Doprava? Transmembránový pohyb různých makromolekulárních sloučenin, buněčných složek, supramolekulárních částic, které nejsou schopny proniknout kanály v membráně, se provádí speciálními mechanismy, například pomocí fagocytózy, pinocytózy, exocytózy, přenosu přes mezibuněčný prostor. To znamená, že pohyb látek přes membránu může nastat pomocí různých mechanismů, které jsou rozděleny podle známek účasti konkrétních nosičů na nich a také podle spotřeby energie. Vědci rozdělují transport látek na aktivní a pasivní.

Hlavní druhy dopravy

Pasivní transport je přenos látky přes biologickou membránu po gradientu (osmotický, koncentrační, hydrodynamický a další), který nevyžaduje spotřebu energie.

Představuje přenos látky přes biologickou membránu proti gradientu. To spotřebovává energii. Přibližně 30 - 40 % energie, která vzniká v důsledku metabolických reakcí v lidském těle, je vynaloženo na realizaci aktivního transportu látek. Pokud vezmeme v úvahu fungování lidských ledvin, pak asi 70 - 80 % spotřebovaného kyslíku je vynaloženo na aktivní transport.

Pasivní transport látek

to znamená přenos různých látek přes biologické membrány různými způsoby:

• gradient elektrochemického potenciálu;
• gradient koncentrace látky;
• gradient elektrického pole;
• gradient osmotického tlaku a další.

Proces zavádění pasivní dopravy nevyžaduje žádnou spotřebu energie. Může k němu dojít usnadněnou a jednoduchou difúzí. Jak víme, difúze je chaotický pohyb molekul látky v různých prostředích, který je způsoben energií tepelných vibrací látky.

Pokud je částice látky elektricky neutrální, pak směr, ve kterém dojde k difúzi, je určen rozdílem v koncentraci látek obsažených v médiu, které jsou odděleny membránou. Například mezi oddíly buňky, uvnitř buňky a mimo ni. Pokud částice látky, její ionty mají elektrický náboj, pak bude difúze záviset nejen na rozdílu koncentrací, ale také na velikosti náboje dané látky, přítomnosti a znacích náboje na obou stranách membrány . Velikost elektrochemického gradientu je určena algebraickým součtem elektrického a koncentračního gradientu přes membránu.

Co zajišťuje transport přes membránu?

Pasivní transport membrány je možný díky přítomnosti látky, osmotickému tlaku, který vzniká mezi různými stranami buněčné membrány, nebo díky elektrickému náboji. Například průměrná hladina iontů Na+ obsažených v krevní plazmě je asi 140 mM/l a jeho obsah v erytrocytech je asi 12x vyšší. Takový gradient, vyjádřený jako rozdíl koncentrací, je schopen vytvořit hnací sílu, která zajistí přenos molekul sodíku do erytrocytů z krevní plazmy.

Je třeba poznamenat, že rychlost takového přechodu je velmi nízká vzhledem k tomu, že buněčná membrána se vyznačuje nízkou propustností pro ionty této látky. Tato membrána má mnohem větší propustnost ve vztahu k draselným iontům. Energie buněčného metabolismu není využita k dokončení procesu prosté difúze.

Rychlost difúze

Aktivní a pasivní transport látek přes membránu je charakterizován rychlostí difúze. Lze ji popsat pomocí Fickovy rovnice: dm/dt=-kSAC/x.

V tomto případě je dm/dt množství látky, které difunduje za jednu časovou jednotku, a k je koeficient difúzního procesu, který charakterizuje propustnost biomembrány pro difundující látku. S se rovná ploše, na které dochází k difúzi, a ΔC vyjadřuje rozdíl v koncentraci látek na různých stranách biologické membrány, zatímco x charakterizuje vzdálenost, která existuje mezi body difúze.

Je zřejmé, že ty látky, které současně difundují podél gradientů koncentrací a elektrických polí, se budou nejsnáze pohybovat membránou. Důležitou podmínkou pro difúzi látky přes membránu jsou fyzikální vlastnosti samotné membrány, její propustnost pro každou konkrétní látku.

Vzhledem k tomu, že dvojvrstvu membrány tvoří uhlovodíkové radikály přírodních fosfolipidů, snadno přes ni difundují. Týká se to zejména látek, které se snadno rozpouštějí v lipidech, jako jsou hormony štítné žlázy a steroidní hormony a také některé omamné látky.

Minerální ionty a nízkomolekulární látky, které jsou svou povahou hydrofilní, difundují prostřednictvím pasivních membránových iontových kanálů, které jsou tvořeny z kanálotvorných proteinových molekul, a někdy prostřednictvím membránových defektů fosfolipidových molekul, které vznikají v buněčné membráně v důsledku tepelné fluktuace .

Pasivní transport přes membránu je velmi zajímavý proces. Pokud jsou podmínky normální, pak významná množství látky mohou proniknout dvouvrstvou membránou pouze tehdy, pokud jsou nepolární a mají malou velikost. Jinak k přenosu dochází prostřednictvím nosných proteinů. Takové procesy zahrnující nosný protein se nazývají nikoli difúze, ale transport látky přes membránu.

Usnadněná difúze

Usnadněná difúze, stejně jako jednoduchá difúze, probíhá podél koncentračního gradientu látky. Hlavní rozdíl spočívá v tom, že procesu přenosu látky se účastní speciální molekula proteinu, nazývaná nosič.

Usnadněná difúze je druh pasivního přenosu molekul látek přes biomembrány, který se provádí podél koncentračního gradientu pomocí nosiče.

Stavy nosných proteinů

Nosičový protein může být ve dvou konformačních stavech. Například ve stavu A může mít daný protein afinitu k látce, kterou nese, jeho vazebná místa pro látku jsou otočena dovnitř, čímž se vytvoří pór, který je otevřený na jedné straně membrány.

Po navázání proteinu na přenesenou látku dochází ke změně jeho konformace a k přechodu do stavu B. Takovou přeměnou ztrácí nosič svou afinitu k látce. Uvolní se ze spojení s nosičem a přesune se do póru na druhé straně membrány. Po přenosu látky mění nosný protein opět svou konformaci a vrací se do stavu A. Takový transport látky přes membránu se nazývá uniport.

