Транспорт в мембранной упаковке доклад
Обновлено: 19.05.2024
Человеческий организм состоит из эукариотических клеток, особенностью которых является наличие ядра, цитоплазмы и цитоплазматической мембраны, состоящей из слоя липидных молекул, белков и полисахаридных комплексов. ЦПМ клеток являются непроницаемыми для многих витальных молекул.
Транспорт веществ через ЦПМ представляет собой эволюционно сформированный механизм, необходимый для нормального функционирования целостного организма.
Виды мембранного транспорта
Процесс может осуществляться различными способами, на основе этого выделяют следующие виды мембранного транспорта:
пассивный (без затрат энергии);
активный (с энергетическими затратами на транспортировку различных структур).
Прежде чем переходить к описанию каждого конкретного вида и его особенностью, необходимо обозначить основные функции транспорта веществ в клетке:
доставка питательных веществ к системам синтеза;
доставка субстратов для образования АТФ в митохондрии;
обеспечение клетки субстратами, необходимыми для поддержания ее нормального функционирования.
Пассивный транспорт через мембрану
Пассивный перенос веществ через ЦПМ представляет собой процесс, который протекает без использования энергии. В его основе лежат законы физики и химии, связанные с разностью концентрации низкомолекулярных соединений внутри клетки и в межклеточном матриксе.
Диффузия
Диффузия – это процесс переноса химических соединений через ЦПМ без значимых затрат энергии. В основе диффузии лежит градиент концентрации веществ.
Градиент концентрации – это величина, которая отражает разность между химическими соединениями, находящимися в тканевой жидкости и внутри непосредственно клеточной структуры. Отличным примером, который полностью раскрывает понятие градиента концентрации, является транспорт низкомолекулярных соединений в кишечник из его просвета.
Итак, при поступлении в просвет кишечника большого количества электролитов (низкомолекулярные, ионизированные соединения) происходит их трансмембранный перенос в энтероциты (клетки кишечника). Это связано с тем, что концентрация электролитов в просвете кишечника выше, чем их концентрация в энтероцитах, в результате чего образуется градиент концентрации, по которому данные низкомолекулярные вещества направляются в энтероциты.
Особым видом диффузии является осмос. Осмос – это ток воды из области с более высоким осмотическим давление в область, в которой данный показатель ниже. Осмотическое давление – это сила, с которой низкомолекулярные и не только соединения давят на стенку мембраны клеточных структур. Осмос как частный вид диффузии можно рассматривать, так как при данном виде переноса субстратов вода переносится согласно осмотическому градиенту, то есть соблюдается основное правило диффузии.
Отдельно стоит отметить, что посредством диффузии осуществляется не только перенос электролитов или воды, но и некоторые липофильных веществ (например, через гематоэнцефалический барьер).
Облегченная диффузия
Данная разновидность диффузии базируется на тех же принципах, что и обычная диффузия. Разница между этими двумя, на первый взгляд схожими понятиями, заключается в том, что транспортировка химических соединений посредством облегченной диффузии происходит благодаря участию белков-переносчиков. Данная функция белковых молекул реализуется за счет смены последними своей нативной конформации в результате лиганд-рецепторных взаимодействий с низкомолекулярными веществами.
Активный транспорт
Активный транспорт веществ через мембрану – это вид трансмембранного переноса веществ и молекул, в основе которого лежит затрата энергии, образуемой в результате гидролиза макроэргических молекул аденозинтрифосфата.
Активный транспорт можно подразделить на первично-активный и вторично-активный. Также частным видом данного способа переноса различных соединений через цитоплазматическую мембрану является везикулярный транспорт (экзо- и эндоцитоз, а также трансцитоз).
Первично-активный
Первично-активный транспорт реализуется с затратами энергии, использованием специальных белковых молекул (переносчиков), а также обладает невысокой скоростью переноса молекул сквозь мембранную структуру. В основе данного вида переноса лежит гидролиз молекулы АТФ, в результате которого образуется свободная энергия, которая тратится на перенос той или иной молекулы через ЦПМ. Посредством работы механизмом первично-активного способа перемещения веществ через плазматическую мембрану в клетки поступают некоторые виды аминокислот и ионов.
