Таблица транспорт веществ через поверхностный аппарат клетки – § 18. Клеточные мембраны. Транспортировки веществ через мембраны. Поверхностный аппарат клетки, его функции.

10. Поверхностный аппарат клетки. Пассивный транспорт.

1. Плазматическая мембрана

Билипидный слой – гидрофобные хвосты – внутрь, гидрофилльные головки – наружу.

Мембранные белки:

• периферические (примыкают к билипидному слою) – связ с липидными головками с помощью ионных связей; легко экстрагируются из мембран.

• интегральные белки (пронизывающие – имеют каналы-поры, через к-рые проходят водорастворимые в-ва; погруженные белки (полуинтегральные) – пронизывают наполовину) – взаимодействуют с липидами на основе гидрофобных связей.

Мембранные липиды:

• фосфолипиды – ост-к ж.к. – идеальный компонент для реализации барьерной ф-ции

• гликолипиды – ост-к ж.к. + ост-к а/к

• холестерол – стероидный липид, ограничив подвижн-ть липидов, уменьшает текучесть, стабилизирует мембрану.

Ф-ции мембраны:барьерная (защищает внутр содерж-е клетки), поддерживает постоянную форму кл-ки; обеспечивает связь клеток; пропускает внутрь кл-ки необходимые в-ва (избират прониц-ть – мол-лы и ионы проходят через мембрану с различной скоростью, чем больше размер, тем меньше скор-ть).

2. Надмембранный комплекс – гликокаликс

• олигосахариды гликолипидов и гликопротеинов,

• периферич белки,

• надмембр части интегр белков.

Ф-ции: изолирующая, рецепторная, маркировочная, ферментативная

3. Субмембранный комплекс – примембранная часть цитоскелета с белками,обеспечив-щими её связь с мембр)

Ф-ции: поддерж-е формы, изменение пов-ти (при фагоцитозе и пиноцитозе)

Пассивный транспорт-транспорт вещест, который осуществляется по градиенту концентрации и не требует затрат энергии. Если молекула заряжена, то на ее транспорт влияют как градиент концентрации, так и разница электрических потенциалов со стороны мембраны (мембранный потенциал). Вместе градиент концентрации и электрический градиент составляют электрохимический градиент. Активный и пассивный транспорт осуществляется с участием мембранных белков: белки переносчики (изменяют свою конформацию) и каналообразующие (формируют заполненные водой поры, пронизывающие липидный бислой; такие белковые каналы обладают ионной избирательностью, могут открываться при действии различных факторов, таких как: изменение мембранного потенциала, механическая стимуляция, при связывании с определенным лигандом.

Примеры пассивного транспорта:

Диффузия-передвижение молекул по градиенту концентрации, которое может происходить либо через билипидный слой (так транспортируются растворимые в липидах неполярные и слобополярные молекулы-кислород, углекислый газ, стероидные гормоны…), либо через поры, образуемые мембранными белками (так, например, перемещаются молекулы воды).

Облегченная диффузия-пассивный транспорт, в котором участвует транспортный белок (переносчик или каналообразующий). Белок-переносчик может пребывать в двух конформационных состояниях. В состоянии «пинг» этот белок соединяется с транспортируемой молекулой или ионом. Это вызывает его преход в состояние «понг», в котором он отдает транспортируемое вещество на противоположной стороне мембраны. Освободившись от транспортируемого вещества белок принимает исходное состояние (конформацию).

studfiles.net

Поверхностный аппарат клетки: строение и функции

Поверхностный аппарат клетки представляет собой универсальную субсистему. Им определяется граница между внешней средой и цитоплазмой. ПАК обеспечивает регуляцию их взаимодействия. Рассмотрим далее особенности структурно-функциональной организации поверхностного аппарата клетки.

Компоненты

Выделяют следующие составляющие поверхностного аппарата клеток эукариот: плазматическую мембрану, надмембранный и субмемранный комплексы. Первая представлена в виде сферически замкнутого элемента. Плазмолемма считается основой поверхностного клеточного аппарата. Надмембранный комплекс (его именуют также гликокаликсом) – это наружный элемент, расположенный над плазматической мембраной. В его состав входят различные компонеты. В частности, к ним относятся:

1. Углеводные части гликопротеидов и гликолипидов.
2. Мембранные периферические белки.
3. Специфические углеводы.
4. Полуинтегральные и интегральные белки.

Субмембранный комплекс расположен под плазмолеммой. В его составе выделяют опорно-сократительную систему и периферическую гиалоплазму.

Элементы субмембранного комплекса

Рассматривая строение поверхностного аппарата клетки, следует отдельно остановиться на периферической гиалоплазме. Она является специализированной цитоплазматической частью и располагается над плазмолеммой. Периферическая гиалоплазма представлена в виде жидкого высоко дифференцированного гетерогенного вещества. В нем содержатся разнообразные высоко- и низкомолекулярные элементы в растворе. Фактически она представляет собой микросреду, в которой протекают специфические и общие метаболические процессы. Периферическая гиалоплазма обеспечивает выполнение множества функций поверхностного аппарата.

Опорно-сократительная система

Она располагается в периферической гиалоплазме. В опорно-сократительной системе выделяют:

1. Микрофибриллы.
2. Скелетные фибриллы (промежуточные филамента).
3. Микротрубочки.

Микрофибриллы представляют собой нитевидные структуры. Скелетные фибриллы формируются вследствие полимеризации ряда белковых молекул. Их количество и длина регулируется специальными механизмами. При их изменении возникают аномалии клеточных функций. Наиболее удалены от плазмалеммы микротрубочки. Их стенки образованы белками тубулинами.

Строение и функции поверхностного аппарата клетки

Обмен веществ осуществляется за счет наличия транспортных механизмов. Строение поверхностного аппарата клетки обеспечивает возможность осуществлять перемещение соединений несколькими способами. В частности, осуществляются следующие виды транспорта:

1. Простая диффузия.
2. Пассивный транспорт.
3. Активное перемещение.
4. Цитоз (обмен в мембранной упаковке).

Кроме транспортной, выявлены такие функции поверхностного аппарата клетки, как:

1. Барьерная (разграничительная).
2. Рецепторная.
3. Опознавательная.
4. Функция движения клетки с помощью образования фило-, псевдо- и ламеллоподий.

Свободное перемещение

Простая диффузия через поверхностный аппарат клетки осуществляется исключительно при наличии по обеим сторонам мембраны электрического градиента. Его размер определяет скорость и направление перемещения. Билипидный слой может пропускать любые молекулы гидрофобного типа. Однако большая часть биологически активных элементов гидрофильны. Соответственно, их свободное перемещение затруднено.

Пассивный транспорт

Этот вид перемещения соединения называют также облегченной диффузией. Она также осуществляется через поверхностный аппарат клетки при наличии градиента и без расхода АТФ. Пассивный транспорт идет быстрее, чем свободный. В процессе увеличения разности концентраций в градиенте наступает момент, в который скорость перемещения становится постоянной.

Переносчики

Транспорт через поверхностный аппарат клетки обеспечивают специальные молекулы. С помощью этих переносчиков по градиенту концентрации проходят крупные молекулы гидрофильного типа (аминокислоты, в частности). Поверхностный аппарат клетки эукариот включает в себя пассивных переносчиков для разнообразных ионов: К+, Na+, Са+, Cl-, НСО3-. Эти специальные молекулы отличаются высокой избирательностью относительно транспортируемых элементов. Кроме этого, важным их свойством является большая скорость перемещения. Она может достигать 104 и более молекул в секунду.

