunky v tele vykonávajú.

Mnohé bunky tiež absorbujú látky, ktoré potrebujú, prostredníctvom určitého druhu požitia. Tento proces je známy ako fagocytóza alebo pinocytóza (slová pochádzajú z gréckych slov pre „jesť“ a „piť“ a zo slova „bunka“). Pri tomto spôsobe absorpcie bunková membrána vytvára vrecká alebo invaginácie, ktoré priťahujú látky zvonku do bunky; potom sú tieto invaginácie uvoľnené a kvapôčka vonkajšieho prostredia obklopená membránou vo forme vezikuly alebo vakuoly začne plávať cez cytoplazmu.

Napriek všetkým podobnostiam tohto procesu s jednoduchým „prehĺtaním“ stále nemáme právo hovoriť o vstupe látok do bunky, pretože to okamžite prináša otázku, čo znamená výraz „vnútri“. Z nášho, takpovediac, makroskopického, ľudského pohľadu sa prikláňame k ľahkomyseľnému tvrdeniu, že len čo sme prehltli kúsok jedla, dostal sa do nás. Takéto tvrdenie však nie je úplne správne. Interiér tráviaci trakt v topologickom zmysle ide o vonkajší povrch; Skutočné vstrebávanie potravy začína až vtedy, keď prenikne do buniek črevnej steny. Preto látka, ktorá vstúpila do bunky v dôsledku pinocytózy alebo fagocytózy, je stále „vonku“, pretože stále zostáva obklopená membránou, ktorá ju zachytila. Skutočne vstúpiť do klietky a stať sa prístupným metabolické procesy zložky cytoplazmy, takéto látky musia tak či onak preniknúť cez membránu.

Jednou zo síl, ktorá pôsobí na celú bunkovú membránu, je koncentračný gradient. Táto sila vzniká v dôsledku náhodného pohybu častíc, ktoré majú tendenciu byť rovnomerne rozložené v priestore. Ak dve riešenia rovnaké zloženie, ale do kontaktu prídu rôzne koncentrácie, potom difúzia rozpustenej látky začína z oblasti viac vysoká koncentrácia a táto difúzia pokračuje, kým koncentrácia nie je všade rovnaká. K vyrovnaniu koncentrácií dochádza aj vtedy, ak sú dva roztoky oddelené membránou, samozrejme za predpokladu, že membrána je priepustná pre rozpustenú látku. Ak je membrána priepustná pre rozpúšťadlo, ale nepriepustná pre rozpustenú látku, potom sa nám koncentračný gradient javí vo forme známeho javu osmózy: v tomto prípade rozpúšťadlo prechádza cez membránu a pohybuje sa z oblasti nižšia koncentrácia rozpustenej látky do oblasti s vyššou koncentráciou. Koncentračný gradient a osmotické sily pôsobiace na oboch stranách bunkovej membrány sú veľmi významné, keďže koncentrácie mnohých látok v bunke sa výrazne líšia od ich koncentrácií vo vonkajšom prostredí.

Pri pasívnom transporte je prienik látok cez membránu riadený selektívnou permeabilitou membrány. Priepustnosť membrány pre danú molekulu závisí od chemické zloženie a vlastnosti tejto molekuly, ako aj jej veľkosť; v tomto prípade je membrána schopná nielen zablokovať cestu určitých látok, ale aj umožniť jej prechod rôzne látky pri rôznych rýchlostiach.

V závislosti od charakteru prostredia, ktorému sú prispôsobené, bunky odlišné typy majú veľmi rozdielnu priepustnosť. Napríklad priepustnosť obyčajnej améby a ľudských červených krviniek pre vodu sa líši viac ako 100-krát. V tabuľke konštánt permeability (vyjadrené ako počet kubických mikrónov vody, ktoré prejdú cez 1 štvorcový mikrón bunkovej membrány za 1 minútu pod vplyvom rozdielu osmotický tlak v 1 atmosfére) oproti amébe je hodnota 0,26, t.j. jej priepustnosť je veľmi nepatrná. Adaptačný význam takejto nízkej priepustnosti je zrejmý: organizmy žijúce v sladkej vode sa stretávajú s najväčším rozdielom v koncentráciách medzi vonkajšími a vnútorné prostredie a preto sú nútení obmedziť prietok vody dovnútra, aby ušetrili energiu, ktorá by bola potrebná na odčerpanie tejto vody späť. Červené krvinky nepotrebujú takéto ochranné zariadenie, pretože sú zvyčajne obklopené krvnou plazmou - médiom, ktoré je v relatívnej osmotickej rovnováhe s ich vnútorným prostredím. Keď sa tieto bunky dostanú do vody, okamžite začnú pomerne rýchlo napučiavať a praskať, pretože ich membrána nie je dostatočne elastická, aby vydržala tento náhly tlak vody.