Вторично-активный
Вторично-активный транспорт в целом схож с другими видами активного транспорта, однако имеет уникальную особенность – белок (транспортер) содержит в себе два центра связывания, то есть он связывается не только с субстратом, который необходимо перенести сквозь мембранную структуру, но и также с другими каким-либо дополнительным агентом. В качестве подобного дополнительного агента чаще всего выступает положительно заряженный ион натрия, отсюда возникло название Na-зависимый перенос. Так, в клетках кишечника осуществляется транспорт питательных веществ: глюкозы и некоторых аминокислот вслед за переносом через ЦПМ положительного заряженного иона натрия. Таким образом, во время протекания механизмов вторично-активного транспорта создается градиент энергии, способствующей транспортировке другой молекулы через ЦПМ клетки. Стоит отметить, что данный вид переноса молекул сквозь мембранную структур может быть следующих видов:
Экзоцитоз и эндоцитоз
Везикулярный способ переноса молекул сквозь мембрану характеризуется переносом веществ в клетку или в межклеточный матрикс посредством образования вокруг них специальных структур, называемых везикулами (пузырьками). Везикулярный способ переноса молекул сквозь мембранную структуру может быть двух видов:
Экзоцитоз – это способ удаления веществ и молекул из клетки посредством, окружения последних везикулами. Экзоцитоз происходит с затратой энергии на образование пузырька и сокращение белков мембраны, которое необходимо для образования выпячивания последней для отшнуровывания везикулы в межклеточное пространство.
Эндоцитоз – это транспорт питательных веществ во внутрь клетки посредством инвагинации (выпячивания) мембраны. Данный способ переноса молекул через мембранную структуру также протекает с затратой энергии.
Отдельно стоит выделить трансцитоз – это способ перемещения молекулы через клетку в везикуле. Трансцитоз является основным видом транспорта веществ внутри клетки.
Транспорт через несколько слоев клеток
Перенос какого-либо субстрата или лиганда через многослойные структуры лежит в основе формирования врожденного иммунитета и выработки селективного иммуноглобулина А. В поверхностном слое эпителия кишечника содержатся специальные эпителиодобные клетки (М-клетки), которые осуществляют захват веществ из просвета кишечника и посредством трансцитоза направляют его к макрофагам подслизистой оболочки кишечника (скопление макрофагов в подслизистой оболочки в области тонкого кишечника называется пейеровой бляшкой).
Макрофаги, входящие в состав пейеровых бляшек, поглощают транспортируемую посредством трансцитоза молекулу, а затем передают информацию на более специализированные клетки иммунной системы, что в итоге приводит выработке селективного иммуноглобулина А и формирования врожденного гуморального иммунитета. Таким образом, транспортировка веществ сразу через несколько слоев клеток в кишечнике позволяет человеку эффективней справляться впоследствии с воздействием факторов внешней среды.
Перенос молекул или веществ сквозь мембрану – это жизненно-важный, эволюционно сформированный процесс, который необходим для реалиизации гомеостатической регуляции как на клеточном, так и на других уровнях организации организма человека. Посредством мембранного транспорта клеточные структуры получают необходимые пластические и энергетические субстраты для размножения, роста, развития, что впоследствии реализуется в виде роста, развития, регенерации целостного человеческого организма.
Крупные молекулы биополимеров практически не могут проникать через плазмалемму ни одним из вышеописанных механизмов транспорта веществ в клетку.
Они захватываются клеткой и поглощаются в мембранной упаковке, что получило название эндоцитоза.