Активный транспорт

Он характеризуется перемещением элементов против градиента. Молекулы транспортируются из области с низкой концентрацией в участки с более высокой. Такое перемещение предполагает определенные затраты АТФ. Для осуществления активного транспорта в строение поверхностного аппарата животной клетки включены специфические переносчики. Они получили название «помп» или «насосов». Многие из этих переносчиков отличаются АТФ-азной активностью. Это означает, что они способны расщеплять аденозинтрифосфат и извлекать энергию для своей деятельности. Активный транспорт обеспечивает создание градиентов ионов.

Цитоз

Этот метод используется для перемещения частиц разных веществ либо крупных молекул. В процессе цитоза транспортируемый элемент окружается мембранным пузырьком. Если перемещение осуществляется в клетку, то его именуют эндоцитозом. Соответственно, обратное направление называется экзоцитозом. В некоторых клетках элементы проходят сквозь. Такой вид транспорта называется трансцитозом или диациозом.

Плазмолемма

Структура поверхностного аппарата клетки включает в себя плазматическую мембрану, образованную преимущественно липидами и белками в соотношении приблизительно 1:1. Первая «бутербродная модель» этого элемента была предложена в 1935 г. В соответствии с теорией, основу плазмолеммы формируют липидные молекулы, уложенные в два слоя (билипидный слой). Они обращены хвостами (гидрофобными участками) друг к другу, а наружу и внутрь – гидрофильными головками. Эти поверхности билипидного слоя покрывают белковые молекулы. Данная модель была подтверждена в 50-х годах пошлого столетия ультраструктурными исследованиями, проведенными с использованием электронного микроскопа. Было , в частности, установлено, что поверхностный аппарат животной клетки содержит трехслойную мембрану. Ее толщина составляет 7.5-11 нм. В ней присутствует средний светлый и два темных периферических слоя. Первый соответствует гидрофобной области липидных молекул. Темные участки, в свою очередь, представляют собой сплошные поверхностные слои белка и гидрофильные головки.

Другие теории

Разнообразные электронно-микроскопические исследования, проведенные в конце 50-х – начале 60-х гг. указывали на универсальность трехслойной организации мембран. Это нашло отражение в теории Дж. Робертсона. Между тем, к концу 60-х гг. накопилось довольно много фактов, которые не были объяснены с точки зрения существовавшей «бутербродной модели». Это дало толчок к разработке новых схем, в числе которых были модели, базирующиеся на наличии гидрофобно-гидрофильных связях белковых и липидных молекул. Среди одной из них была теория «липопротеинового коврика». В соответствии с ней, в составе мембраны присутствуют белки двух видов: интегральные и периферические. Последние связываются электростатическими взаимодействиями с полярными головками на липидных молекулах. Однако при этом они никогда не формируют сплошного слоя. Ключевая роль в формировании мембраны принадлежит глобулярным белкам. Они погружаются в нее частично и именуются полуинтегральными. Перемещение этих белков осуществляется в липидной жидкой фазе. За счет этого обеспечивается лабильность и динамичность всей мембранной системы. В настоящее время эта модель считается наиболее распространенной.

Липиды

Ключевые физико-химические характеристики мембраны обеспечиваются слоем, представленным элементами — фосфолипидами, состоящими из неполярного (гидрофобного) хвоста и полярной (гидрофильной) головки. Наиболее распространенными из них считаются фосфоглицериды и сфинголипиды. Последние сосредотачиваются главным образом в наружном монослое. Они имеют связь с олигосахаридными цепями. За счет того, что звенья выступают за пределы наружной части плазмолеммы, она приобретает асимметричную форму. Гликолипиды выполняют важную роль при осуществлении рецепторной функции поверхностного аппарата. В составе большинства мембран также находится холестерол (холестерин) — стероидный липид. Его количество различно, что, в значительной степени определяет жидкостность мембраны. Чем больше будет холестерола, тем она выше. Уровень жидкостности также зависит от соотношения ненасыщенных и насыщенных остатков от жирных кислот. Чем их больше, тем она выше. Жидкостность влияет на активность ферментов в мембране.

Белки

Липиды определяют главным образом барьерные свойства. Белки, в отличие от них, способствуют выполнению ключевых функций клетки. В частности, речь о регулируемом транспорте соединений, регуляции метаболизма, рецепции и так далее. Белковые молекулы распределяются в липидном бислое мозаично. Они могут перемещаться в толще. Это движение контролируется, по всей видимости, самой клеткой. В механизме перемещения задействованы микрофиламенты. Они прикрепляются к отдельным интегральным белкам. Мембранные элементы различаются в зависимости от своего расположения по отношению к билипидному слою. Белки, таким образом, могут быть периферическими и интегральными. Первые локализуются вне слоя. Они имеют непрочную связь с мембранной поверхностью. Интегральные белки полностью в нее погружены. Они имеют прочную связь с липидами и не выделяются из мембраны без повреждения билипидного слоя. Белки, которые пронизывают ее насквозь, именуются трансмембранными. Взаимодействие между белковыми молекулами и липидами разной природы обеспечивает устойчивость плазмалеммы.

Гликокаликс

Липопротеины имеют боковые цепи. Олигосахаридные молекулы могут связываться с липидами и образовывать гликолипиды. Их углеводные части совместно с аналогичными элементами гликопротеинов придают клеточной поверхности отрицательный заряд и формируют основу гликокаликса. Он представлен рыхлым слоем с электронной умеренной плотностью. Гликокаликс покрывает наружную часть плазмолеммы. Его углеводные участки способствуют распознаванию соседних клеток и вещества между ними, а также обеспечивает адгезивные связи с ними. В гликокаликсе присутствуют также рецепторы гормонов и гитосовместимости, ферменты.

Дополнительно

Мембранные рецепторы представлены преимущественно гликопротеинами. Они обладают способностью устанавливать высокоспецифические связи с лигандами. Рецепторы, присутствующие в мембране, кроме этого, могут регулировать движение некоторых молекул внутрь клетки, проницаемость плазмалеммы. Они способны превращать сигналы внешней среды во внутренние, связывать элементы межклеточного матрикса и цитоскелет. Некоторые исследователи считают, что в состав гликокаликса также включаются полуинтегральные белковые молекулы. Их функциональные участки располагаются в надмембранной области поверхностного клеточного аппарата.

fb.ru

Вопрос 11. Поверхностный аппарат клетки. Транспорт макромолекул.

Пузырьки осуществляют транспорт различных веществ путем быстрого и непрерывного челночного перемещения между различными окруженными мембраной органеллами эукариотической клетки.

Экзоцитозиэндоцитозчерез плазматическую мембрану — лишь наиболее известные примеры этого сложного процесса. Несмотря на важностьвезикулярного транспорта, довольно мало известно о молекулярных механизмах, приводящих в действие, направляющих и регулирующих его. Очевидно, что для подобных процессов требуется энергия, возможно, в виде гидролиза АТР. Известно, что движение пузырьков в цитоплазме направляетсямикротрубочкамии осуществляетсябелками-транслокаторами.

На цитоплазматических поверхностях пузырьков имеются, очевидно, специальные молекулы- маркеры, направляющие пузырьки к соответствующей мембране, однако о природе и разнообразии этих молекул ничего не известно.

Можно предположить, что непрерывное слияние мембран, имеющее место при опосредуемом пузырьками транспорте, приводит к значительному перемешиванию мембранных компонентов, однако различные мембраны в клетке сохраняют свой характерный состав. Подобное постоянство означает, что в клетке должны существовать специальные

механизмы, восстанавливающие мембраны после их перемешивания.