Usnadněná rychlost difúze

Látky s nízkou molekulovou hmotností, jako je glukóza, mohou být transportovány přes membránu usnadněnou difúzí. K takovému transportu může dojít z krve do mozku, do buněk z intersticiálních prostor. Rychlost přenosu hmoty u tohoto typu difúze může dosáhnout až 108 částic kanálem za jednu sekundu.

Jak již víme, rychlost aktivního a pasivního transportu látek při prosté difúzi je úměrná rozdílu koncentrací látky na obou stranách membrány. V případě usnadněné difúze se tato rychlost zvyšuje úměrně se zvyšujícím se rozdílem v koncentraci látky až do určité maximální hodnoty. Nad tuto hodnotu se rychlost nezvyšuje, i když se rozdíl v koncentracích z různých stran membrány dále zvětšuje. Dosažení takového bodu maximální rychlosti v procesu usnadněné difúze lze vysvětlit skutečností, že maximální rychlost implikuje zapojení všech dostupných nosných proteinů do procesu přenosu.

Jaké další koncepty zahrnují aktivní a pasivní transport přes membrány?

výměnná difúze

Podobný typ transportu molekul látek přes buněčnou membránu se vyznačuje tím, že se výměny účastní molekuly téže látky, které se nacházejí na různých stranách biologické membrány. Nutno podotknout, že při takovém transportu látek na obou stranách membrány se to vůbec nemění.

Druh výměnné difúze

Jednou z odrůd výměnné difúze je výměna, při které se molekula jedné látky mění na dvě nebo více molekul jiné látky. Například jedním ze způsobů, jak jsou kladné ionty vápníku odstraňovány z buněk hladkého svalstva průdušek a cév z kontraktilních myocytů srdce, je jejich výměna za ionty sodíku umístěné mimo buňku. Jeden iont sodíku je v tomto případě vyměněn za tři ionty vápníku. Dochází tedy k pohybu sodíku a vápníku přes membránu, který je na sobě závislý. Tento typ pasivního transportu přes buněčnou membránu se nazývá antiport. Právě tímto způsobem se buňka dokáže zbavit iontů vápníku, které jsou přítomny v nadbytku. Tento proces je nezbytný pro relaxaci hladkých myocytů a kardiomyocytů.

V tomto článku byl zvažován aktivní a pasivní transport látek přes membránu.

Existuje několik mechanismů pro transport látek přes membránu.

Difúze- průnik látek membránou po koncentračním gradientu (z oblasti, kde je jejich koncentrace vyšší, do oblasti, kde je jejich koncentrace nižší). Difúzní transport látek (voda, ionty) probíhá za účasti membránových proteinů, které mají molekulární póry, nebo za účasti lipidové fáze (u látek rozpustných v tucích).

S usnadněnou difuzí speciální membránové nosné proteiny se selektivně vážou k jednomu nebo druhému iontu nebo molekule a přenášejí je přes membránu podél koncentračního gradientu.

aktivní transport je spojena s energetickými náklady a slouží k transportu látek proti jejich koncentračnímu gradientu. On prováděné speciálními nosnými proteiny, které tvoří tzv iontová čerpadla. Nejstudovanější je Na-/K--pumpa v živočišných buňkách, která aktivně pumpuje ionty Na+ směrem ven a zároveň absorbuje ionty K-. Díky tomu se v buňce udržuje velká koncentrace K- a nižší koncentrace Na+. k životnímu prostředí. Tento proces spotřebovává energii ATP. V důsledku aktivního transportu pomocí membránové pumpy je v buňce regulována i koncentrace Mg2- a Ca2+. membránová buněčná difúze iont

V procesu aktivního transportu iontů do buňky pronikají přes cytoplazmatickou membránu různé cukry, nukleotidy a aminokyseliny.

Makromolekuly proteinů, nukleových kyselin, polysacharidů, lipoproteinových komplexů atd. buněčnými membránami na rozdíl od iontů a monomerů neprocházejí. K transportu makromolekul, jejich komplexů a částic do buňky dochází zcela jiným způsobem – endocytózou. Na endocytóza (endo... - uvnitř) určitá část plazmatické membrány zachycuje a jakoby obaluje extracelulární materiál a uzavírá jej do membránové vakuoly, která vznikla v důsledku invaginace membrány. Následně se taková vakuola napojí na lysozom, jehož enzymy rozkládají makromolekuly na monomery.

Reverzní proces endocytózy je exocytóza (exo... - venku). Díky němu buňka odstraňuje intracelulární produkty nebo nestrávené zbytky uzavřené ve vakuolách nebo vezikulách. Váček se přiblíží k cytoplazmatické membráně, splyne s ní a její obsah se uvolní do okolí. Jak se vylučují trávicí enzymy, hormony, hemicelulóza atd.

Biologické membrány jako hlavní strukturní prvky buňky tedy neslouží pouze jako fyzické hranice, ale jako dynamické funkční povrchy. Na membránách organel, četné biochemické procesy, jako je aktivní vstřebávání látek, přeměna energie, syntéza ATP atd.

• · bariéra - zajišťuje regulovaný, selektivní, pasivní a aktivní metabolismus s okolím. Peroxisomová membrána například chrání cytoplazmu před peroxidy, které jsou pro buňku nebezpečné. Selektivní permeabilita znamená, že propustnost membrány pro různé atomy nebo molekuly závisí na jejich velikosti, elektrickém náboji a chemické vlastnosti. Selektivní permeabilita zajišťuje oddělení buňky a buněčných kompartmentů od okolí a dodává jim potřebné látky.
• · transport - přes membránu dochází k transportu látek do buňky a ven z buňky. Transport přes membrány zajišťuje: dodání živin, odstraňování konečných produktů metabolismu, sekrece různých látek, vytváření iontových gradientů, udržování optimálního pH a koncentrace iontů v buňce, které jsou nezbytné pro fungování buněčných enzymů. Částice, které z nějakého důvodu nejsou schopny projít fosfolipidovou dvojvrstvou (například kvůli hydrofilním vlastnostem, protože membrána je uvnitř hydrofobní a nepropouští hydrofilní látky, nebo kvůli jejich velké velikosti), ale jsou pro buňku nezbytné , může pronikat membránou přes speciální nosné proteiny (transportéry) a kanálové proteiny nebo endocytózou.