Ak sa, ako sa to v prírode bežne stáva, molekuly rozpustených látok disociujú na ióny, ktoré nesú určitý elektrický náboj, potom vstupujú do hry nové sily. Je dobre známe, že membrány mnohých a možno aj všetkých buniek majú schopnosť udržiavať určitý potenciálny rozdiel medzi ich vonkajším a vnútorným povrchom. V dôsledku toho vzniká určitý potenciálny gradient, ktorý spolu s koncentračným gradientom slúži hnacia sila pri pasívnom prenose cez bunkovú membránu.

Treťou silou zapojenou do pasívneho transportu cez membránu je transport rozpustených látok spolu s rozpúšťadlom (solvent pull-in). Nadobudne účinnosť iba vtedy, ak roztok môže skutočne pretekať cez membránu; inými slovami, ak je membrána porézna. V tomto prípade sa pohyb častíc rozpustenej látky difundujúcich v smere prúdenia zrýchľuje a difúzia častíc v opačnom smere sa spomaľuje. Tento vťahovací efekt väčšinou nehrá veľkú rolu, no v niektorých špeciálne prípady jeho význam je dosť veľký.

Všetky tri sily zapojené do pasívneho prenosu môžu pôsobiť oddelene alebo spoločne. Avšak bez ohľadu na to, aká sila spôsobuje pohyb – či už ide o koncentračný gradient, potenciálny gradient alebo vťahovací efekt – pohyb vždy nastáva v smere „dole“ a membrána slúži ako pasívna bariéra. V cytológii sa zároveň vie veľa dôležité príklady, keď žiadna z týchto troch síl nedokáže vysvetliť transport látok cez membránu. V týchto prípadoch dochádza k pohybu smerom „nahor“, teda proti silám spôsobujúcim pasívny prenos, a preto k nemu musí dôjsť v dôsledku energie uvoľnenej v dôsledku metabolických procesov prebiehajúcich v bunke. Pri tomto aktívnom prenose už membrána nie je len pasívnou bariérou, ale pôsobí ako druh dynamického orgánu.

Až donedávna boli všetky informácie, ktoré sme mali o štruktúre bunkovej membrány, získané výlučne ako výsledok štúdia jej priepustnosti, a preto boli čisto nepriame. Napríklad sa zistilo, že mnohé látky, ktoré sú rozpustné v lipidoch (tukoch), ľahko prechádzajú cez bunkovú membránu. V tomto ohľade bolo navrhnuté, že bunková membrána obsahuje vrstvu lipidov a že látky rozpustné v lipidoch prechádzajú cez membránu, na jednej jej strane sa rozpúšťajú a na druhej strane sa opäť uvoľňujú. Ukázalo sa však, že cez bunkovú membránu prechádzajú aj molekuly rozpustné vo vode. Museli sme predpokladať, že štruktúra membrány do určitej miery pripomína sito, t.j. že membrána je vybavená pórmi alebo nelipidovými rezmi, prípadne oboma; Okrem toho, aby sa vysvetlili zvláštnosti prechodu rôznych iónov, predpokladalo sa, že v membráne sú oblasti, ktoré nesú elektrický náboj. Nakoniec sa do tejto hypotetickej schémy štruktúry membrány zaviedla aj proteínová zložka, pretože sa objavili údaje naznačujúce najmä zmáčavosť membrány, ktorá je nezlučiteľná s čisto mastnou kompozíciou.