Вопрос №12. Поверхностный аппарат эукариотической клетки. Строение функции.

Состоит из гликокаликса, плазмалеммы и расположенного под ней кортикального слоя цитоплазмы. Плазматическая мембрана называется также плазмалеммой, наружной клеточной мембраной. Это биологическая мембрана, толщиной около 10 нанометров. Обеспечивает в первую очередь разграничительную функцию по отношению к внешней для клетки среде. Кроме этого она выполняет транспортную функцию. На сохранение целостности своей мембраны клетка не тратит энергии: молекулы удерживаются по тому же принципу, по которому удерживаются вместе молекулы жира — гидрофобным частям молекул термодинамически выгоднее располагаться в непосредственной близости друг к другу. Гликокаликс представляет собой «заякоренные» в плазмалемме молекулы олигосахаридов

, полисахаридов, гликопротеинов и гликолипидов. Гликокаликс выполняет рецепторную и маркерную функции. Плазматическая мембрана животных клеток в основном состоит из фосфолипидов и липопротеидов со вкрапленными в неё молекулами белков, в частности, поверхностных антигенов и рецепторов. В кортикальном (прилегающем к плазматической мембране) слое цитоплазмы находятся специфические элементы цитоскелета — упорядоченные определённым образом актиновые микрофиламенты. Основной и самой важной функцией кортикального слоя (кортекса) являются псевдоподиальные реакции: выбрасывание, прикрепление и сокращение псевдоподий. При этом микрофиламенты перестраиваются, удлиняются или укорачиваются. От структуры цитоскелета кортикального слоя зависит также форма клетки (например, наличие микроворсинок).

Вопрос №13. Транспортная роль белков плазмолеммы

.

Клеточная мембрана- поверхностная, периферическая структура, окружающая протоплазму растительных и животных клеток. Служит не только механическим барьером, ограничивает свободный двусторонний поток в клетку и из нее низко- и высокомолекулярных веществ. Плазмалемма выступает как структура, «узнающая» различные хим., в-ва и регулирующая избирательный транспорт в-в в клетку. Она возникает и обновляется за счет синтетической активности ЭПС и имеет сходное с ними строении. Барьерно-транспортная роль: Механическая устойчивость плазматической мембраны определяется не только свойствами самой мембраны, но и свойствами прилежащих к ней гликокаликса и кортикального слоя цитоплазмы.

Внешняя поверхность плазматической мембраны покрыта рыхлым волокнистым слоем вещества толщиной 3-4 нм — гликокаликсом. Он состоит из ветвящихся полисахаридных цепей мембранных интегральных белков, между которыми могут располагаться выделенные клеткой гликолипиды и протеогликаны. Тут же обнаруживаются некоторые клеточные гидролитические ферменты, участвующие во внеклеточном расщеплении веществ (внеклеточное пищеварение, например, в эпителии кишечника). Кортикальный слой цитоплазмы, толщиной 0,1-0,5 мкм, не содержит рибосом и мембранных структур, но богат актиновыми микрофиламентами.

Строение плазматической мембраны

Плазматическая мембрана, как и другие липопротеидные мембраны клетки, является полупроницаемой. Максимальной проникающей способностью обладает вода и растворенные в ней газы. Транспорт ионов может проходить по градиенту концентраций, т. е. пассивно, без затрат энергии. В этом случае некоторые мембранные транспортные белки образуют молекулярные комплексы, каналы, через которые ионы проходят сквозь мембрану за счет простой диффузии. В других случаях специальные мембранные белки-переносчики избирательно связываются с тем или иным ионом и переносят его через мембрану. Такой тип переноса называется активным транспортом и осуществляется с помощью белковых ионных насосов. Например, затрачивая 1 молекулу АТФ, система К-Nа насоса откачивает за один цикл из клетки 3 иона Nа и закачивает 2 иона К против градиента концентрации. В сочетании с активным транспортом ионов через плазмалемму проникают различные сахара, нуклеотиды и аминокислоты. Макромолекулы, такие как, например, белки, через мембрану не проходят. Они, а также более крупные частицы вещества транспортируются внутрь клетки посредством

эндоцитоза. При эндоцитозе определенный участок плазмалеммы захватывает, обволакивает внеклеточный материал, заключает его в мембранную вакуоль. Эта вакуоль — эндосома — сливается в цитоплазме с первичной лизосомой и происходит переваривание захваченного материала. Эндоцитоз формально разделяют на фагоцитоз (поглощение клеткой крупных частиц) и пиноцитоз (поглощение растворов). Плазматическая мембрана принимает участие и в выведении веществ из клетки с помощью экзоцитоза — процесса, обратного эндоцитозу.

Рецепторная роль плазмалеммы

Белки-переносчики внешней мембраны клетки являются также рецепторами, узнающими определенные ионы и взаимодействующими с ними. В качестве рецепторов на поверхности клетки могут выступать белки мембраны или элементы гликокаликса. Такие чувствительные к отдельным веществам участки разбросаны по поверхности клетки или собраны в небольшие зоны. Роль многих клеточных рецепторов заключается не только в связывании специфических веществ, но и в передаче сигналов с поверхности внутрь клетки. Например, при действии гормона на клетку цепь событий развертывается следующим образом: молекула гормона специфически взаимодействует с рецепторным белком плазмалеммы и, не проникая в клетку, активирует фермент, синтезирующий ЦАМФ. Последний активирует или ингибирует внутриклеточный фермент или группу ферментов.

Разнообразие и специфичность наборов рецепторов на поверхности клеток приводит к созданию очень сложной системы маркеров, позволяющих клеткам отличать «своих» (той же особи или того же вида) от «чужих».

Межклеточные соединения

У многоклеточных организмов за счет межклеточных взаимодействий образуются сложные клеточные ансамбли. При тесном соседстве клеток друг с другом гликокаликс обеспечивает слипание клеток за счет присутствия в нем трансмембранных гликопротеидов кадгеринов. Это простой межклеточный контакт, при котором зазор между клетками составляет 10-20 нм. В эпителиях часто встречается плотное, или запирающее, соединение, при котором внешние слои двух плазматических мембран максимально сближены и в точках их соприкосновения лежат глобулы интегральных белков мембраны. Такой контакт непроницаем для молекул и ионов, он запирает межклеточные полости.

Заякоривающие соединения, или контакты, не только соединяют плазматические мембраны соседних клеток, но и связываются с фибриллярными элементами цитоскелета. Например, для десмосом, имеющих вид бляшек или кнопок, в межклеточном пространстве характерно наличие плотного слоя гликопротеидов десмоглеинов. С цитоплазматической стороны к плазмалемме прилежит слой белка десмоплакина, связанный с промежуточными филаментами цитоскелета.

Щелевые контакты считаются коммуникационными соединениями клеток. В зоне щелевого контакта может быть от 20-30 до нескольких тысяч коннексонов — цилидрических белковых структур с внутренним каналом диаметром 2 нм. Каждый коннексон состоит из 6 субъединиц белка коннектина. Коннексоны играют роль прямых межклеточных каналов, по которым ионы и низкомолекулярные вещества могут диффундировать из клетки в клетку.

 

Вопрос №14. Активный транспорт веществ через мембрану. К⁺ —Na⁺ насос.

