Файл: Занятие Транспортные системы клетки. Физиологические основы свойства возбудимость.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.02.2024
Просмотров: 14
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Занятие 2. Транспортные системы клетки. Физиологические основы свойства возбудимость.
Вопрос 1
Из окружающей среды в клетку поступают различные вещества, а из клетки в окружающую среду удаляются ненужные продукты обмена – происходит обмен веществ, или метаболизм.
В организм, кроме питательных веществ, поступают также вода, кислород, минеральные соли.
Поступившие в клетки органические вещества (или синтезированные в ходе фотосинтеза) расщепляются на строительные блоки – мономеры и направляются во все клетки организма.
Диффузия – самопроизвольное перемещение вещества из мест с большей концентрацией в места с меньшей концентрацией вещества вследствие хаотического теплового движения молекул.
Виды диффузии
-
Простая – без участия молекул-переносчиков. -
Облегченная – происходит при участии молекул-переносчиков. -
Фильтрация -
Осмос
Облегченная диффузия — процесс трансмембранного переноса веществ по градиенту концентрации с участием мембранных белков-переносчиков без затраты энергии.
Фильтрация – процесс очистки газов от твердых/жидких частиц с помощью пористых сред.
Осмос — односторонняя диффузия растворителя (воды) через полупроницаемую мембрану в более концентрированный раствор.
Закон Фика: скорость диффузии пропорциональна градиенту концентрации.
Диффузия через мембранные поры.
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ
-
Обладает избирательной проницаемостью, которая изменяется при различных состояниях клетки -
Имеет каналы, через которые проникают ионы:
-
потенциалзависимые каналы — открываются при изменении разности потенциалов; -
потенциалнезависимые (лигандозависимые, гормонрегулируемые) — открываются при взаимодействии рецепторов с веществами.
Важнейшим свойством мембраны является избирательная проницаемость. Это значит, что молекулы и ионы проходят через нее с различной скоростью. Это свойство определяет плазматическую мембрану как осмотический барьер. Максимальной проникающей способностью обладают неполярные простые вещества, например, азот, кислород; значительно медленнее проходят сквозь мембрану полярные частицы
, такие, как вода, и практически не проходят заряженные частицы — ионы.
Доп инфа:
Проникновение через биологические барьеры веществ осуществляется путем диффузии через водные каналы (поры), а потому определяется размерами молекулы. Молекулы малого размера свободно проходят через поры. Если диаметр молекулы больше диаметра пор, она не проникает через мембрану. Каналы с разной частотой меняют свое состояние от открытого к закрытому.
Вопрос 2
Равновесный потенциал – потенциал, который прекращает движение конкретного иона через мембрану по концентрационному градиенту.
Мембранный потенциал – разность электрических потенциалов между наружной и внутренней поверхностями биомембраны, обусловленная неодинаковой концентрацией ионов, главным образов натрия, калия и хлора. Под влиянием различных факторов физической или химической природы величина мембранного потенциала может изменяться.
Вопрос 3
Активный транспорт – перенос вещества из мест с меньшим значением электрохимического потенциала в места с его большим значением. Активный транспорт в мембране сопровождается ростом энергии Гиббса, он не может идти самопроизвольно, а только за счёт затраты энергии, запасённой в макроэргических связях АТФ.
Натрий-калиевый насос - это насос, расположенный в клеточной мембране. Путем транспортировки ионов натрия и калия он обеспечивает поддержание так называемого мембранного потенциала покоя.
В каждом цикле откачки он обменивает три иона натрия (ионы Na +) на два иона калия (ионы K +). Это создает отрицательный потенциал во внутриклеточном пространстве.
Механизм формирования мембранного потенциала:
Ионы К выходят из клетки и увеличивают положительный заряд на наружной поверхности мембраны, ионы СІ пассивно переходят внутрь клетки, что приводит к увеличению положительного заряда на наружной поверхности клетки. Ионы N накапливаются на наружной поверхности мембраны и увеличивают ее положительный заряд. Органические соединения остаются внутри клетки.
В результате такого движения наружная поверхность мембраны заряжается положительно, а внутренняя - отрицательно. Внутренняя поверхность мембраны может не быть абсолютно отрицательно заряженной, но она всегда заряжена отрицательно по отношению к внешней. Движение ионов продолжается до тех пор, пока не уравновесится разность потенциалов на мембране, т. е. не наступит электрохимическое равновесие.
МП - его величина обычно варьирует в пределах 30 — 90 мВ (в волокнах скелетной мышцы — 60 — 90 мВ, в нервных клетках — 50 — 80 мВ, в гладких мышцах — 30 — 70 мВ, в сердечной мышце — 80 — 90 мВ).
Вопрос 4
Активный транспорт – перенос вещества из мест с меньшим значением электрохимического потенциала в места с его большим значением.
Концентрационный градиент натрия (Na), как движущая сила мембранного транспорта.
Значение Na/K-насоса для клетки не ограничивается стабилизацией нормальных градиентов К+ и Na+ на мембране. Энергия, запасенная в мембранном градиенте Na+, часто используется для обеспечения мембранного транспорта других веществ. Например, на рис. 1.10 показан «симпорт» Na+ и молекулы сахара в клетку. Мембранный транспортный белок переносит молекулу сахара в клетку даже против градиента концентрации, в то же время Na+ движется по градиенту концентрации и потенциала, обеспечивая энергию для транспорта Сахаров. Такой транспорт Сахаров полностью зависит от существования высокого градиента натрия ; если внутриклеточная концентрация натрия существенно возрастает, то транспорт сахаров прекращается.