Tieto pozorovania a hypotézy sú zhrnuté v modeli bunkovej membrány, ktorý v roku 1940 navrhol J. Danielli. Podľa tohto modelu pozostáva membrána z dvojitej vrstvy lipidových molekúl pokrytých dvoma proteínovými vrstvami. Molekuly lipidov ležia navzájom rovnobežne, ale kolmo na rovinu membrány, pričom ich nenabité konce smerujú k sebe a ich nabité skupiny smerujú k povrchu membrány. Na týchto nabitých koncoch sú adsorbované vrstvy proteínu, pozostávajúce z proteínových reťazcov, ktoré tvoria plexus na vonkajšom a vnútornom povrchu membrány, čím jej dodávajú určitú elasticitu a odolnosť voči mechanickému poškodeniu ako aj nízke povrchové napätie. Dĺžka lipidových molekúl je približne 30 angstromov a hrúbka vrstvy monomolekulového proteínu je 10 angstromov; Preto Danielli veril, že celková hrúbka bunkovej membrány bola približne 80 angstromov.

Výsledky získané pomocou elektrónový mikroskop, potvrdil správnosť modelu vytvoreného Danielli. „Elementárna membrána“ študovaná na základe elektrónových mikrografov získaných Robertsonom zodpovedá vzhľadom a veľkosťou predpovediam Danielliho a bola pozorovaná v bunkách mnohých rôzne druhy. Je možné rozlíšiť dva tmavšie pruhy hrubé približne 20 angstromov, ktoré môžu dobre zodpovedať dvom proteínovým vrstvám modelu; tieto dva pruhy sú oddelené ľahším jadrom s hrúbkou 35 angstromov, ktoré zodpovedá lipidovej vrstve. Celková hrúbka membrány, ktorá sa rovná 75 angstromom, je celkom blízko k hodnote, ktorú poskytuje model.

Bez narušenia všeobecnej symetrie tohto modelu by sa mal doplniť, aby sa zohľadnili rozdiely v chemickej povahy vnútorný a vonkajší povrch membrány. To by vysvetľovalo existenciu chemických gradientov medzi vnútorným a vonkajším povrchom membrány, odhalených v niektorých pozorovaniach. Okrem toho vieme, že mnohé bunky sú pokryté mukoproteínovou membránou obsahujúcou uhľohydráty, ktorej hrúbka sa medzi rôznymi typmi buniek líši. Bez ohľadu na to, či má táto vrstva vplyv na priepustnosť, dá sa predpokladať, že hrá dôležitá úloha pri pinocytóze.

Okrem týchto štrukturálnych vlastností membrány, takpovediac v „priečnom reze“, sa pri štúdiu priepustnosti ukazuje, že jej štruktúra je heterogénna v opačnom smere. Je napríklad známe, že bunkové membrány umožňujú prechod častíc, ktorých veľkosť nepresahuje známe limity, pričom zadržiavajú stále väčšie častice, čo naznačuje prítomnosť pórov v týchto membránach. Štúdie elektrónovej mikroskopie doteraz existenciu pórov nepotvrdili. To nie je prekvapujúce, pretože sa predpokladá, že tieto póry sú veľmi malé a umiestnené veľmi ďaleko od seba, takže ich celá plocha nepresahuje jednu tisícinu celkového povrchu membrány. Ak membránu nazývame sitom, mali by sme dodať, že v tomto sitku je veľmi málo otvorov.

Ešte dôležitejšou okolnosťou je, že na vysvetlenie vysokej selektívnej schopnosti, ktorá umožňuje mnohým bunkám rozlíšiť jednu látku od druhej, je potrebné predpokladať rôzne chemické špecifickosti rôznych častí membrány. Ukázalo sa napríklad, že niektoré enzýmy sú lokalizované na povrchu bunky. Ich funkciou je zrejme premena látok, ktoré sú v membráne nerozpustné, na rozpustné deriváty, ktoré ňou môžu prechádzať. Existuje mnoho prípadov, keď bunka, ktorá je priepustná pre jednu látku, neumožňuje prejsť inou látkou, ktorá je blízka prvej a má podobnú molekulovú veľkosť a elektrické vlastnosti.