Эндоцитоз формально разделяют на:
· фагоцитоз –захват клеткой твердыхчастиц
· пиноцитоз–захват клеткой жидких частиц
При эндоцитозе наблюдаются следующие стадии:
- рецепция поглощаемого вещества за счет рецепторов в мембране клеток;
- инвагинация мембраны с образованием пузырька (везикулы);
- отрывэндоцитозного пузырька от мембраны с затратой энергии – образование фагосомы и восстановление целостности мембраны;
· слияниефагосомы с лизосомой
· образование фаголизосомы (пищеварительной вакуоли) в которой происходит переваривание поглощенных частиц;
- выведение непереваренного в фаголизосоме материала из клетки (экзоцитоз).
Рис.15. Явление фагоцитоза в лейкоцитах.
В животном мире эндоцитоз является характерным способом питания многих одноклеточных организмов (например, у амеб), а среди многоклеточных этот вид переваривания пищевых частиц встречается в энтодермальных клетках у кишечнополостных.
Что касается млекопитающих и человека, то у них имеется ретикуло-гистио-эндотелиальная система клеток, обладающих способностью к эндоцитозу.
Примером могут служить лейкоциты крови и купферовские клетки печени.
Купферовские клетки печени выстилают синусоидальные капилляры печени и захватывают взвешенные в крови различные чужеродные частицы.
Экзоцитоз- способ выведения из клетки многоклеточного организма секретируемого ею субстрата, необходимого для функции других клеток, тканей и органов.
Сравнение прокариотической и эукариотической клеток
Основная статья: Сравнение строения клеток бактерий, растений и животных
Сравнение прокариотической и эукариотической клеток
Анаплазия (от др.-греч. ἀνα- ‘назад, обратно’ и πλάσις ‘образование’) — переход живых клеток и тканей в недифференцированное состояние, вплоть до полной невозможности определения происхождения клетки. При этом клеточная ткань теряет способность выполнять свои характерные функции, однако приобретает способность к неограниченному росту. Анаплазия часто встречается у быстро растущих злокачественных опухолей.
· цитологическую анаплазию (разрушение внутриклеточной структуры)
· позиционную или организационную анаплазию (нарушение межклеточной структуры).
· изменение размеров и структуры (в том числе, хромосомного набора) клеточных ядер;
· понижение дифференцированности клеток;
· нарушение физико-химических и биохимических свойств клеток;
· ослабление межклеточных связей.
Последний набор признаков имеет название - атипичность, то есть клетка стает не нормальной по отношению к ее ткани. Клетки при таком состоянии как бы развиваются обратно, в состояние эмбриона.
Виды анаплазии
· - биологическая, при которой клетки кроме размножения не сохраняют других функций
· биохимическая, - потеря ферментных систем у клетки. На примере опухолей можно наблюдать повышение активности ферментов трансаминаз, фосфатаз и т.д. Увеличена консистенция редуцирующих систем. Снижена активность липаз, то есть налицо ненормированный углеводный, белковый и жировой обмен. Энергетический обмен угнетен
· морфологическая, изменение форм и размеров клеток, внутриклеточных структур. Характерна для опухолевых и растущих клеток. Одним из признаков этого вида анаплазии является снижение сопротивления электрическому току, что вытекает из измененной пропорции электролита в бластоматозной ткани.
Общие показатели атипичности клеток характеризируют быстроту роста опухоли (злокачественность).
Клеточная смерть
Апоптоз, Некроз
Зато все клетки многоклеточных организмов (кроме гамет) обречены на гибель, но умирают они не только в случае смерти всей особи — этот процесс происходит постоянно.
Смерть некоторых клеток необходима во время эмбрионального развития. Клетки продолжают умирать и у взрослых организмов, например, в костном мозге и кишечнике человека ежечасно гибнут миллиарды клеток.
Наиболее распространенным, однако не единственным, путём клеточного самоуничтожения является апоптоз.
Основными признаками апоптоза является:
· распад клетки на апоптические тельца — везикулы, окруженные мембранами.
· На поверхности таких клеток расположены особые молекулы, которые побуждают соседние клетки и макрофаги фагоцитовать их таким образом, что процесс не сопровождается воспалением.