Na pasivní doprava látky procházejí lipidovou dvojvrstvou, aniž by vynakládaly energii podél koncentračního gradientu difúzí. Variantou tohoto mechanismu je usnadněná difúze, při které specifická molekula pomáhá látce projít membránou. Tato molekula může mít kanál, který umožňuje průchod pouze jednomu typu látky.

aktivní transport vyžaduje energii, protože se vyskytuje proti koncentračnímu gradientu. Na membráně jsou speciální pumpovací proteiny včetně ATPázy, která aktivně pumpuje draselné ionty (K+) do buňky a pumpuje z ní ionty sodíku (Na+).

• • matrix – zajišťuje určitou relativní polohu a orientaci membránových proteinů, jejich optimální interakci.
• Mechanické - zajišťuje autonomii buňky, jejích intracelulárních struktur, jakož i spojení s jinými buňkami (ve tkáních). Buněčné stěny hrají důležitou roli při zajišťování mechanické funkce au zvířat - mezibuněčné látky.
• energie - při fotosyntéze v chloroplastech a buněčném dýchání v mitochondriích fungují v jejich membránách systémy přenosu energie, na kterých se podílejí i bílkoviny;
• Receptor – některé proteiny umístěné v membráně jsou receptory (molekuly, kterými buňka vnímá určité signály).

Například hormony cirkulující v krvi působí pouze na cílové buňky, které mají receptory odpovídající těmto hormonům. Neurotransmitery (chemické látky, které vedou nervové impulsy) se také vážou na specifické receptorové proteiny na cílových buňkách.

• enzymatické - membránové proteiny jsou často enzymy. Například plazmatické membrány buněk střevního epitelu obsahují trávicí enzymy.
• · Realizace tvorby a vedení biopotenciálů.

Pomocí membrány je v buňce udržována konstantní koncentrace iontů: koncentrace iontu K + uvnitř buňky je mnohem vyšší než venku a koncentrace Na + je mnohem nižší, což je velmi důležité, protože toto udržuje potenciálový rozdíl přes membránu a vytváří nervový impuls.

značení buněk – na membráně jsou antigeny, které fungují jako markery – „štítky“, které umožňují buňku identifikovat. Jedná se o glykoproteiny (tedy proteiny s navázanými rozvětvenými postranními oligosacharidovými řetězci), které plní roli „antén“. Vzhledem k nesčetnému množství konfigurací postranních řetězců je možné vytvořit specifický marker pro každý typ buňky. Pomocí markerů mohou buňky rozpoznat jiné buňky a jednat ve shodě s nimi, například při tvorbě orgánů a tkání. Umožňuje také imunitnímu systému rozpoznat cizí antigeny.

Technologická mapa lekce

Předmět: biologická membrána. Transport látek přes biologické membrány.

Třída: Stupeň 10

Typ lekce: lekce osvojování si nových znalostí

Cílová: vytváření představ o struktuře buněčné membrány a jejích transportních systémech

úkoly:

Vzdělávací:

představit stručnou historii objevu biomembrány;

prohloubit znalosti o stavbě plazmatické membrány;

zvážit hlavní typy transportních systémů buněčné membrány;

odhalit význam těchto systémů v lidském životě.

Rozvíjející se:

podporovat rozvoj řeči studentů položením otázky, která vyžaduje podrobnou a souvislou odpověď.

vytvářet podmínky pro rozvoj dobrovolné pozornosti při vysvětlování nové látky.

podporovat rozvoj vizuálně-figurativního myšlení při předvádění prezentací, vizuálních materiálů.

Vzdělávací:

vytvářet podmínky pro výchovu studentů se správným vědeckým obrazem světa.

schopnost plánovat vzdělávací spolupráci s vrstevníky a učitelem.

Základní pojmy a pojmy: buněčná membrána, pasivní transport, difúze, osmóza, aktivní transport, sodno-draselná pumpa, permiázový protein, vezikulární transport, vezikula, endocytóza, fagocytóza, pinocytóza, exocytóza.

Metody výuky: verbální (rozhovor, výklad), vizuální, částečně průzkumný, problémový, práce s textem prezentace.

Formy studia: čelní

Zařízení: ICT prezentace "Biologické membrány"

Plán lekce:

organizační etapa.

Stanovení cílů a cílů pro lekci. Motivace výchovně vzdělávací činnosti žáků.

Aktualizace znalostí.

Učení nového materiálu

Prvotní kontrola porozumění

Informace o domácím úkolu, instruktáž o jeho realizaci

Odraz

Během lekcí:

chybí fixace

Pozdravuje studenty, kontroluje jejich připravenost na hodinu.

Studenti vstanou, aby pozdravili učitele, připravili se na hodinu

Osobní: sebeorganizace

Komunikativní: plánování vzdělávací spolupráce s učitelem a spolužáky.

2. Stanovení cílů a cílů pro lekci. Motivace výchovně vzdělávací činnosti žáků

8 min.

vytvářet podmínky pro vznik vnitřní potřeby zařazení do činností

Co studuje věda „cytologie“?

Co je buňka? Jak se jmenuje vědec, v důsledku jehož objevů byl koncept představen "buňka"?

Všechny živé organismy na Zemi jsou tvořeny buňkami a každá buňka je obklopena ochranným obalem – membránou.

Nevíte někdo co znamená membrána?

Jaké máte asociace s tímto slovem?

Slovo "membrána" v překladu z latiny znamená "kůže, film". Membrána je velmi aktivní, neustále pracující struktura buňky, které je od přírody přiděleno mnoho funkcí.

Dnes si povíme o struktuře buněčné membrány a o tom, jak látky procházejí do buňky a ven z buňky.

Vysvětlení, pro které je nutná znalost struktury a vlastností buněčné membrány a transportních mechanismů.

Úvaha o historii výzkumu buněčných membrán.

Kluci, možná někdo z vás ví, co to bylo za modely a jaký model je dnes všeobecně uznávaný?

V roce 1925 I. Gorter a A. Grendel ukázali, že buněčná membrána je dvojitá vrstva (dvojvrstva) molekul lipidů.

V roce 1935 J. Danielli a H. Dawson ukázali, že kromě lipidů obsahuje buněčná membrána proteiny. Tak vznikl „sendvičový“ model, ve kterém byla plazmatická membrána reprezentována jako dvě vrstvy proteinů, mezi nimiž byla lipidová dvojvrstva.