Vidíme teda, že tenká bunková membrána je pomerne zložitý prístroj navrhnutý tak, aby aktívne zasahoval do pohybu látok vstupujúcich a vychádzajúcich z bunky. Takéto zariadenie je absolútne nevyhnutné pre proces aktívneho presunu, pomocou ktorého sa tento pohyb hlavne vykonáva. Aby k tomuto pohybu v smere „nahor“ došlo, bunka musí pôsobiť proti silám pasívneho prenosu. Napriek úsiliu mnohých vedcov sa však zatiaľ nepodarilo odhaliť mechanizmus, akým sa energia uvoľnená v dôsledku bunkového metabolizmu využíva na transport rôznych látok cez bunkovú membránu. Je možné, že na tomto prenose energie sa podieľajú rôzne mechanizmy.

Problém aktívneho transportu iónov priťahuje veľký záujem. Biológovia už pred 100 rokmi vedeli o existencii potenciálneho rozdielu medzi vonkajším a vnútorným povrchom membrány; Približne od rovnakého času vedeli, že tento potenciálny rozdiel ovplyvňuje transport a distribúciu iónov. Len nedávno však začali chápať, že tento potenciálny rozdiel sám o sebe vzniká a je udržiavaný aktívnym transportom iónov.

O dôležitosti tohto problému svedčí fakt, že cytoplazma mnohých buniek obsahuje oveľa viac draslíka ako sodíka, a napriek tomu sú nútené žiť v prostredí, ktoré sa vyznačuje presne opačným pomerom medzi obsahom týchto dvoch iónov. Napríklad krvná plazma obsahuje 20-krát viac sodíka ako draslíka, zatiaľ čo červené krvinky obsahujú 20-krát viac draslíka ako sodíka. Membrána erytrocytov má dobre definovanú, aj keď nízku pasívnu permeabilitu pre sodíkové aj draselné ióny. Ak by sa táto priepustnosť mohla voľne prejaviť, potom by do bunky prúdili ióny sodíka a z nej by začali vytekať ióny draslíka. Preto, aby sa zachoval existujúci pomer iónov, bunka musí neustále „odčerpávať“ sodíkové ióny a akumulovať draselné ióny proti 50-násobnému koncentračnému gradientu.

Väčšina modelov navrhnutých na vysvetlenie aktívneho transportu je založená na predpoklade existencie niektorých nosných molekúl. Predpokladá sa, že tieto ešte hypotetické nosiče sa spoja s iónmi umiestnenými na jednom povrchu membrány, prejdú cez membránu v tejto forme a opäť uvoľnia ióny na druhom povrchu membrány. Predpokladá sa, že pohyb takýchto zlúčenín (nosičových molekúl, ktoré majú pripojené ióny), na rozdiel od pohybu samotných iónov, prebieha v smere „dole“, t.j. v súlade s chemickým koncentračným gradientom.

Jeden takýto model, ktorý vytvoril T. Shaw v roku 1954, umožňuje nielen vysvetliť prenos iónov draslíka a sodíka cez membránu, ale aj nadviazať medzi nimi určitú súvislosť. Podľa Shawovho modelu sú ióny draslíka a sodíka (K + a Na + ) transportované cez membránu iónovo špecifickými lipidmi rozpustnými nosičmi (X a Y). V tomto prípade vytvorené zlúčeniny (CA a NaY) sú schopné difundovať cez membránu, pričom membrána je nepriepustná pre voľné nosiče. Na vonkajšom povrchu membrány sa nosiče sodíka premieňajú na nosiče draslíka, pričom strácajú energiu. Na vnútornom povrchu membrány sa nosiče draslíka opäť menia na nosiče sodíka v dôsledku príjmu energie vznikajúcej v procese bunkového metabolizmu (dodávateľom tejto energie sú s najväčšou pravdepodobnosťou energeticky bohaté zlúčeniny, ktorých molekuly obsahujú fosfátové väzby).

Mnohé z predpokladov tohto modelu je ťažké experimentálne potvrdiť a nie každý ho akceptuje. Napriek tomu sme považovali za potrebné ho spomenúť, keďže tento model sám o sebe ukazuje zložitosť fenoménu aktívneho transferu.