Рис. 1.8. Соотношение между скоростью транспорта молекул и их концентрацией (в месте входа в канал или в месте связывания насоса) при диффузии через канал или при насосном транспорте. Последний при высоких концентрациях насыщается (максимальная скорость, V max); значение по оси абсцисс, соответствующее половине максимальной скорости насоса (Vmax/2), является равновесной концентрацией Кт
Для различных сахаров существуют разные симпортные системы. Транспорт аминокислот в клетку сходен с транспортом Сахаров, показанным на рис. 1.10; он также обеспечивается градиентом Na+; существует по крайней мере пять различных систем симпорта, каждая из которых специализирована для какой-либо одной группы родственных аминокислот.
Рис. 1.10. Белки, погруженные в липидный бислой мембраны, опосредуют симпорт глюкозы и Na в клетку, а также Са/Na-антипорт, в котором движущей силой является градиент Na на клеточной мембране
Помимо симпортных систем существуют также «антипортные». Одна из них, например, за один цикл переносит один ион кальция из клетки в обмен на три входящих иона натрия (рис. 1.10). Энергия для транспорта Са2+ образуется за счет входа трех ионов натрия по градиенту концентрации и потенциала. Этой энергии достаточно (при потенциале покоя) для поддержания высокого градиента ионов кальция (от менее 10 -7 моль/л внутри клетки до приблизительно 2 ммоль/л вне клетки).
Вопрос 5
Эндоцитоз и экзоцитоз
Эндоцитоз и экзоцитоз - это два активных процесса, посредством которых различные материалы транспортируются через мембрану либо в клетки (эндоцитоз), либо из клеток (экзоцитоз). При эндоцитозе плазматическая мембрана образует впячивания или выросты, которые затем, отшнуровываясь, превращаются в пузырьки или вакуоли.
Различают два типа эндоцитоза:
1. Фагоцитоз - поглощение твёрдых частиц. Специализированные клетки, осуществляющие фагоцитоз, называются фагоцитами.
2. Пиноцитоз - поглощение жидкого материала (раствор, коллоидный раствор, суспензия). Часто при этом образуются очень мелкие пузырьки (микропиноцитоз).
Экзоцитоз - процесс, обратный эндоцитозу. Таким способом выводятся гормоны, полисахариды, белки, жировые капли и другие продукты клетки. Они заключаются в пузырьки, ограниченные мембраной, и подходят к плазмалемме. Обе мембраны сливаются, и содержимое пузырька выводится в среду, окружающее клетку.
Основные понятия:
Эндоцито́з — процесс захвата внешнего материала клеткой, осуществляемый путём образования мембранных везикул. В результате эндоцитоза клетка получает для своей жизнедеятельности гидрофильный материал, который иначе не проникает через липидный бислой клеточной мембраны.
Экзоцитоз – транспорт крупных соединений и частиц из клетки (непереваренные остатки)
Вопрос 6
Внутри клетки между ядром и другими органоидами через клеточную мембрану осуществляется перенос веществ. Этот перенос возможен за счет ядерных пор, которые пронизывают два слоя белковой оболочки. В свою очередь, оболочки тоже состоят из белков. Перенос веществ из цитоплазмы в ядро клетки происходит вместе со специальными белками, которые называются транспортинами.
Диффузия – самопроизвольное перемещение вещества из мест с большей концентрацией в места с меньшей концентрацией вещества вследствие хаотического теплового движения молекул.
Везикулярный транспорт.
Перенос белков от одних органелл к другим происходит с помощью везикул. Везикулы отпочковываются от мембран одной органеллы, а затем исчезают, сливаясь с мембраной другой органеллы. Белки переносятся в полости пузырька или в составе мембран подобно интегральным белкам.
Из одной органеллы в другую перемещение происходит в везикуле или на ее поверхности в виде интегральных белков.
Вопрос 7
Транспорт путем образования и разрушения органелл. Микрофиламенты.
До сих пор мы рассматривали эндо- и экзоцитоз как процессы транспортировки содержимого везикул. Существует и другой аспект этих процессов, заключающийся в том, что направленное удаление плазматической мембраны на одном участке клеточной поверхности путем эндоцитоза и, напротив, добавление ее на другом путем экзоцитоза перемещает значительные участки мембраны (рис. 1.12, В), давая клетке возможность, например, сформировать вырост или двигаться.
Сходные перестройки типичны также и для цитоскелета, особенно для микрофиламентов и микротрубочек (рис. 1.1). Микрофиламенты состоят в первую очередь из белка Г-актина, который способен к сборке в волокнистые пучки в результате полимеризации мономера из -цитозоля. Пучки поляризованы, т. е. они часто нарастают только с одного конца, аккумулируя новые молекулы актина, тогда как другой конец инертен или здесь происходит разборка. За счет такого поляризованного роста микрофиламенты эффективно перемещаются и может изменяться структура их сети. Переход актина из депо-лимеризованного состояния (золя) в организованное (гель) может происходить очень быстро под действием других белков или изменений концентрации ионов (см. ниже). Существуют также белки, которые вызывают разрушение актиновых филаментов с образованием коротких фрагментов. Тонкие выросты многих клеток-филоподии-содержат центральный пучок актина (рис. 1.1), и различные движения филоподии, вероятно, обусловлены переходами актина: полимеризация - деполимеризация.
Вопрос 10
Аксональный (аксонный) транспорт — это перемещение веществ по аксону.