Proč se membránový model vytvořený Dawsonem a Danielim nazývá „sendvičový model“? (Pro informaci: sendvič je uzavřený sendvič).

1972 S.D. Zpěvák a G.L. Nicholson navrhl fluidní mozaikový model membrány

Jak se liší model buněčné membrány vytvořený vědci Singerem a Nicholsonem od modelu vytvořeného Dawsonem a Danielim?

Proč je přirovnání druhého modelu s rozbouřeným mořem, ve kterém plavou ledovce? Která organická hmota symbolizuje ledovce a která - rozbouřené moře? (kde membránové proteiny „plavou“ v tekuté lipidové dvojvrstvě, jako ledovce na otevřeném moři. Předpokládalo se, že proteiny nejsou nijak uspořádané a mohou se v membráně volně pohybovat).

-Kluci, zkuste definovat buněčnou membránu.

Buněčná membrána se také nazývá cytoplazmatická membrána (plazmalema) nebo biomembrána - což je hlavní část povrchového aparátu, který je univerzální pro všechny buňky. Jeho tloušťka je asi 5-10 nm. (nanometry).

Pojďme se podívat moderní model a odpovězte, co je hlavní složkou?

Připomeňte si funkce bílkovin a vlastnosti lipidů.

Struktura fosfolipidu.

Fosfolipid se skládá z polární hydrofilní hlavy a nepolárních hydrofobních ocasů, představovaných řetězci mastných kyselin. V cytoplazmatické membráně jsou hydrofilní hlavy obráceny k vnější a vnitřní straně membrány a hydrofobní ocasy směřují dovnitř membrány.

Molekuly proteinu jsou spojeny s lipidovou dvojvrstvou.

Typy proteinů buněčné membrány.

které do ní mohou pronikat skrz naskrz, nazývají se integrální neboli transmembránové proteiny, částečně do ní ponořené - jsou to polointegrální proteiny, nebo sousedí zvenčí či zevnitř - periferní proteiny.

sacharidová složka

Membrány mohou obsahovat sacharidovou složku (10 %) představovanou oligosacharidovými nebo polysacharidovými řetězci spojenými s proteinovými molekulami (glykoproteiny) nebo lipidy (glykolipidy). Sacharidy jsou obvykle umístěny na vnějším povrchu membrány a plní receptorové funkce.

Vzhled membrány v evoluci je největší aromorfóza. Díky tomu se obsah cely vymezil z vnější prostředí.

PAMATOVAT SI! V živočišné buňce je membrána chápána jako membrána + glykokalyx.

Na rostlinné buňky kromě membrány je na vnější straně také silný celulózový obal -buněčná stěna - plní podpůrnou funkci díky tuhé vnější vrstvě, která dává buňkám jasný tvar.

Pojmenujte asociace na dané téma

Studenti si zapíší téma hodiny

Studenti zapisují potřebné záznamy do sešitu (všimněte si moderního modelu Nicholsona a Singera)

Studenti dávají své odhady

Studenti analyzují dva typy modelů a vyvozují závěry

Zapište definici

Studenti analyzují kresbu, pojmenovávají hlavní součásti

Nakreslete buněčnou membránu.

Studenti dávají svůj odhad

Studenti nakreslí strukturu fosfolipidu

Označte druhy bílkovin

Označte sacharidové ocasy

Osobní: sebeorganizace

Regulační: schopnost regulovat své jednání;

poznávací: strukturování znalostí, samostatná tvorba algoritmů činnosti při řešení problémů

Komunikativní: plánování vzdělávací spolupráce s učitelem a spolužáky;

3. Učení nového materiálu

20-25 min.

Uspořádat smysluplné vnímání znalostí o šlechtění jako vědě. Vytvářet podmínky pro rozvoj schopnosti navazovat příčinné a důsledkové vztahy mezi znalostmi již prostudovaného a nového materiálu

Vlastnosti membrány .

A) Mobilita .

Lipidová dvojvrstva je v podstatě kapalná formace, v jejíž rovině se molekuly mohou volně pohybovat – „protékat“ bez ztráty kontaktů v důsledku vzájemné přitažlivosti (demonstrace proudění tekutiny ve stěně mýdlová bublina visí na plastové trubce ). Hydrofobní ocasy mohou vůči sobě volně klouzat.

b) Schopnost sebeuzavření .

(ukázka, jak při propíchnutí mýdlové bubliny a následném odstranění jehly se okamžitě obnoví celistvost její stěny) . Díky této schopnosti mohou buňky fúzovat splynutím svých plazmatických membrán (například při vývoji svalové tkáně).

PROTI) Selektivní propustnost . Aby buňka normálně fungovala, musí být zavedena doprava a hraniční kontrola. Plazmatická membrána střeží jejich buňku jako speciální předmět. Například přes dvojitou vrstvu volně procházejí lipidy a síť látek, které procházejí speciálními membránovými kanály nebo nosnými proteiny

Existuje řada důležitých funkcí, které buněčné membrány plní:

strukturální (obsaženo ve většině organel);

bariéra (Membrána odděluje buněčný obsah od vnějšího prostředí, chrání buňku před vnikáním cizorodých látek do ní a zajišťuje udržení stálosti intracelulárního prostředí),

regulace metabolických procesů ;

receptor ( Receptorová místa se nacházejí na vnějším povrchu membrány, kde dochází k vazbě hormonů a dalších regulačních molekul),

a doprava.

Představte si, že látky potřebují proniknout do buňky. K tomu je nutné překonat plazmatickou membránu. Jaké známé způsoby průniku látek si pamatujete?

???????

Existují dva hlavní typy přenosu, pasivní a aktivní. Pasivní se také nazývá difúze.

Co rozumíte pod pojmem difúze?

Tak,pokud se látka pohybuje membránou z oblasti vysoké koncentrace směrem k nízké koncentraci (tj. podél koncentračního gradientu této látky)a probíhá bez energetického výdeje takový transport se nazývápasivní nebo difúzní. Onse zase dělí na jednoduchou a usnadněnou difúzi, osmózu.