Dávno predtým, ako biológovia začali dešifrovať zložitú hru fyzická sila podieľajú na prenose látok cez bunkovú membránu, museli bunky pozorovať už takpovediac „pri jedle“. Na konci 19. storočia Iľja Mečnikov prvýkrát videl, ako biele krvinky (leukocyty) požierajú baktérie, a dal im názov „fagocyty“. V roku 1920 A. Schaeffer zobrazil, ako améba chytí svoju obeť - kresba, ktorá sa stala klasikou. Proces pinocytózy, vyjadrený menej jasne, prvýkrát objavil W. Lewis až v roku 1931. Pri štúdiu správania buniek v tkanivovej kultúre pomocou časozbernej fotografie si všimol membránové výrastky na periférii buniek, ktoré sa vlnili tak silno, že z času na čas sa zovreli, ako stlačená päsť, zachytávajúc časť média ako v bubline. Lewis zistil, že to všetko je také podobné procesu pitia, že pre tento jav vymyslel zodpovedajúci názov - „pinocytóza“.

Lewisov objav spočiatku nevzbudzoval pozornosť, okrem práce publikovanej v roku 1934 S. Mahetom a W. Doylom, ktorí informovali o podobnom jave, ktorý pozorovali u améby. Pinocytóza zostala len zvláštnym faktom, až kým v polovici tohto storočia elektrónové mikroskopické štúdie neodhalili, že takéto požitie bolo oveľa rozšírenejšie.

V amébách a bunkách tkanivových kultúr možno pinocytózu pozorovať pod obyčajný mikroskop. Vďaka vysokému rozlíšeniu elektrónového mikroskopu bola tvorba mikroskopických vezikúl pozorovaná aj v mnohých iných typoch buniek. S fyziologický bod Jedným z najzaujímavejších príkladov tohto druhu sú bunky kefkového epitelu obličiek a čriev: na báze kefkového lemu sa vytvárajú vezikuly, ktoré do bunky privádzajú rôzne látky, čomu tento epitel vďačí za svoj názov. . Základný znak pinocytózy alebo fagocytózy je vo všetkých bunkách rovnaký: určitá časť bunkovej membrány sa oddelí od povrchu bunky a vytvorí vakuolu alebo vezikulu, ktorá sa odtrhne od periférie a migruje do bunky.

Veľkosť vezikúl vytvorených počas pinocytózy sa značne líši. V amébách a v bunkách odobratých z tkanivovej kultúry je stredný priemer novo oddelenej pinocytotickej vakuoly 1-2 mikróny; veľkosti vakuol, ktoré môžeme detekovať pomocou elektrónového mikroskopu, sa pohybujú od 0,1 do 0,01 mikrónu. Často sa takéto vakuoly navzájom spájajú a ich veľkosť sa prirodzene zvyšuje. Pretože väčšina z nich bunky obsahujú množstvo ďalších vakuol a granúl, pinocytotické vakuoly sa čoskoro stratia z dohľadu, pokiaľ nie sú vybavené nejakým druhom „štítku“. Vakuoly vznikajúce pri fagocytóze sú samozrejme oveľa väčšie a zmestia sa do nich celé bakteriálne bunky bunky prvokov a v prípade fagocytov fragmenty zničených tkanív.

Na základe jednoduchých experimentov s amébou sa možno presvedčiť, že pyocytózu nemožno pozorovať v žiadnom tkanive a kedykoľvek, pretože je spôsobená prítomnosťou určitých určité látky. IN čistá voda pinocytóza sa u améb nevyskytuje: v žiadnom prípade sa nedá zistiť pod mikroskopom. Ak do vody, v ktorej sa nachádzajú améby, pridáte cukor alebo akékoľvek iné uhľohydráty, nepovedie to k ničomu. Keď sa pridajú soli, bielkoviny alebo niektoré aminokyseliny, začína sa pinocytóza. S. Chapman-Andersen zistil, že u améb môže každá takto indukovaná pinocytóza trvať približne 30 minút, bez ohľadu na povahu faktora, ktorý ju spôsobil, a počas tejto doby sa vytvorí a prehltne až 100 pinocytotických kanálov. zodpovedajúce číslo vakuoly. Potom sa pinocytóza zastaví a môže sa obnoviť až po 3-4 hodinách. Podľa Chapmana Andersena sa to vysvetľuje tým, že po 30 minútach pinocytózy sa využívajú všetky oblasti vonkajšej membrány schopné invaginácie.