Активный транспорт, натриевый насос. В предыдущем разделе описаны пассивная диффузия ионов и образующийся вследствие этого мембранный потенциал при заданных внутри- и внеклеточных концентрациях ионов. Однако в результате этого процесса концентрация ионов внутри клетки стабилизируется не автоматически, поскольку мембранный потенциал несколько более электроотрицателен, чем ЕK, и намного — по сравнению с ENa (около +60 мВ). Благодаря диффузии внутриклеточные концентрации ионов, по крайней мере калия и натрия, должны уравниваться с внеклеточными.

Стабильность градиента ионов достигается посредством активного транспорта: мембранные белки переносят ионы через мембрану против электрического и (или) концентрационного градиентов, потребляя для этого метаболическую энергию. Наиболее важный процесс активного транспорта — это работа Na/K-насоса, существующего практически во всех клетках; насос выкачивает ионы натрия из клетки, одновременно накачивая ионы калия внутрь клетки. Таким образом обеспечивается низкая внутриклеточная концентрация ионов натрия и высокая-калия (табл. 1.1). Градиент концентрации ионов натрия на мембране имеет специфические функции, связанные с передачей информации в виде электрических импульсов, а также с поддержанием других активных транспортных механизмов и регулирования объема клетки (см. ниже). Поэтому неудивительно, что более 1/3 энергии, потребляемой клеткой, расходуется на Na/К-насос, а в некоторых наиболее активных клетках на его работу расходуется до 70% энергии.

Шпора 8.

studfiles.net

Лекция 4. Поверхностный аппарат клеток

1. Общая характеристика поверхностного аппарата

2. Рецепторы мембран

3. Транспорт веществ через мембраны

4. Межклеточные контакты

1. Общая характеристика поверхностного аппарата

Поверхностный аппарат клеток состоит из плазматической мембраны, надмембранного комплекса и субмембранного опорно-сократительного аппарата.

Плазматическая мембрана

Плазматическая мембрана(клеточная мембрана, цитоплазматическая мембрана, плазмалемма) – это биологическая мембрана, отделяющая цитоплазму клетки от наружной среды или от клеточной стенки (оболочки). Функции плазмалеммы многообразны:барьерная, транспортная, энерготрансформирующая, информационно-сигнальная.

Основным свойством плазмалеммы является ее избирательная проницаемость.

Известны три основные модели мембран: бутербродная модель, модель плетеного коврика и жидкостно-мозаичную модель.

Бутербродная модельбыла названа элементарной мембраной. Элементарная мембрана состоит из двух слоев фосфолипидов, а снаружи и изнутри покрыта мономолекулярными белковыми слоями. Толщина элементарной мембраны 7,5 нм. Такая структура термодинамически неустойчива. В чистом виде элементарные мембраны не встречаются, но они входят в состав миелиновых оболочек аксонов, оболочек эвгленовых водорослей и некоторых других клеток.

Согласно модели липопротеинового плетеного коврика, мембрана образована переплетением липидных и белковых комплексов. Эта модель нединамична и реализуется только в некоторых участках мембран, в области расположения сложных комплексов (K-Na-АТФазы, холинрецептивные белки).

Наиболее универсальной является жидкостно-мозаичная липопротеиновая модель мембраны, которую разработали Сингер и Николсон. Толщина такой мембраны составляет 5-10 нм.

Согласно жидкостно-мозаичной, или жидкокристаллической модели, основу мембран составляет фосфолипидный бислой. Гидрофильные глицерофосфатные части молекул фосфолипидов находятся на внешних поверхностях бислоя. Гидрофобные углеводородные части молекул фосфолипидов направлены вовнутрь бислоя. Структура бислоя поддерживается за счет поверхностного натяжения; связи между молекулами фосфолипидов называются гидрофобными. Отдельные блоки бислоя способны перемещаться относительно друг друга во всех направлениях.

Итак, основным компонентом биологических мембран являются фософолипиды, представленные несколькими группами липидов. У всех клеток (за редчайшим исключением) в состав мембран входят фосфодиацилглицерины. Это сложные эфиры, молекулы которых состоят из остатка глицерина, двух остатков жирных кислот, остатка фосфорной кислоты и азотистого основания. Молекула фосфодиацилглицерина состоит из гидрофильной фосфоглицериновой головки (включающей и азотистое основание) и гидрофобных углеводородных хвостов. Существует несколько классов фосфодиацилглицеринов: лецитины (содержат азотистое основание холин), кефалины (в качестве азотистого основания содержат аминокислоту серин) и другие. Кроме фосфодиацилглицеринов, в состав животных клеток входит особая группа фосфолипидов – сфингомиелины.

Кроме фосфолипидов в состав мембран входят гликолипиды и стероиды (например, холестерин). Конкретный липидный состав мембран зависит от таксономической принадлежности организмов, от тканевой принадлежности клеток и от их физиологического состояния, а также от условий обитания организмов.

Белки мембран представлены простыми белками, гликопротеинами, липопротеинами, металлопротеинами и другими сложными белками. Выделяют три основных типа белков: периферические (гидрофильные, расположены на поверхности мембран), интегральные (гидрофобные, расположены в толще бислоя) и политопические (со смешанными свойствами, пронизывают мембрану насквозь).

Белковые молекулы образуют непостоянные соединения между собой и небелковыми группами. В ходе химических взаимодействий конформация белков и их свойства существенно изменяются.

Углеводы в составе мембран обычно представлены гликопротеинами и гликолипидами. Основная часть углеводов плазмалеммы расположена на ее внешней стороне и образует особую структуру – гликокаликс.

Надмембранные структуры

Надмембранные структуры разнообразны по структуре и функциям.

Например, у грамотрицательных бактерий поверх плазмалеммы располагается толстый и жесткий муреиновый слой, а далее следуют более тонкие слои разнообразной химической природы. У многих видов имеется слизистая капсула из полисахаридов. В такой сложной клеточной стенке содержатся разнообразные вещества, в том числе, и ферменты.

У грамположительных бактерий муреиновый слой более тонкий, но поверх него располагается дополнительная наружная липопротеиновая мембрана. Между плазмалеммой и наружной мембраной лежит периплазматическое пространство, содержащее большое количество ферментов.

У всех эукариотических клеток имеется обязательный надмембранный комплекс – гликокаликс, в состав которого входят периферические белки мембраны, углеводные компоненты гликолипидов и гликопротеинов плазмалеммы, а также отдельные части (домены) полуинтегральных белков. Основная функция гликокаликса – рецепторная. Дополнительные функции разнообразны. Например, у эритроцитов гликокаликс (за счет гликопротеина гликофорина) заряжен отрицательно, что препятствует их агглютинации. Синаптические щели в химических синапсах заполнены гликокаликсом контактирующих клеток; это делает возможной долговременную память. В почечных канальцах гликокаликс выполняет роль фильтра при образовании первичной мочи. Гликокаликс микроворсинок кишечного эпителия содержит ферментативные комплексы, с помощью которых осуществляется пристеночное пищеварение.

Кроме гликокаликса в состав надмембранных структур входят клеточные стенки растений и грибов, а также внеклеточные структуры животных.

Субмембранная система клетки

Субмембранная система клетки – специализированная периферическая часть цитоплазмы (в животных клетках она называется эктоплазма). Здесь практически отсутствуют органоиды. В эктоплазме сосредоточены ферментные системы трансмембранного транспорта, гликолиза. Эктоплазма обладает повышенной вязкостью. В эктоплазме располагается опорно-сократимая система.

Опорные (скелетные) фибриллярные структуры представлены промежуточными филаментами толщиной около 10 нм. Промежуточные филаменты образованы разнообразными белками: прекератин, виментин, десмин и другие.