Апоптоз использует энергию АТФ.
Этот путь клеточной смерти важен для:
· развития организма,
· нормального функционирования иммунной системы,
· защиты особи от поврежденных клеток, которые могут стать на путь злокачественной трансформации,
· защиты от вирусных инфекций.
Физическое или химическое повреждение клеток, а также недостаток источников энергии и кислорода, может привести к другой смерти клеток — некротической.
Некроз, в отличие от апоптоза, — пассивный процесс, он часто сопровождается разрывом плазмалеммы и утечкой цитоплазмы.
Некроз почти всегда вызывает воспаление окружающих тканей. В последнее время исследуется механизм запрограммированного некроза как возможной противовирусной и противоопухолевой защиты.
При условии длительного недостатка АТФ в клетке она не сразу погибает путём некроза, а во многих случаях становится на путь аутофагии — процесса, который позволяет ей ещё некоторое время оставаться жизнеспособной.
Некоторые авторы считают, что при определенных условиях автофагия может быть отдельным типом клеточной смерти.
ГРИБЫ
Грибы (Fungi, Mycetes) —низшие растительные организмы, не имеющие хлорофилла.
Играют важную роль в круговороте веществ в природе, а также в промышленности при изготовлении хлеба, вина, пива.
Среди грибов имеются возбудители заболеваний человека и животных.
Грибы характеризуются более сложным строением, чем бактерии, и более совершенными способами размножения.
Грибы покрыты оболочкой, имеют дифференцированное ядро, различные включения и вакуоли в цитоплазме.
Грибы являются эукариотами.
Это гетеротрофные одно- или многоклеточные организмы.
Гетеротрофы- это организмы, использующие для питания готовые органические вещества.
Поэтому грибы развиваются на различных субстратах, содержащих питательные вещества.
Некоторые грибы способны вызывать болезни растений (рак и фитофтора картофеля и др.), заболевания насекомых, животных и человека.
Чаще всего клетки грибов имеют форму длинных и ветвящихся или переплетающихся нитей -гифов.
Тело подавляющего большинства грибов построено из тонких нитчатых образований – гиф. Совокупность их образует грибницу (или мицелий).
Из гифов образуетсямицелий, или грибница.
Мицелий – то совокупность гифов (разветвленных нитей) гриба, из которых состоит его тело – таллом.
Мицелий может состоять из клеток с одним или несколькими ядрами или представляют собой одну гигантскую многоядерную клетку.
На мицелии развиваются плодовые тела.
Разветвляясь, мицелий образует большую поверхность, что обеспечивает всасывание воды и питательных веществ. Условно грибы делятся на низшие и высшие. У низших грибов гифы не имеют поперечных перегородок и мицелий представляет собой одну сильно разветвлённую клетку. У высших грибов гифы разделены на клетки.
Обряды и обрядовый фольклор: составляли словесно-музыкальные, драматические, игровые, хореографические жанры, которые.
Экономика как подсистема общества: Может ли общество развиваться без экономики? Как побороть бедность и добиться.
направлению транспорта в отношении клетки выделяют 3 вида цитоза:
3. диацитоз (трансцитоз)
Эндоцитоз может осуществляться различными механизмами, в связи с чем
выделяют 3 его варианта: фагоцитоз, макропиноцитоз и макропиноцитоз.
Фагоцитозу подвергаются крупные молекулы и частицы более 1 мкм. В
результате фагоцитоза образуется мембранный пузырек с транспортируемой
частицей, которая называется фагосома. Ее образование является сложным
процессом, требующим затрат энергии в виде АТФ. На основе фагоцитоза
осуществляется защитная функция организма, так как специализированные
клетки – фагоциты уничтожают различные бактериальные, вирусные и прочие
чужеродные клетки, а также поврежденные или состарившиеся клетки
собственного организма (например, 1 макрофаг за сутки уничтожает до 1011
Макропиноцитозу подвергаются клетки, размер которых составляет десятые
доли микрометра. Как и фагоцитоз, макропиноцитоз является АТФ-зависимым
процессом и более высокоспецифичен.