Okrem toho Chapman-Andersen pomohla vyriešiť jednu starú otázku, konkrétne ukázala, že fagocytóza a pinocytóza z fyziologického hľadiska sú rovnaký proces. V jej experimente dostali améby prvýkrát možnosť fagocytovať toľko jedlých nálevníkov, koľko sa im podarilo zachytiť z prostredia, ktoré sa hemží týmito mikroorganizmami. Potom sa preniesli do média, ktoré obsahovalo faktor indukujúci pinocytózu. Ukázalo sa, že tieto améby sú schopné vytvoriť len niekoľko kanálov (menej ako 10% zvyčajného počtu). Naopak, améby, ktoré vyčerpali všetky svoje schopnosti pinocytózy, nefagocytovali, keď sa preniesli do média obsahujúceho organizmy, ktoré bežne používajú ako potravu. Zdá sa teda, že v oboch prípadoch je povrch membrány limitujúcim faktorom.

S. Bennett v roku 1956 navrhol, že pinocytóza je spôsobená adsorpciou induktorových molekúl alebo iónov na povrchu bunkovej membrány. Tento predpoklad sa plne potvrdil v prácach viacerých výskumníkov. Sotva možno pochybovať o tom, že v amébe dochádza k adsorpcii na špeciálnej škrupine, ktorá pozostáva z hlienu a obaľuje celú amébu. Keďže sa predpokladá, že takáto membrána je prítomná aj v mnohých iných bunkách, bolo by zaujímavé zistiť, či vo všetkých prípadoch plní podobnú funkciu.

Vezikula, ktorá zavádza indukujúcu látku do bunky, do nej tiež zavádza určité množstvo tekutého média. Chapman-Andersen a autor vykonali experiment „dvojitého označenia“, aby určili, ktorá z dvoch látok – induktor alebo kvapalina – patrí hlavnú úlohu. Améby sme umiestnili do média obsahujúceho ako induktor označený proteín rádioaktívny izotop, a cukor s inou rádioaktívnou značkou, čo umožnilo určiť množstvo absorbovanej kvapaliny. Predpokladali sme, že ak je hlavnou konzumovanou látkou, ako aj látkou, ktorá vyvoláva absorpciu, proteín, potom by mal byť relatívny obsah proteínu vo vakuolách vyšší ako v médiu. A tak to dopadlo. Rozsah tohto javu však výrazne predčil naše očakávania. Celkové množstvo proteínu absorbovaného do 30 minút zodpovedalo približne 25 % celkovej hmotnosti améby. Toto je veľmi pôsobivé jedlo, čo to dokazuje najvyššia hodnota pre bunky pri pinocytóze majú na povrchu adsorbované látky.

Potrava obsiahnutá vo vakuole by sa však mala stále považovať za potravinu mimo bunky, pretože puzdro, v ktorom je uzavreté, je súčasťou vonkajšej membrány. Musíme zistiť, či takáto komunikácia s vonkajšie prostredie poskytnúť metabolickému aparátu bunky suroviny, a ak áno, ako. Najjednoduchším spôsobom prenosu látok z vakuoly do cytoplazmy by bolo rozpustenie membrány pôsobením cytoplazmatických enzýmov. Údaje z elektrónového mikroskopu však tento predpoklad nepotvrdzujú: nikdy nebolo možné pozorovať zmiznutie membrány, ktorá tvorí steakovú vakuolu.

Keďže membrána je zjavne zachovaná, hlavnou úlohou pri štúdiu pinocytózy je študovať jej permeabilitu. Niet pochýb o tom, že pinocytotická vezikula uvoľňuje vodu do cytoplazmy; Potvrdzuje to zreteľné zmršťovanie vakuol. J. Marshall a autor ukázali, že u améb je zmršťovanie sprevádzané postupným zvyšovaním koncentrácie obsahu vakuoly. Pomocou centrifugačnej metódy sa zistilo, že počas niekoľkých prvých hodín po pinocytóze sa hustota vakuol neustále zvyšuje v porovnaní s hustotou okolitej cytoplazmy. Nakoniec sa tieto vakuoly vyvinú do cytoplazmatických granúl, ktoré sa podobajú mitochondriám veľkosťou a správaním, keď sú odstredené.

Ukázalo sa tiež, že membrána vakuol je priepustná nielen pre vodu, ale aj pre látky s nízkou molekulovou hmotnosťou, ako je glukóza. Chapman-Andersen a autor pomocou rádioaktívnej glukózy zistili, že glukóza absorbovaná počas pinocytózy rýchlo opúšťa vakuoly a je rovnomerne distribuovaná v cytoplazme. Táto glukóza vstupuje normálne procesy metabolizmus prebiehajúci v bunke, ako keby do bunky vstúpil obvyklým spôsobom- v dôsledku difúzie z povrchu bunky; medzi produktmi vylučovania améb sa čoskoro objavuje produkt jeho metabolizmu – rádioaktívny oxid uhličitý. Chapman-Andersen a D. Prescott získali rovnaké výsledky pre niektoré aminokyseliny. Preto nie je pochýb o tom, že pomocou pinocytózy môže byť bunka „kŕmená“ látkami, ktoré majú malé molekuly. Experimenty s „kŕmením“ veľkými molekulami sa ešte neuskutočnili.

Tieto výsledky naznačujú, že dochádza k určitej zmene priepustnosti membrány. Túto zmenu nie je možné vidieť pomocou elektrónového mikroskopu; membrána vyzerá rovnako pred pinocytózou aj po nej. Existujú však správy, že škrupina hlienu lemujúca vnútornú stenu vakuoly sa odlupuje a spolu s materiálom na nej adsorbovaným zostáva vo forme malej hrudky v strede vakuoly.

Zároveň dochádza k ďalšiemu, pravdepodobne veľmi dôležitému javu. Na primárnej vakuole sa vytvárajú malé sekundárne vakuoly, ktoré sa z nej odtrhávajú a migrujú do cytoplazmy. Zatiaľ nemáme možnosť posúdiť úlohu tohto procesu pre distribúciu obsahu primárnej vakuoly v cytoplazme. Jasné je len jedno: nech sa v membránach týchto mikrovakuol vyskytnú akékoľvek procesy súvisiace s permeabilitou, ich výskyt je značne uľahčený v dôsledku takého obrovského zväčšenia povrchu membrány vo vnútri bunky. Je možné, že na vytváraní selektívnej permeability sa podieľajú aj sekundárne vakuoly, ktoré odnášajú niektoré látky z primárnej vakuoly a iné v nej zanechávajú.

Hlavná ťažkosť, ktorá vzniká pri pokuse vysvetliť pinocytózu ako jednu z hlavných fyziologické procesy vyskytujúce sa v bunke je, že je úplne bez špecificity. Je pravda, že aktivita fagocytov senzibilizovaných protilátkami absorbovať určité baktérie vykazuje vysokú špecifickosť. A. Tyler sa domnieva, že pri oplodnení dochádza k pinocytóznemu požitiu spermií vajíčkom – proces, ktorý začína interakciou špecifických látok na povrchu vajíčka a spermie. Vo všeobecnosti však k mechanickému zachytávaniu adsorbovaných látok a kvapalín z prostredia pravdepodobne dochádza bez veľkého výberu. Je možné, že v dôsledku toho sa do bunky často dostanú zbytočné alebo dokonca škodlivé látky.

Pravdepodobne niekde existuje mechanizmus, ktorý je selektívnejší. Najjednoduchšie je predpokladať, že selekcia, aktívna alebo pasívna, prebieha na membránach, ktoré obklopujú vakuoly a vezikuly nachádzajúce sa v bunke. V tomto prípade by sa pinocytóza nemala považovať za proces, ktorý vylučuje transport cez membránu, ale za proces, ktorý takýto transport dopĺňa. Jeho hlavnou úlohou by mala spočívať vo vytváraní rozsiahlych vnútorné povrchy, na ktorých by sa aktivita síl spojená s pasívnym a aktívnym prenosom mohla prejaviť ešte efektívnejšie ako na samotnom povrchu bunky a zároveň s menším rizikom straty látky v dôsledku úniku.

Páčil sa vám článok? Zdieľaj to

Vytlačte si tento článok

Všeobecné informácie o bunkách. Bunková membrána. Faktory ovplyvňujúce penetráciu produktu. Ako a aké účinné látky, ktoré môžu spôsobiť regeneračné procesy v pokožke, preniknú do hlbších vrstiev

Populárne eseje

Absorpcia liekov u detí