S jednoduchou difuzí dochází k samovolnému pohybu látek membránou z oblasti, kde je koncentrace těchto látek vyšší, do oblasti, kde je jejich koncentrace nižší. Jednoduchou difúzí mohou být malé molekuly (například H 2 0, 0 2, С0 2 močovina) a ionty. Zpravidla se jedná o nepolární látky. Jednoduchá difúze je relativně pomalá

Pro urychlení difúzního transportu existují membránové nosné proteiny, které se selektivně vážou na ten či onen ion nebo molekulu (polární molekuly a ionty) a přenášejí je přes membránu. Tento druh dopravy se nazýváusnadněná difúze . Rychlost přenosu látek s usnadněnou difuzí je mnohonásobně vyšší než u prosté difuze.

Voda je absorbována buňkou převážně osmózou. Osmóza je difúze vody přes semipermeabilní membránu způsobená rozdílem v koncentraci. Osmóza je forma difúze, při které se pohybují pouze molekuly vody.

dopravy, která odneseno když , kdy přenos proti koncentračnímu gradientu se nazývá pasivní transport. Takový přenos vyžaduje výdej energie buňkou. Aktivní transport slouží k akumulaci látek uvnitř buňky. Pro aktivní dopravu existují speciální čerpadla, která pracují s využitím energie. Zdrojem energie je často ATP. Aktivní transport má rozhodující význam, protože zajišťuje selektivní koncentraci látek nezbytných pro život buňky.

Provádět transport látek, speciální mechanismy, to jsou iontové pumpy nebo ATP-ázy.

Existují tři iontová čerpadla:

Sodík-draslík (Na/ K– ATPáza)

Kalciové pumpy (Ca - ATPáza)

Protonové pumpy (H– ATPáza)

Všechny ATP pumpy jsou transmembránové proteiny – permeázy. Tyto proteiny mohou vést jednu látku v jednom směru (uniport - sodík) nebo několik látek současně v jednom směru (symport - chlór, aminokyseliny, sacharóza), nebo dvě látky v opačném směru (antiport - hořčík, sodík, mangan). Glukóza tak může vstupovat do buněk symportantně spolu s iontemNa +.

V závislosti na použitém zdroji energie se aktivní transport dělí na dva typy: primární aktivní a sekundární aktivní. Pro primární aktivní transport se energie získává přímo z rozkladu ATP nebo některých jiných vysokoenergetických fosfátových sloučenin. Jedním z nejběžnějších primárních aktivních transportů je sodíkovo-draslíková pumpa.(video).

sekundární aktivní transport je poskytována sekundární energií akumulovanou ve formě rozdílu koncentrací vedlejších látek, molekul nebo iontů na obou stranách buněčné membrány, vzniklé zpočátku primárním aktivním transportem. Například buněčná membrána sliznice tenkého střeva obsahuje protein, který zajišťuje přenos (symport) glukózy a Na+ nanejvyšší epiteliální buňky sliznice dýchacích cest.

Zvláštním a poměrně dobře prozkoumaným typem membránového transportu jevezikulární transport.

Nevíte někdo, jak se tento druh dopravy materiálu provádí? Co je to vezikula? jak tomu rozumíš?

Vezikula – doslovně přeloženo jako zabalená taška. Podle směru přenosu látek (do buňky nebo z buňky) se rozlišují dva typy tohoto transportu – endocytóza a exocytóza.

Endocytóza - Absorpce vnějších částic buňkou tvorbou membránových váčků. Existují takové typy endocytózy jako: fagocytóza a pinocytóza.

Jaký je proces fagocytózy? Kde jsi ho předtím potkal?

Fagocytóza - buněčný proces, při kterém fagocytární buňky uložené v membráně zachycují a tráví pevné částice živin. V lidském těle je fagocytóza prováděna membránami dvou typů buněk: granulocyty (granulární leukocyty) a makrofágy (buňky zabíjející imunitu);

pinocytóza – proces zachycení molekul kapaliny, která je s ní v kontaktu, povrchem buněčné membrány.

Exocytóza - proces, obráceně

endocytóza; odstraněny z buněk

nestrávené pevné látky

částice a tekutý sekret.

Žáci zapíší vlastnosti buněčné membrány

Zapište funkce membrány

Předložte své úvahy o možnosti pronikání látky do buňky

Studenti si do sešitů zaznačí druhy přenosu látek.

Schematicky načrtněte jednoduchou difúzi a udělejte poznámky ke kresbě.

Schematicky načrtněte usnadněnou difuzi a udělejte komentáře k obrázku.

Schematicky načrtněte osmózu a udělejte poznámky k výkresu

Dělání poznámek do sešitu

Načrtněte mechanismus sodno-draselné pumpy

Studenti dávají svůj odhad

Studenti píší definice a náčrt

Osobní: pochopení motivů jejich jednání při plnění úkolů; rozvíjet pozitivní vztah k učení kognitivní činnost, touha získávat nové znalosti, schopnost rozpoznat své chyby a snažit se je překonat;

Kognitivní: schopnost efektivně myslet a pracovat s informacemi;schopnost pracovat s učebnicí a udělat stůl;vyhledávání a výběr potřebných informací;schopnost identifikovat podstatu, rysy předmětů; schopnost vyvozovat závěry na základě analýzy objektů;

4. Upevňování získaných znalostí

5 minut.

Korelace stanovených úkolů s dosaženým výsledkem, upevnění nových poznatků, stanovení dalších cílů

Cvičení. Analyzujte navržené situace, nakreslete vhodné analogie a odpovězte, o jaké typy transportu membránou se jedná.

A) Stojíte v davu na zastávce. Blíží se prázdný autobus. Lidé začínají plnit autobus. To se děje celkem snadno. Na zastávce se uvolní a autobus se rovnoměrně zaplní.(pasivní)

b) Stojíte sám na zastávce. Blíží se přeplněný autobus a vy musíte všemi prostředky odjet. Abyste se dostali do autobusu, musíte zapracovat lokty. Je pravda, že jeden ze soucitných cestujících vám může pomoci.(aktivní)

Studenti analyzují dané situace a vyvozují závěry.

Osobní: sebeorganizace

Regulační: schopnost organizovat své činnosti; plánování vaší práce při plnění úkolu; kontrola nad výkonem práce;schopnost určit úspěšnost svého úkolu;

Komunikativní: schopnost sestavit řečovou výpověď v souladu s úkoly; schopnost ústně formulovat své myšlenky.

5. Domácí úkol

2 minuty.