С помощью макропиноцитоза в клетку постоянно поступают олиго- и
полимеры, активно используемые клеткой в регуляторных и строительных
Микропиноцитоз представляет собой вариант эндоцитоза, предназначенного
для молекул относительно небольшого размера (сотые доли мкм). Как правило,
ему подвергаются белковые молекулы. Процесс является АТФ-независимым и
встречается лишь как начальный этап диацитоза.
Экзоцитоз – это вид транспорта в мембранной упаковке, при котором вещества
выводятся из клетки во внеклеточное пространство.
В типичном варианте мембранные пузырьки, подлежащие выводу из клетки,
формируются в цитоплазме. Их образование связано с функционированием
аппарата Гольджи и эндоплазматической сети. Экзоцитарные пузырьки
направляются к плазмалемме, в результате мембрана пузырька становится
компонентом плазмалеммы, а содержимое – частью гликокаликса или компонентом
внеклеточной среды со своими специфическими функциями.
Трансцитоз – это специализированный транспорт в мембранной упаковке,
характерный для некоторых эпителиальных клеток. При трансцитозе идет
перенос отдельных молекул через клетку. Биологический смысл данного
процесса заключается в возможности транспорта специфических молекул через
эпителиальный барьеры. С помощью диацитоза синтезированные антитела
переносятся через эндотелий капилляров и эпителий слизистых оболочек, где
Вы можете изучить и скачать доклад-презентацию на тему Мембранный транспорт. Презентация на заданную тему содержит 16 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!
Мембранный транспорт Мембрана полупроницаема, через нее свободно проходит вода, скорость диффузии других веществ прямо пропорциональна их растворимости в липидах и обратно пропорциональна их молекулярной массе. Для высокомолекулярных веществ мембрана практически непроницаема. Так, для воды коэффициент проницаемости (см/с) составляет около 10-2, для глицерина - 10-5, для глюкозы 10-7, а для одновалентных ионов меньше 10-10. Транспорт веществ через мембрану может осуществляться по градиенту концентрации (от большей концентрации веществ к меньшей) или против градиента. В первом случае говорят об пассивном транспорте, во втором – об активном.
Осмос Несмотря на то, что молекулы воды полярны и не растворяются в жирах, они малы и быстро диффундируют через мембрану, проникая в случайные отверстия между липидами (1), сами по себе или прихватив 1-2 молекулы какого-либо водорастворимого соединения, диаметр которого меньше диаметра поры. Диффузия воды через мембрану называется осмосом.
Осмос Если поместить клетку в гипертонический раствор с высокой концентрацией солей, то вода из клетки станет поступать в межклеточное пространство. Клетка сморщится, произойдет плазмолиз. В дистиллированной воде (гипотонический раствор) вода начнет поступать в клетку и за счет возрастающего давления сможет привести к разрыву плазмолеммы.
Плазмолиз в клетках кожицы чешуи лука В гипертоническом растворе цитоплазма, окруженная плазмолеммой вначале отстает от клеточной стенки, а затем сморщивается и превращается в шарик.
Мембранный транспорт Эти молекулы могут проходить без какого-либо взаимодействия с мембранными белками через поры до тех пор, пока будет сохраняться градиент концентрации.
Мембранный транспорт Облегченная диффузия характерна для гидрофильных молекул (глюкоза, АМК, глицерин), заряженных ионов (Na+ , К+, Са 2+), которые переносятся через мембрану также по градиенту концентрации, но с помощью ионных каналов или специальных белков-переносчиков.