Сократимые структуры образованы микрофиламентами (в их состав входят: актин, миозин, –миозин, тропомиозин) и микротрубочками (которые на 80 % состоят из– и–тубулина, кроме того обнаруживаются динеин и другие белки). Соотношение между микрофиламентами и микротрубочками непостоянно: например, в микроворсинках клеток кишечного эпителия преобладают актиновые микрофиламенты, а в субмембранных структурах клеток ресничного эпителия преобладают тубулин–динеиновые микротрубочки. У инфузорий в равной степени представлены и микрофиламенты, и микротрубочки.

В специализированных клетках элементы опорно-сократительного аппарата носят исторически сложившиеся названия, например, в нейронах выделяют нейротрубочки и нейрофиламенты, а периферический слой цитоплазмы называется аксоплазма.

studfiles.net

Вопрос 11. Поверхностный аппарат клетки. Транспорт макромолекул. — КиберПедия

Пузырьки осуществляют транспорт различных веществ путем быстрого и непрерывного челночного перемещения между различными окруженными мембраной органеллами эукариотической клетки. Экзоцитоз и эндоцитоз через плазматическую мембрану — лишь наиболее известные примеры этого сложного процесса. Несмотря на важность везикулярного транспорта , довольно мало известно о молекулярных механизмах, приводящих в действие, направляющих и регулирующих его. Очевидно, что для подобных процессов требуется энергия, возможно, в виде гидролиза АТР. Известно, что движение пузырьков в цитоплазме направляется микротрубочками и осуществляется белками-транслокаторами.

На цитоплазматических поверхностях пузырьков имеются, очевидно, специальные молекулы- маркеры , направляющие пузырьки к соответствующей мембране, однако о природе и разнообразии этих молекул ничего не известно.

Можно предположить, что непрерывное слияние мембран , имеющее место при опосредуемом пузырьками транспорте, приводит к значительному перемешиванию мембранных компонентов, однако различные мембраны в клетке сохраняют свой характерный состав. Подобное постоянство означает, что в клетке должны существовать специальные механизмы, восстанавливающие мембраны после их перемешивания .

Вопрос №12. Поверхностный аппарат эукариотической клетки. Строение функции.

Состоит из гликокаликса, плазмалеммы и расположенного под ней кортикального слоя цитоплазмы. Плазматическая мембрана называется также плазмалеммой, наружной клеточной мембраной. Это биологическая мембрана, толщиной около 10 нанометров. Обеспечивает в первую очередь разграничительную функцию по отношению к внешней для клетки среде. Кроме этого она выполняет транспортную функцию. На сохранение целостности своей мембраны клетка не тратит энергии: молекулы удерживаются по тому же принципу, по которому удерживаются вместе молекулы жира — гидрофобным частям молекул термодинамически выгоднее располагаться в непосредственной близости друг к другу. Гликокаликс представляет собой «заякоренные» в плазмалемме молекулы олигосахаридов, полисахаридов, гликопротеинов и гликолипидов. Гликокаликс выполняет рецепторную и маркерную функции. Плазматическая мембрана животных клеток в основном состоит из фосфолипидов и липопротеидов со вкрапленными в неё молекулами белков, в частности, поверхностных антигенов и рецепторов. В кортикальном (прилегающем к плазматической мембране) слое цитоплазмы находятся специфические элементы цитоскелета — упорядоченные определённым образом актиновыемикрофиламенты. Основной и самой важной функцией кортикального слоя (кортекса) являются псевдоподиальные реакции: выбрасывание, прикрепление и сокращение псевдоподий. При этом микрофиламенты перестраиваются, удлиняются или укорачиваются. От структуры цитоскелета кортикального слоя зависит также форма клетки (например, наличие микроворсинок).

Вопрос №13. Транспортная роль белков плазмолеммы.

Клеточная мембрана- поверхностная, периферическая структура, окружающая протоплазму растительных и животных клеток. Служит не только механическим барьером, ограничивает свободный двусторонний поток в клетку и из нее низко- и высокомолекулярных веществ. Плазмалемма выступает как структура, «узнающая» различные хим., в-ва и регулирующая избирательный транспорт в-в в клетку. Она возникает и обновляется за счет синтетической активности ЭПС и имеет сходное с ними строении. Барьерно-транспортная роль: Механическая устойчивость плазматической мембраны определяется не только свойствами самой мембраны, но и свойствами прилежащих к ней гликокаликса и кортикального слоя цитоплазмы.

Внешняя поверхность плазматической мембраны покрыта рыхлым волокнистым слоем вещества толщиной 3-4 нм — гликокаликсом. Он состоит из ветвящихся полисахаридных цепей мембранных интегральных белков, между которыми могут располагаться выделенные клеткой гликолипиды и протеогликаны. Тут же обнаруживаются некоторые клеточные гидролитические ферменты, участвующие во внеклеточном расщеплении веществ (внеклеточное пищеварение, например, в эпителии кишечника). Кортикальный слой цитоплазмы, толщиной 0,1-0,5 мкм, не содержит рибосом и мембранных структур, но богат актиновыми микрофиламентами.

Строение плазматической мембраны

Плазматическая мембрана, как и другие липопротеидные мембраны клетки, является полупроницаемой. Максимальной проникающей способностью обладает вода и растворенные в ней газы. Транспорт ионов может проходить по градиенту концентраций, т. е. пассивно, без затрат энергии. В этом случае некоторые мембранные транспортные белки образуют молекулярные комплексы, каналы, через которые ионы проходят сквозь мембрану за счет простой диффузии. В других случаях специальные мембранные белки-переносчики избирательно связываются с тем или иным ионом и переносят его через мембрану. Такой тип переноса называется активным транспортом и осуществляется с помощью белковых ионных насосов. Например, затрачивая 1 молекулу АТФ, система К-Nа насоса откачивает за один цикл из клетки 3 иона Nа и закачивает 2 иона К против градиента концентрации. В сочетании с активным транспортом ионов через плазмалемму проникают различные сахара, нуклеотиды и аминокислоты. Макромолекулы, такие как, например, белки, через мембрану не проходят. Они, а также более крупные частицы вещества транспортируются внутрь клетки посредством эндоцитоза. При эндоцитозе определенный участок плазмалеммы захватывает, обволакивает внеклеточный материал, заключает его в мембранную вакуоль. Эта вакуоль — эндосома — сливается в цитоплазме с первичной лизосомой и происходит переваривание захваченного материала. Эндоцитоз формально разделяют на фагоцитоз (поглощение клеткой крупных частиц) и пиноцитоз (поглощение растворов). Плазматическая мембрана принимает участие и в выведении веществ из клетки с помощью экзоцитоза — процесса, обратного эндоцитозу.

Рецепторная роль плазмалеммы

Белки-переносчики внешней мембраны клетки являются также рецепторами, узнающими определенные ионы и взаимодействующими с ними. В качестве рецепторов на поверхности клетки могут выступать белки мембраны или элементы гликокаликса. Такие чувствительные к отдельным веществам участки разбросаны по поверхности клетки или собраны в небольшие зоны. Роль многих клеточных рецепторов заключается не только в связывании специфических веществ, но и в передаче сигналов с поверхности внутрь клетки. Например, при действии гормона на клетку цепь событий развертывается следующим образом: молекула гормона специфически взаимодействует с рецепторным белком плазмалеммы и, не проникая в клетку, активирует фермент, синтезирующий ЦАМФ. Последний активирует или ингибирует внутриклеточный фермент или группу ферментов.

Разнообразие и специфичность наборов рецепторов на поверхности клеток приводит к созданию очень сложной системы маркеров, позволяющих клеткам отличать «своих» (той же особи или того же вида) от «чужих».

Межклеточные соединения

У многоклеточных организмов за счет межклеточных взаимодействий образуются сложные клеточные ансамбли. При тесном соседстве клеток друг с другом гликокаликс обеспечивает слипание клеток за счет присутствия в нем трансмембранных гликопротеидов кадгеринов. Это простой межклеточный контакт, при котором зазор между клетками составляет 10-20 нм. В эпителиях часто встречается плотное, или запирающее, соединение, при котором внешние слои двух плазматических мембран максимально сближены и в точках их соприкосновения лежат глобулы интегральных белков мембраны. Такой контакт непроницаем для молекул и ионов, он запирает межклеточные полости.

Заякоривающие соединения, или контакты, не только соединяют плазматические мембраны соседних клеток, но и связываются с фибриллярными элементами цитоскелета. Например, для десмосом, имеющих вид бляшек или кнопок, в межклеточном пространстве характерно наличие плотного слоя гликопротеидов десмоглеинов. С цитоплазматической стороны к плазмалемме прилежит слой белка десмоплакина, связанный с промежуточными филаментами цитоскелета.

Щелевые контакты считаются коммуникационными соединениями клеток. В зоне щелевого контакта может быть от 20-30 до нескольких тысяч коннексонов — цилидрических белковых структур с внутренним каналом диаметром 2 нм. Каждый коннексон состоит из 6 субъединиц белка коннектина. Коннексоны играют роль прямых межклеточных каналов, по которым ионы и низкомолекулярные вещества могут диффундировать из клетки в клетку.

 

Вопрос №14. Активный транспорт веществ через мембрану. К⁺ -Na⁺ насос.

Активный транспорт, натриевый насос. В предыдущем разделе описаны пассивная диффузия ионов и образующийся вследствие этого мембранный потенциал при заданных внутри- и внеклеточных концентрациях ионов. Однако в результате этого процесса концентрация ионов внутри клетки стабилизируется не автоматически, поскольку мембранный потенциал несколько более электроотрицателен, чем ЕK, и намного — по сравнению с ENa (около +60 мВ). Благодаря диффузии внутриклеточные концентрации ионов, по крайней мере калия и натрия, должны уравниваться с внеклеточными.

Стабильность градиента ионов достигается посредством активного транспорта: мембранные белки переносят ионы через мембрану против электрического и (или) концентрационного градиентов, потребляя для этого метаболическую энергию. Наиболее важный процесс активного транспорта — это работа Na/K-насоса, существующего практически во всех клетках; насос выкачивает ионы натрия из клетки, одновременно накачивая ионы калия внутрь клетки. Таким образом обеспечивается низкая внутриклеточная концентрация ионов натрия и высокая-калия (табл. 1.1). Градиент концентрации ионов натрия на мембране имеет специфические функции, связанные с передачей информации в виде электрических импульсов, а также с поддержанием других активных транспортных механизмов и регулирования объема клетки (см. ниже). Поэтому неудивительно, что более 1/3 энергии, потребляемой клеткой, расходуется на Na/К-насос, а в некоторых наиболее активных клетках на его работу расходуется до 70% энергии.

Шпора 8.

cyberpedia.su

§ 18. Клеточные мембраны. Транспортировки веществ через мембраны. Поверхностный аппарат клетки, его функции.

Клеточные мембраны.

Биологические мембраны — это тонкие смежные структуры молекулярных размеров, расположенные на поверхности клеток и субклеточных частей, а также канальцев и пузырьков, пронизывающих протоплазму. Функция биологических мембран — регулирование транспортировки ионов, сахаров, аминокислот и других продуктов обмена веществ.

В основе любой мембраны лежит двойной слой фосфолипидов.

Однако билипидный слой — это еще не готова мембрана, а лишь ее основа. С билипидного слоем должны связаться белки, называемые мембранными белками. Именно мембранные белки определяют многие свойства мембран. Входят в состав мембран и углеводы, образуют комплексы с белками или липидами. Мембрана состоит из слоя билипидив, в котором плавают (или закреплены) белковые молекулы, образуя в нем своеобразную мозаику.

Строение мембраны соответствует ее функциям: транспортной, барьерной и рецепторной.

1) Барьерная функция. Мембрана является барьером, который предотвращает поступление в клетки различных химических веществ и других агентов.

2) Рецепторные функции. Поверхность мембраны имеет большой набор рецепторов, делающих возможными специфические реакции с различными агентами.

3) Транспортная функция. Через мембрану идет транспорт ионов и веществ.

Покрывая клетку и отделяя ее от окружающей среды, биологические мембраны обеспечивают целостность клеток и органелл. Она поддерживает неравномерное распределение ионов калия, натрия, хлора и других ионов между протоплазмой и окружающей средой.

Особенно важной мембраной в клетке является плазмалемма — поверхностная мембрана. Она выполняет барьерную, транспортную, рецепторную, сигнальную функции.

Транспортировки веществ через мембраны.

Существуют два активных процесса: экзоцитоз и эндоцитоз.

Из клетки вещества выводятся с помощью экзоцитоза — слияние внутриклеточных пузырьков с плазматической мембраной. В клетку вещества могут попадать посредством эндоцитоза. В процессе эндоцитоза плазматическая мембрана образует вогнутости и вырасти, которые потом, отслаивая, превращаются в пузырьки или вакуоли.

Различают два типа эндоцитоза:

— Пиноцитоз — поглощение жидкости и растворенных веществ с помощью небольших пузырьков;

— Фагоцитоз — поглощение крупных частиц, таких как микроорганизмы или остатки клеток.

В случае фагоцитоза образуются большие пузыри, которые называются вакуолями.

Молекулы проходят через мембраны благодаря процессам: простой диффузии, облегченной диффузии, активному транспортировке.

Простая диффузия — это пример пассивного транспортировки, проходит из зоны с большей концентрацией молекул в зону с меньшей концентрацией. Путем простой диффузии в клетку проникают неполярные (гидрофобные) вещества, растворимые в липидах, и мелкие незаряженные молекулы (например, вода). Однако большинство веществ переносится через мембрану с помощью погруженных в нее транспортных белков. Различают две формы обращения: облегченная диффузия и активное транспортировки.

Облегченная диффузия обусловлена ​​градиентом концентрации, и молекулы движутся согласно этому градиента. Однако молекула заряжена, то на ее транспортировку влияет как градиент концентрации, так и мембранный потенциал.

Активное транспортировки — это перенос растворенных веществ против градиента концентрации с использованием энергии АТФ. Энергия необходима потому, что вещество должно двигаться, вопреки своему естественному стремлению двигаться по диффузией, в противоположном направлении. Примером может служить натрий-калиевый насос. По законам диффузии ионы Nа постоянно движутся внутрь клетки, а ионы К + — из клетки. Нарушение необходимой концентрации этих ионов влечет за-гибель клетки.

Поверхностный аппарат клетки.

Разновидность клеток прокариот и эукариот состоит из частей: поверхностного аппарата, цитоплазмы, ядерного аппарата.

Поверхностный аппарат клетки выполняет три функции, универсальные для всех видов клеток: барьерную, транспортную, рецепторную. Он может осуществлять и ряд специфических функций (например, механическая тургорного функция клеточной стенки в растительных клетках). Поверхностный аппарат клеток состоит из систем: плазматической мембраны, надмембранный комплекса и субмембранного (т.е. пидмембранного) опорно-сократительного аппарата.

Плазматическая мембрана, или плазмалемма, — это основная, универсальная для всех клеток система поверхностного аппарата. Под ней расположена субмембранна система, которая участвует в трансмембранному транспортировке и рецепции и является частью цитоплазмы.

Надмембранная структура поверхностного аппарата осуществляют взаимодействие клеток с внешней средой или с другими клетками. У клеток животных надмембранный комплекс, или гликокаликс, играет важную роль в рецепторной функции клеток. Гликокаликс состоит из углеводов, он сравнительно тонкий и эластичный.

К производным надмембранным структурам принадлежит клеточная стенка. Ее должны клетки растений, грибов и бактерий. Клеточная стенка растений содержит целлюлозу, грибов — хитин, бактерий — муреин. Она достаточно жесткая, не сжимается. Через клеточную стенку проходит вода, соли, молекулы многих органических веществ. Явление плазмолиза и деплазмолиза в клетках растений.

Плазмолиз — это отделение цитоплазмы от оболочки при погружении клетки в гипертонический, т.е. концентрированные извне, раствор. Если животные клетки погрузить в гипертонический раствор, то они сжимаются. Иногда плазмолизованые клетки остаются живыми. Если погрузить такие клетки в воду, в которой концентрация солей ниже, чем в клетке, происходит деплазмолиз.

Деплазмолиз — это возвращение цитоплазмы клеток растений из состояния плазмолиза в исходное состояние.

4

studfiles.net

Транспорт веществ через плазматическую мембрану

Барьерно-транспортная функция поверхностного аппарата клетки обе­спечивается избирательным переносом ионов, молекул и надмолекулярных структур в клетку и из нее. Транспорт через мембраны обеспечивает доставку питательных веществ и удаление ко­нечных продуктов обмена из клетки, секрецию, создание ионных градиентов и трансмембранного потенциала, под­держание в клетке необходимых значе­ний pH и др.

Механизмы транспорта веществ в клетку и из нее зависят от химиче­ской природы переносимого вещества и его концентрации по обе стороны клеточной мембраны, а также от разме­ров транспортируемых частиц. Малые молекулы и ионы транспортируются через мембрану путем пассивного или активного транспорта. Пере­нос макромолекул и крупных частиц осуществляется посредством транспор­та в «мембранной упаковке», то есть за счет образования окруженных мембра­ной пузырьков.

Пассивным транспортом называет­ся перенос веществ через мембрану по градиенту их концентрации без затра­ты энергии. Такой транспорт осущест­вляется посредством двух основных механизмов: простой диффузии и об­легченной диффузии.

Путем простой диффузии транспор­тируются малые полярные и неполяр­ные молекулы, жирные кислоты и дру­гие низкомолекулярные гидрофобные органические вещества. Транспорт мо­лекул воды через мембрану, осущест­вляемый путем пассивной диффузии, получил название осмоса. Примером простой диффузии служит транспорт газов через плазматическую мембрану эндотелиальных клеток кровеносных капилляров в окружающую их ткане­вую жидкость и обратно.

Гидрофильные молекулы и ионы, не способные самостоятельно прохо­дить через мембрану, транспортируются с помощью специфических мембранных транспортных белков. Такой механизм транспорта получил назва­ние облегченной диффузии.

Существуют два основных клас­са мембранных транспортных белков: белки-переносчики и белки-каналы. Молекулы переносимого вещества, связы­ваясь с белком-переносчиком, вызыва­ют его конформационные изменения, результатом чего служит перенос ука­занных молекул через мембрану. Об­легченная диффузия отличается высо­кой избирательностью по отношению к транспортируемым веществам.

Белки-каналы формируют запол­ненные водой поры, пронизывающие липидный бислой. Когда эти поры от­крыты, неорганические ионы или мо­лекулы транспортируемых веществ проходят сквозь них и таким образом переносятся через мембрану. Ионные каналы обеспечивают перенос при­мерно 10⁶ ионов в секунду, что более чем в 100 раз превышает скорость транспорта, осуществляемого белками-переносчиками.

Большинство белков-каналов име­ет «ворота», которые открываются на короткое время, а затем закрываются. В зависимости от природы канала «во­рота» могут открываться в ответ на свя­зывание сигнальных молекул (лиганд-зависимые воротные каналы), измене­ние мембранного потенциала (потенциал-зависимые воротные каналы) или механическую стимуляцию.

Активным транспортом называ­ется перенос веществ через мембрану против их градиентов концентрации. Он осуществляется с помощью белков-переносчиков и требует затрат энергии, основным источником которой служит АТФ.

Примером активного транспорта, использующего энергию гидролиза АТФ для перекачки ионов Na⁺ и К⁺ че­рез мембрану клетки, служит работа натриево-калиевого насоса, обеспечи­вающего создание мембранного по­тенциала на плазматической мембране клеток.

Насос образован встроенными в биологические мембраны специфи­ческими белками-ферментами аденозинтрифосфатазами, катализирующи­ми отщепление остатков фосфорной кислоты от молекулы АТФ. В состав АТФаз входят: ферментный центр, ионный канал и структурные элемен­ты, препятствующие обратной утечке ионов в процессе работы насоса. На работу натриево-калиевого насоса рас­ходуется более 1/3 АТФ, потребляемой клеткой.

В зависимости от способности транспортных белков переносить один или несколько видов молекул и ионов пассивный и активный транспорт под­разделяются на унипорт и копорт, или сопряженный транспорт.

Унипорт — это транспорт, при кото­ром белок-переносчик функционирует только в отношении молекул или ионов одного вида. При копорте, или сопря­женном транспорте, белок-переносчик способен транспортировать одновре­менно два или более видов молекул или ионов. Такие белки-переносчики получили название копортеров, или сопряженных переносчиков. Различают два вида копорта: симпорт и антипорт. В случае симпорта молекулы или ионы транспортируются в одном направле­нии, а при антипорте — в противопо­ложных направлениях. По принципу ан­типорта работает, например, натриево­калиевый насос, активно перекачивая ионы Na⁺ из клеток, а ионы К⁺ внутрь клеток против их электрохимических градиентов. Примером симпорта слу­жит реабсорбция клетками почечных канальцев глюкозы и аминокислот из первичной мочи. В первичной моче концентрация Na⁺ всегда значитель­но выше, чем в цитоплазме клеток по­чечных канальцев, что обеспечивается работой натриево-калиевого насоса. Связывание глюкозы первичной мочи с сопряженным белком-переносчиком открывает Nа⁺-канал, что сопровожда­ется переносом ионов Na⁺ из первичной мочи внутрь клетки по градиенту их концентрации, то есть путем пассивного транспорта. Поток ионов Na⁺, в свою очередь, вызывает изменения конфор­мации белка-переносчика, результатом чего служит транспорт глюкозы в том же направлении, что и ионов Na⁺: из первичной мочи внутрь клетки. В данном случае для транспорта глюкозы, как можно убедиться, сопряженный переносчик использует энергию гра­диента ионов Na⁺, создаваемую рабо­той натриево-калиевого насоса. Таким образом, работа натриево-калиевого насоса и сопряженного переносчика, использующего для транспорта глюкозы градиент ионов Na⁺, позволяет реабсорбировать практически всю глюкозу из первичной мочи и включить ее в об­щий метаболизм организма.

Благодаря избирательному транс­порту заряженных ионов плазмалемма почти всех клеток несет на своей наруж­ной стороне положительный, а на вну­тренней цитоплазматической стороне — отрицательный заряды. В результате этого между обеими сторонами мембра­ны создается разность потенциалов.

Формирование трансмембранного потенциала достигается в основном за счет работы встроенных в плазмалемму транспортных систем: натриево­калиевого насоса и белков-каналов для ионов К⁺.

Как отмечалось выше, в процес­се работы натриево-калиевого насо­са на каждые два поглощенных клет­кой иона калия из нее выводится три иона натрия. В результате снаружи клеток создается избыток ионов Na⁺, а внутри — избыток ионов К⁺. Однако еще более значимый вклад в создание трансмембранного потенциала вносят калиевые каналы, которые в клетках, находящихся в состоянии покоя, всег­да открыты. Благодаря этому ионы К⁺ выходят по градиенту концентрации из клетки во внеклеточную среду. В ре­зультате этого между двумя сторонами мембраны возникает разность потен­циалов от 20 до 100 мВ. Плазмалемма возбудимых клеток (нервных, мы­шечных, секреторных) наряду с К⁺— каналами содержит многочисленные Nа⁺-каналы, которые открываются на короткое время при действии на клетку химических, электрических или других сигналов. Открытие Nа⁺-каналов вы­зывает изменение трансмембранного потенциала (деполяризацию мембра­ны) и специфический ответ клетки на действие сигнала.

Транспортные белки, которые ге­нерируют разность потенциалов на мембране, называются электрогенными насосами. Натриево-калиевый насос служит главной электрогенной помпой клеток.

Транспорт в мембранной упаковкехарактеризуется тем, что транспорти­руемые вещества на определенных ста­диях транспорта располагаются внутри мембранных пузырьков, то есть ока­зываются окруженными мембраной. В зависимости от того, в каком направ­лении переносятся вещества (в клетку или из нее), транспорт в мембранной упаковке подразделяется на эндоцитоз и экзоцитоз.

Эндоцитозом называется процесс поглощения клеткой макромолекул и более крупных частиц (вирусов, бак­терий, фрагментов клеток). Эндоцитоз осуществляется путем фагоцитоза и пиноцитоза.

Фагоцитоз — процесс активного за­хвата и поглощения клеткой твердых микрочастиц, размер которых состав­ляет более 1 мкм (бактерий, фрагмен­тов клеток и др.). В ходе фагоцитоза клетка с помощью специальных ре­цепторов распознает специфические молекулярные группировки фагоци­тируемой частицы.

Затем в месте кон­такта частицы с мембраной клетки образуются выросты плазмалеммы — псевдоподии, которые обволакивают микрочастицу со всех сторон. В резуль­тате слияния псевдоподий такая части­ца оказывается заключенной внутри пузырька, окруженного мембраной, который называется фагосомой. Обра­зование фагосом — энергозависимый процесс и протекает с участием актомиозиновой системы. Фагосома, погру­жаясь в цитоплазму, может сливаться с поздней эндосомой или лизосомой, в результате чего поглощенная клеткой органическая микрочастица, например бактериальная клетка, переваривает­ся. У человека к фагоци­тозу способны только немногие клетки: например, макрофаги соединительной ткани и лейкоциты крови. Эти клетки поглощают бактерии, а также разнооб­разные твердые частицы, попавшие в организм, и тем самым защищают его от болезнетворных микроорганизмов и посторонних частиц.

Пиноцитоз — поглощение клеткой жидкости в виде истинных и коллоид­ных растворов и суспензий. Этот про­цесс в общих чертах сходен с фагоцито­зом: капля жидкости погружается в об­разовавшееся углубление клеточной мембраны, окружается ею и оказывает­ся заключенной в пузырек диаметром 0,07—0,02 мкм, погруженный в гиало­плазму клетки.

Механизм пиноцитоза весьма сло­жен. Этот процесс осуществляется в специализированных областях по­верхностного аппарата клетки, назы­ваемых окаймленными ямками, ко­торые занимают около 2% клеточной поверхности. Окаймленные ямки пред­ставляют собой небольшие впячивания плазмалеммы, рядом с которыми в пе­риферической гиалоплазме находится большое количество белка клатрина. В области окаймленных ямок на по­верхности клеток располагаются также многочисленные рецепторы, способные специфически распознавать и связы­вать транспортируемые молекулы. При связывании рецепторами указанных молекул происходит полимеризация клатрина, и плазмалемма впячивается. В результате образуется окаймленный пузырек, несущий в себе транспортируе­мые молекулы. Свое название такие пу­зырьки получили благодаря тому, что клатрин на их поверхности под элек­тронным микроскопом выглядит как неровная каемка. После отделения от плазмалеммы окаймленные пузырьки теряют клатрин и приобретают способ­ность сливаться с другими пузырьками. Процессы полимеризации и деполи­меризации клатрина требуют затрат энергии и блокируются при недостатке АТФ.

Пиноцитоз, благодаря высокой кон­центрации рецепторов в окаймленных ямках, обеспечивает избирательность и эффективность транспорта специфи­ческих молекул. Например, концен­трация молекул транспортируемых ве­ществ в окаймленных ямках в 1000 раз превышает концентрацию их в окру­жающей среде. Пиноцитоз — основной способ транспорта в клетку белков, ли­пидов и гликопротеинов. Посредством пиноцитоза клетка поглощает за сутки количество жидкости, равное своему объему.

Экзоцитоз — процесс выведения веществ из клетки. Вещества, подлежа­щие выведению из клетки, сначала за­ключаются в транспортные пузырьки, наружная поверхность которых, как правило, покрыта белком клатрином, затем такие пузырьки направляются к клеточной мембране. Здесь мембрана пузырьков сливается с плазмалеммой, а содержимое их изливается за пределы клетки либо, сохраняя связь с плазма­леммой, включается в гликокаликс.

Существуют два типа экзоцитоза: кон­ститутивный (основной) и регулируемый.

Конститутивный экзоцитоз непре­рывно протекает во всех клетках орга­низма. Он служит основным механиз­мом выведения из клетки продуктов метаболизма и постоянного восстанов­ления клеточной мембраны.

Регулируемый экзоцитоз осущест­вляется лишь в специальных клетках, выполняющих секреторную функцию. Выделяемый секрет накапливается в секреторных пузырьках, а экзоцитоз происходит только после получения клеткой соответствующего химическо­го или электрического сигнала. Напри­мер, β-клетки островков Лангерганса пожелудочной железы выделяют свой секрет в кровь лишь при повышении в крови концентрации глюкозы.

В ходе экзоцитоза сформировавши­еся в цитоплазме секреторные пузырьки обычно направляются к специализиро­ванным участкам поверхностного аппарата, содержащим большое количество фузионных белков или белков слияния. При взаимодействии белков слияния плазмалеммы и секреторного пузырька образуется фузионная пора, соединяю­щая полость пузырька с внеклеточной средой. При этом активируется актомиозиновая система, в результате чего со­держимое пузырька изливается из него за пределы клетки. Таким образом, при индуцируемом экзоцитозе энергия тре­буется не только для транспорта секре­торных пузырьков к плазмалемме, но и для процесса секреции.

Трансцитоз, или рекреция, — это транспорт, при котором происходит пе­ренос отдельных молекул через клетку. Указанный вид транспорта достигается за счет сочетания эндо- и экзоцитоза. Примером трансцитоза служит транс­порт веществ через клетки сосудистых стенок капилляров человека, который может осуществляться как в одном, так и в другом направлениях.

 

Похожие статьи:

poznayka.org