Pokyny k provedení domácí práce

Udělejte si poznámky (definice, schematické výkresy)

Žáci si zapisují úkol do deníku. Ptejte se na jeho implementaci.

Osobní: schopnost vyhodnotit stravitelný obsah;

Komunikativní: schopnost komunikovat, komunikovat s vrstevníky a učitelem;schopnost sestavit řečovou výpověď v souladu s úkoly; schopnost ústně formulovat své myšlenky.

6. Reflexe

3 min.

Pochopení procesu a výsledku činnosti

Studenti vyjadřují svůj názor.

Jmenují hlavní pozice nového materiálu a jak se je naučili (co fungovalo, co nefungovalo a proč)

Osobní: schopnost analyzovat vlastní aktivity; plánování dalších kroků k dosažení cíle.

Regulační:zdůrazňování a povědomí studentů o tom, co se již naučili a co je ještě třeba zvládnout, povědomí o kvalitě a úrovni asimilace;schopnost organizovat své aktivity; plánování vaší práce při plnění úkolu

komunikativní:schopnost kritického myšlení; schopnost prezentovat se; naslouchat a zvažovat názory ostatních lidí.

Bariérově-transportní funkce povrchového aparátu buňky je zajištěna selektivním přenosem iontů, molekul a supramolekulárních struktur do buňky az buňky. Transport přes membrány zajišťuje dodávání živin a odstraňování konečných produktů metabolismu z buňky, sekreci, vytváření iontových gradientů a transmembránového potenciálu, udržování potřebných hodnot pH v buňce atd.

Mechanismy transportu látek do buňky a z buňky závisí na chemická povaha přepravovaná látka a její koncentrace na obou stranách buněčné membrány a od velikostí transportované částice. Malé molekuly a ionty jsou transportovány přes membránu pasivním nebo aktivním transportem. Přenos makromolekul a velkých částic se provádí pomocí transportních prostředků v "membránovém obalu", to znamená v důsledku tvorby bublin obklopených membránou.

Pasivní doprava Pohyb látek přes membránu po jejich koncentračním gradientu bez vynaložení energie se nazývá. K takovému transportu dochází dvěma hlavními mechanismy: jednoduchou difúzí a facilitovanou difúzí.

cesta jednoduchá difúze jsou transportovány malé polární a nepolární molekuly, mastné kyseliny a další hydrofobní látky s nízkou molekulovou hmotností organická hmota. Transport molekul vody přes membránu, prováděný pasivní difúzí, se nazývá osmóza. Příkladem prosté difúze je transport plynů přes plazmatickou membránu endoteliálních buněk krevních kapilár do okolního tkáňového moku a zpět.

Hydrofilní molekuly a ionty, které nejsou schopny samy procházet membránou, jsou transportovány pomocí specifických membránových transportních proteinů. Tento transportní mechanismus se nazývá usnadněná difúze.

Existují dvě hlavní třídy membránových transportních proteinů: nosné proteiny A kanálové proteiny. Molekuly transportované látky, vazba na nosný protein, způsobit jeho konformační změny, což má za následek přenos těchto molekul přes membránu. Usnadněná difúze se vyznačuje vysokou selektivitou vzhledem k transportovaným látkám.

Proteinové kanály tvoří vodou naplněné póry pronikající do lipidové dvojvrstvy. Když jsou tyto póry otevřené, procházejí jimi anorganické ionty nebo molekuly transportovaných látek a jsou tak transportovány přes membránu. Iontové kanály poskytují přenos přibližně 10 6 iontů za sekundu, což je více než 100násobek rychlosti transportu prováděného nosnými proteiny.

Většina kanálových proteinů má "brány", které se otevírají krátký čas a poté zavřít. V závislosti na povaze kanálu se brána může otevřít v reakci na vazbu signálních molekul (ligand-gated gate channel), změny membránového potenciálu (voltage-gated gate channel) nebo mechanickou stimulaci.

Aktivní transport je pohyb látek přes membránu proti jejich koncentračním gradientům. Provádí se pomocí nosných bílkovin a vyžaduje výdej energie, jejímž hlavním zdrojem je ATP.

Příkladem aktivního transportu, který využívá energii hydrolýzy ATP k čerpání iontů Na + a K + přes buněčnou membránu, je prac. sodíkovo-draslíkové čerpadlo, zajišťující vytvoření membránového potenciálu na plazmatické membráně buněk.

Pumpa je tvořena specifickými proteiny-enzymy adenosintrifosfatázou, zabudovanými do biologických membrán, katalyzujících odštěpení zbytků kyseliny fosforečné z molekuly ATP. Složení ATPáz zahrnuje: enzymové centrum, iontový kanál a strukturní prvky, které zabraňují zpětnému úniku iontů během provozu pumpy. Provoz sodno-draselné pumpy spotřebuje více než 1/3 ATP spotřebovaného buňkou.

Podle schopnosti transportních proteinů přenášet jeden nebo více typů molekul a iontů se pasivní a aktivní transport dělí na uniport a koport neboli spřažený transport.

Uniport - jde o transport, při kterém nosný protein funguje pouze ve vztahu k molekulám nebo iontům jednoho typu. V koportu neboli konjugovaném transportu je nosný protein schopen současně transportovat dva nebo více typů molekul nebo iontů. Tyto nosné proteiny se nazývají spoluportátoři nebo přidružení dopravci. Existují dva typy coportu: symport a antiport. Když symport molekuly nebo ionty jsou transportovány v jednom směru a kdy antiporte - v opačných směrech. Například sodno-draslíková pumpa pracuje na principu antiport, aktivně čerpá ionty Na + z buněk a ionty K + do buněk proti jejich elektrochemickým gradientům. Příkladem symportu je reabsorpce glukózy a aminokyselin z primární moči renálními tubulárními buňkami. V primární moči je koncentrace Na + vždy výrazně vyšší než v cytoplazmě buněk renálních tubulů, což je zajištěno prací sodno-draselné pumpy. Vazbou glukózy z primární moči na konjugovaný nosný protein se otevírá Na+ kanál, což je doprovázeno přenosem Na+ iontů z primární moči do buňky podél jejich koncentračního gradientu, tedy pasivním transportem. Tok iontů Na + zase způsobuje změny v konformaci nosného proteinu, což má za následek transport glukózy ve stejném směru jako ionty Na +: z primární moči do buňky. V tomto případě k transportu glukózy, jak je vidět, využívá konjugovaný nosič energii gradientu iontů Na + vytvořený provozem sodno-draselné pumpy. Provoz sodno-draselné pumpy a konjugovaného transportéru, který využívá pro transport glukózy gradient iontů Na +, tedy umožňuje reabsorbovat téměř veškerou glukózu z primární moči a zařadit ji do celkového metabolismu organismu.

Díky selektivnímu transportu nabitých iontů nese plazmalema téměř všech buněk kladné náboje na vnější straně a záporné náboje na vnitřní cytoplazmatické straně. V důsledku toho se mezi oběma stranami membrány vytvoří potenciální rozdíl.

Tvorby transmembránového potenciálu je dosaženo především díky práci transportních systémů zabudovaných do plazmatické membrány: sodno-draslíkové pumpy a proteinových kanálů pro K + ionty.

Jak bylo uvedeno výše, během provozu sodno-draselné pumpy jsou z každé dva draselné ionty absorbované buňkou odstraněny tři ionty sodíku. V důsledku toho vzniká nadbytek Na + iontů vně buněk a nadbytek K + iontů uvnitř. Ještě významněji však k vytvoření transmembránového potenciálu přispívají draslíkové kanály, které jsou v buňkách v klidu vždy otevřené. Díky tomu ionty K + opouštějí buňku podél koncentračního gradientu do extracelulárního prostředí. Výsledkem je, že mezi oběma stranami membrány vzniká rozdíl potenciálů 20 až 100 mV. Plazmatická membrána excitabilních buněk (nervových, svalových, sekrečních) spolu s K + - kanály obsahuje četné Na + kanály, které se otevírají na krátkou dobu, když na buňku působí chemické, elektrické nebo jiné signály. Otevření Na+ kanálů způsobí změnu transmembránového potenciálu (depolarizaci membrány) a specifickou buněčnou odpověď na působení signálu.

Transportní proteiny, které vytvářejí potenciálový rozdíl přes membránu, se nazývají elektrogenní čerpadla. Sodno-draslíková pumpa slouží jako hlavní elektrogenní pumpa buněk.

Přeprava v membránovém obalu vyznačující se tím, že transportované látky se v určitých fázích transportu nacházejí uvnitř membránových vezikul, to znamená, že jsou obklopeny membránou. Podle směru přenosu látek (do buňky nebo z buňky) se transport v membránovém obalu dělí na endocytózu a exocytózu.

Endocytóza proces absorpce makromolekul a větších částic (viry, bakterie, buněčné fragmenty) buňkou se nazývá. Endocytóza se provádí fagocytózou a pinocytózou.

fagocytóza - proces aktivního zachycení a absorpce pevných mikročástic, jejichž velikost je větší než 1 mikron (bakterie, buněčné fragmenty atd.), buňkou. Při fagocytóze buňka rozpoznává specifické molekulární skupiny fagocytované částice pomocí speciálních receptorů.

Poté se v místě kontaktu částice s buněčnou membránou vytvoří výrůstky plazmatické membrány - pseudopodia, které obalují mikročástici ze všech stran. V důsledku fúze pseudopodií je taková částice uzavřena ve váčku obklopeném membránou, tzv. fagozom. Tvorba fagozomů je energeticky závislý proces a probíhá za účasti aktomyosinového systému. Fagozom ponořený do cytoplazmy se může sloučit s pozdním endozomem nebo lysozomem, v důsledku čehož je trávena organická mikročástice absorbovaná buňkou, jako je bakteriální buňka. U lidí je pouze několik buněk schopno fagocytózy: například makrofágy pojivové tkáně a krevní leukocyty. Tyto buňky pohlcují bakterie a také různé pevné částice, které se dostaly do těla, a tím ho chrání před patogeny a cizími částicemi.

pinocytóza- absorpce kapaliny buňkou ve formě pravých a koloidních roztoků a suspenzí. Tento proces v obecně řečeno podobná fagocytóze: kapka kapaliny je ponořena do vytvořeného vybrání buněčné membrány, je jím obklopena a je uzavřena v bublině o průměru 0,07-0,02 mikronů, ponořená v hyaloplazmě buňky.

Mechanismus pinocytózy je velmi složitý. Tento proces se provádí ve specializovaných oblastech aparátu buněčného povrchu, nazývaných ohraničené jamky, které zabírají asi 2 % buněčného povrchu. ohraničené fossae jsou malé invaginace plazmalemy, vedle kterých je v periferní hyaloplazmě velké množství bílkovin clathrin. V oblasti ohraničených jamek na buněčném povrchu se také nachází řada receptorů, které dokážou specificky rozpoznat a vázat transportované molekuly. Když jsou tyto molekuly vázány receptory, dochází k polymeraci klatrinu a invaginuje plazmalema. V důsledku toho a ohraničená bublina, nesoucí transportované molekuly. Takové bubliny dostaly své jméno díky skutečnosti, že klatrin na jejich povrchu pod elektronovým mikroskopem vypadá jako nerovný okraj. Po oddělení od plazmalemy ztrácejí ohraničené váčky svůj klatrin a získávají schopnost splývat s jinými váčky. Procesy polymerace a depolymerace klathrinu vyžadují energii a jsou blokovány při nedostatku ATP.

Pinocytóza díky vysoké koncentraci receptorů v ohraničených jamkách zajišťuje selektivitu a účinnost transportu specifických molekul. Například koncentrace molekul transportovaných látek v ohraničených jamách je 1000krát vyšší než jejich koncentrace v prostředí. Pinocytóza je hlavním způsobem transportu proteinů, lipidů a glykoproteinů do buňky. Prostřednictvím pinocytózy buňka absorbuje množství tekutiny za den, které se rovná jejímu objemu.

Exocytóza- proces odstraňování látek z buňky. Látky, které mají být z buňky odstraněny, jsou nejprve uzavřeny v transportních váčcích, jejichž vnější povrch je zpravidla pokryt proteinem klatrinem, poté jsou takové váčky nasměrovány na buněčnou membránu. Zde membrána váčků splývá s plazmalemou a jejich obsah je vyléván z buňky nebo při zachování spojení s plazmalemou je zahrnut do glykokalyxy.

Existují dva typy exocytózy: konstitutivní (základní) a regulovaná.

Konstitutivní exocytóza probíhá nepřetržitě ve všech buňkách těla. Slouží jako hlavní mechanismus pro odstraňování metabolických produktů z buňky a neustálou obnovu buněčné membrány.

Regulovaná exocytóza provádí pouze ve speciálních buňkách, které vykonávají sekreční funkce. Uvolněné tajemství se hromadí v sekrečních váčcích a k exocytóze dochází až poté, co buňka přijme příslušný chemický nebo elektrický signál. Například β-buňky Langerhansových ostrůvků slinivky břišní uvolňují své tajemství do krve až při zvýšení koncentrace glukózy v krvi.

Během exocytózy jsou sekreční váčky vytvořené v cytoplazmě obvykle směrovány do specializovaných oblastí povrchového aparátu obsahujícího velké množství fúzních proteinů nebo fúzních proteinů. Při interakci fúzních proteinů plazmalemy a sekrečního váčku vzniká fúzní pór, který spojuje dutinu vezikuly s extracelulárním prostředím. Současně se aktivuje aktomyosinový systém, v důsledku čehož se z něj obsah vezikuly vylévá mimo buňku. Při indukované exocytóze je tedy potřeba energie nejen pro transport sekrečních váčků do plazmalemy, ale také pro proces sekrece.

Transcytóza, nebo rekreace , - jde o transport, při kterém jsou jednotlivé molekuly transportovány buňkou. Tohoto typu transportu je dosaženo kombinací endo- a exocytózy. Příkladem transcytózy je transport látek buňkami cévních stěn lidských kapilár, který může být prováděn jak v jednom, tak ve druhém směru.

Transport látek do buňky a z buňky, stejně jako mezi cytoplazmou a různými subcelulárními organelami (mitochondrie, jádro atd.) zajišťují membrány. Pokud by membrány byly slepou bariérou, pak by intracelulární prostor byl pro živiny nepřístupný a odpadní produkty by nemohly být z buňky odstraněny. Přitom při úplné propustnosti by bylo hromadění určitých látek v buňce nemožné. Transportní vlastnosti membrány se vyznačují semipermeabilita : některé sloučeniny do něj mohou proniknout, zatímco jiné ne:

Propustnost membrán pro různé látky

Jednou z hlavních funkcí membrán je regulace transportu látek. Existují dva způsoby transportu látek přes membránu: pasivní A aktivní doprava:

Transport látek přes membrány

Pasivní doprava . Pokud se látka pohybuje membránou z oblasti vysoké koncentrace směrem k nízké koncentraci (tj. podél koncentračního gradientu této látky), aniž by buňkou spotřebovávala energii, pak se takový transport nazývá pasivní, resp. difúze . Existují dva typy difúze: jednoduchý A lehká váha .

jednoduchá difúze charakteristické pro malé neutrální molekuly (H 2 O, CO 2, O 2), stejně jako hydrofobní nízkomolekulární organické látky. Tyto molekuly mohou procházet bez jakékoli interakce s membránovými proteiny přes póry nebo kanály membrány, pokud je zachován koncentrační gradient.

Usnadněná difúze . Je charakteristický pro hydrofilní molekuly, které jsou také transportovány membránou po koncentračním gradientu, ale pomocí speciálních membránových proteinů - nosičů. Usnadněná difúze se na rozdíl od prosté difúze vyznačuje vysokou selektivitou, protože nosný protein má vazebné centrum komplementární k transportované látce a přenos je doprovázen konformačními změnami v proteinu. Jedním z možných mechanismů usnadněné difúze by mohl být následující: transportní protein ( přeložit ) naváže látku, poté se přiblíží na opačnou stranu membrány, uvolní tuto látku, převezme původní konformaci a je opět připraven vykonávat transportní funkci. Málo se ví o tom, jak se provádí pohyb samotného proteinu. Další možný mechanismus přenosu zahrnuje účast několika nosných proteinů. V tomto případě samotná původně navázaná sloučenina přechází z jednoho proteinu na druhý, postupně se váže na jeden nebo jiný protein, dokud není na opačné straně membrány.

aktivní transport nastává, když k přenosu dochází proti koncentračnímu gradientu. Takový přenos vyžaduje výdej energie buňkou. Aktivní transport slouží k akumulaci látek uvnitř buňky. Zdrojem energie je často ATP. Pro aktivní transport je kromě zdroje energie nutná účast membránových proteinů. Jeden z aktivních transportních systémů v živočišné buňce je zodpovědný za přenos iontů Na + a K + přes buněčnou membránu. Tento systém se nazývá Na + - K + - čerpadlo. Je zodpovědný za udržování složení intracelulárního prostředí, ve kterém je koncentrace K + vyšší než Na +:

Mechanismus účinku Na +, K + -ATPázy

Koncentrační gradient draslíku a sodíku je udržován přenosem K + uvnitř buňky a Na + vně. Oba transporty probíhají proti koncentračnímu gradientu. Tato distribuce iontů určuje obsah vody v buňkách, dráždivost nervových a svalových buněk a další vlastnosti normálních buněk. Na + ,K + -pumpa je protein - transportovat ATR-ase . Molekula tohoto enzymu je oligomer a proniká membránou. Během celého cyklu pumpy se z buňky do mezibuněčné látky přenesou tři ionty Na + a v opačném směru dva ionty K +. To využívá energii molekuly ATP. Existují transportní systémy pro přenos vápenatých iontů (Ca 2+ - ATP-ázy), protonové pumpy (H + - ATP-ázy) atd. Symport Jedná se o aktivní přenos látky přes membránu, prováděný na úkor energie koncentračního gradientu jiné látky. Transportní ATPáza má v tomto případě vazebná místa pro obě látky. Antiport je pohyb látky proti jejímu koncentračnímu gradientu. V tomto případě se druhá látka pohybuje v opačném směru podél svého koncentračního gradientu. Symport A antiport může nastat během vstřebávání aminokyselin ze střeva a reabsorpci glukózy z primární moči. To využívá energii koncentračního gradientu Na + iontů vytvořených Na +, K + -ATPázou.

NA membránové proteiny Zahrnují proteiny, které jsou zabudovány nebo spojeny s buněčnou membránou nebo membránou buněčné organely. Asi 25 % všech proteinů jsou membránové proteiny.