Активный транспорт Такой перенос требует затраты энергии – он сопряжен с гидролизом молекул АТФ, поэтому все транспортные белки, участвующие в процессе, называются АТФ-азами. К веществам, активно транспортируемым через клеточные мембраны, относят ионы натрия, калия, кальция, железа, водорода, хлора, йода, мочевой кислоты, некоторые сахара и большинство аминокислот. Для активного транспорта, кроме источника энергии, необходимо участие мембранных белков. Механизм активного транспорта лучше всего изучен для натрий-калиевого насоса — транспортного процесса, который выкачивает ионы натрия через мембрану клетки наружу и в то же время закачивает в клетку ионы калия. Этот насос отвечает за поддержание различной концентрации ионов натрия и калия по обе стороны мембраны, а также за наличие отрицательного электрического потенциала внутри клеток.
Активный транспорт По сути натрий-калиевый насос – это встроенный сквозь липидную мембрану интегральный фермент Na+-K+-АТФ-аза - белок-переносчик. За полный цикл работы насоса из клетки в межклеточное вещество переносится 3 иона Na+, а в обратном направлении - 2 иона К+. Внутри клетки к активному центру этого фермента присоединяется 3 иона Nа+, при этом фермент активируется и расщепляет АТФ на АДФ и остаток фосфорной кислоты. Этот остаток присоединяется к самому ферменту и изменяет его пространственную конфигурацию. При этом с внутренней стороны мембраны закрывается ионный канал, но открывается на наружной поверхности. Ионы Na+ отсоединяются от фермента, но в это же время к другому активному центру фермента присоединяются 2 иона К+. Это вновь изменяет его пространственную конфигурацию, отщепляется остаток фосфорной кислоты и открывается канал для проникновения К+ внутрь клетки. Далее цикл повторяется. Т.о. при выносе из клетки 3 ионов Na+ в нее проникает 2 иона К+. Это приводит к появлению электрического потенциала – положительного снаружи и отрицательного внутри, который называется трансмембранным электрохимическим потенциалом. Если насос прекратит работу, то ионы Na+ и К+ начнут перемещаться в обратном направлении. По такому же механизму транспротируются ионы Са2+ (фермент Са2+-АТФ-аза).
Виды мембранного транспорта Мембранный транспорт веществ различается также по направлению их перемещения и количеством переносимых данным переносчиком веществ: 1. унипорт – транспорт одного вещества в одном направлении в зависимости от градиента (натриевые (и калиевые) ионные каналы, через которые в клетку (или из нее) во время генерации потенциала действия перемещаются ионы натрия (калия)); 2. симпорт – транспорт двух веществ в одном направлении через один переносчик (например, перенос глюкозы и иона натрия белком-переносчиком из просвета кишечника в клетку кишечного эпителия). 3. антипорт – перемещение двух веществ в разных направлениях через один переносчик (натрий-калиевый насос).
Эндоцитоз Крупные молекулы биополимеров не транспортируются через мембраны, но все же они могут попадать внутрь клетки в результате эндоцитоза. Его разделяют на фагоцитоз и пиноцитоз. Фагоцитоз – захват и поглощение клеткой крупных частиц (в том числе клеток или их частей). Это явление впервые описал И.И. Мечников в 1883 г. Фагоцитоз играет важную роль, связанную с внутриклеточным пищеварением у простейших и кишечнополостных. Фагоцитарная деятельность нейтрофилов, макрофагов и других имеет огромное значение в защите организма от попадающих в него патогенных бактерий и других нежелательных частиц.
Эндоцитоз Пиноцитоз – процесс захвата и поглощения капелек жидкости. Пиноцитоз – один из основных механизмов проникновения веществ (макромолекул белков, липидов, гликопротеидов) в клетку. Наиболее активный пиноцитоз наблюдается у амёб, в эпителиальных клетках кишечника и почечных канальцев, в эндотелии сосудов и растущих ооцитах.
Экзоцитоз Это выведение из клеток различных веществ, также осуществляемое при помощи мембраны. Так выводятся гормоны, полисахариды, белки, жировые капли. Они заключаются в пузырьки, отграниченные мембраной и подходят к плазмалемме. Обе мембраны сливаются, а содержимое пузырька оказывается снаружи клетки.
Читайте также: