6.1. Виды ПАССИВНОГО ТРАНСПОРТА: Термодинамическое описание процессов транспорта веществ через

Содержание
  1. 22. Транспорт веществ через мембрану. Активный и пассивный транспорт
  2. 16. Пассивный транспорт веществ и его разновидности. Математическое описание пассивного транспорта
  3. 4.1 Пассивный перенос. Разновидности пассивного транспорта молекуд и ионов через мембрану
  4. Транспорт веществ через биомембраны
  5. Химическая состав и структура плазматической мембраны
  6. Классификация процессов транспорта в биологических мембранах
  7. Свободная диффузия
  8. Облегченная диффузия
  9. Электродиффузия
  10. Первично-активный транспорт
  11. Вторично-активный транспорт
  12. Эндоцитоз и экзоцитоз
  13. Транспорт веществ через мембрану
  14. Пассивный транспорт веществ через мембрану: описание, особенности
  15. Основные виды транспорта
  16. Скорость диффузии
  17. Состояния белка-переносчика
  18. Обменная диффузия
  19. Разновидность обменной диффузии
  20. Урок Транспорт веществ через биологическую мембрану

22. Транспорт веществ через мембрану. Активный и пассивный транспорт

6.1. Виды ПАССИВНОГО ТРАНСПОРТА: Термодинамическое описание процессов транспорта веществ через

Пассивный транспорт включает простую и облегченную диффузию – процессы, которые не требуют затраты энергии. Диффузия – транспорт молекул и ионов через мембрану из области с высокой в область с низкой их концентрацией, те. вещества поступают по градиенту концентрации. Диффузия воды через полупроницаемые мембраны называется осмосом.

Вода способна проходить также через мембранные поры, образованные белками, и переносить молекулы и ионы растворенных в ней веществ.

Механизмом простой диффузии осуществляется перенос мелких молекул (например, О2, Н2О, СО2); этот процесс малоспецифичен и протекает со скоростью, пропорциональной градиенту концентрации транспортируемых молекул по обеим сторонам мембраны.

Облегченная диффузия осуществляется через каналы и (или) белки-переносчики, которые обладают специфичностью в отношении транспортируемых молекул.

В качестве ионных каналов выступают трансмембранные белки, образующие мелкие водные поры, через которые по электрохимическому градиенту транспортируются мелкие водорастворимые молекулы и ионы.

Белки-переносчики также являются трансмембранными белками, которые претерпевают обратимые изменения конформации, обеспечивающие транспорт специфических молекул через плазмолемму. Они функционируют в механизмах как пассивного, так и активного транспорта.

Активный транспорт является энергоемким процессом, благодаря которому перенос молекул осуществляется с помощью белков-пере­носчиков против электрохимического градиента.

Примером механизма, обеспечивающего противоположно направленный активный транспорт ионов, служит натриево-калиевый насос (представленный белком-пере­носчиком Nа+-К+-АТФазой), благодаря которому ионы Na+ выводятся из цитоплазмы, а ионы К+ одновременно переносятся в нее.

Концентрация К+ внутри клетки в 10-20 раз выше, чем снаружи, а концентрация Na наоборот. Такая разница в концентрациях ионов обеспечивается работой (Na*-K*> насоса. Для поддержания данной концентрации происходит перенос трех ионов Na из клетки на каждые два иона К* в клетку.

В этом процессе принимает участие белок в мембране, выполняющий функцию фермента, расщепляющего АТФ, с высвобождением энергии, необходимой для работы насоса.
Участие специфических мембранных белков в пассивном и активном транспорте свидетельствует о высокой специфичности этого процесса.

Этот механизм обеспечивает поддержание постоянства объема клетки (путем регуляции осмотического давления), а также мембранного потенциала. Активный транспорт глюкозы в клетку осуществляется белком-переносчиком и сочетается с однонаправленным переносом иона Nа+.

Облегченный транспорт ионов опосредуется особыми трансмем­бранными белками – ионными каналами, обеспечивающими избиратель­ный перенос определенных ионов.

Эти каналы состоят из собственно транспортной системы и воротного механизма, который открывает канал на некоторое время в ответ на изменение мембранного потенциала, (б) механическое воздействие (например, в волосковых клетках внутреннего уха), связывание лиганда (сигнальной молекулы или иона).

Мембранный транспорт веществ различается также по направлению их перемещения и количеству переносимых данным переносчиком веществ:

  • Унипорт – транспорт одного вещества в одном направлении в зависимости от градиента
  • Симпорт – транспорт двух веществ в одном направлении через один переносчик.
  • Антипорт – перемещение двух веществ в разных направлениях через один переносчик.

Унипорт осуществляет, например, потенциал-зависимый натриевый канал, через который в клетку во время генерации потенциала действия перемещаются ионы натрия.

Симпорт осуществляет переносчик глюкозы, расположенный на внешней (обращенной в просвет кишечника) стороне клеток кишечного эпителия.

Этот белок захватывает одновременно молекулу глюкозы и ион натрия и, меняя конформацию, переносит оба вещества внутрь клетки.

При этом используется энергия электрохимического градиента, который, в свою очередью создается за счет гидролиза АТФ натрий-калиевой АТФ-азой.

Антипорт осуществляет, например, натрий–калиевая АТФаза (или натрий–зависимая АТФаза). Она переносит в клетку ионы калия. а из клетки – ионы натрия.

Первоначально этот переносчик присоединяет с внутренней стороны мембраны три иона Na+. Эти ионы изменяют конформацию активного центра АТФазы.

После такой активации АТФаза способна гидролизовать одну молекулу АТФ, причем фосфат-ион фиксируется на поверхности переносчика с внутренней стороны мембраны.

Выделившаяся энергия расходуется на изменение конформации АТФазы, после чего три иона Na+и ион  (фосфат) оказываются на внешней стороне мембраны. Здесь ионы Na+отщепляются, а замещается на два иона K+. Затем конформация переносчика изменяется на первоначальную, и ионы K+ оказываются на внутренней стороне мембраны. Здесь ионы K+ отщепляются, и переносчик вновь готов к работ

Источник: https://vseobiology.ru/obshchaya-biologiya/2061-22-transport-veshchestv-cherez-membranu-aktivnyj-i-passivnyj-transport

16. Пассивный транспорт веществ и его разновидности. Математическое описание пассивного транспорта

6.1. Виды ПАССИВНОГО ТРАНСПОРТА: Термодинамическое описание процессов транспорта веществ через

Пассивный транспорт веществ через клеточные мембраны включает в себя следующие разновидности: фильтрацию, простую диффузию и облегченную диффузию (см. рис. 19.6).

Простая диффузия – процесс переноса вещества из области с большей концентрацией в область меньшей концентрации. Диффузия описывается уравнением Фика:

где вектор плотности потока массы диффундирующего вещества, направлен в сторону переноса.- масса вещества, переносимая в единицу времени вследствие диффузии через выделенную единичную площадку, ориентированную перпендикулярно вектору плотности потока.

.

– вектор градиента концентрации диффундирующего вещества, вектор градиента направлен в сторону возрастания концентрации, в декартовой системе координат выражение имеет вид:

.

где ,,- единичные векторы, направленные вдоль осейOX, OY, OZ. .

D – коэффициент диффузии, зависит от температуры и свойств диффундирующего вещества. .

Таким образом, вектор плотности потока вещества при диффузии направлен в сторону, противоположную вектору градиента концентрации диффундирующего вещества В медицинской литературе традиционно принято считать, что вектор градиента концентрации направлен в сторону уменьшения концентрации вещества. В дальнейшем изложении материала мы будем придерживаться этого нетрадиционного определения направления вектора градиента (еретичного для математической теории поля, в рамках которой было сформулировано понятие вектора градиента поля).

Если имеет место одномерная диффузия, т.е. перенос вещества осуществляется вдоль одной оси, например, оси ОХ, в выбранной системе координат, то уравнение Фика может быть представлено в скалярной форме:

Уравнение Фика, адаптированное к условиям переноса вещества через биологическую мембрану посредством простой диффузии, имеет вид (см. рис. 19.8):

,

где Сi и C0 – концентрации диффундирующего вещества внутри и вне клетки. Сmi и Cm0 – концентрации диффундирующего вещества внутри мембраны на границе мембрана – внутреннее содержимое клетки и мембрана – внешняя среда.

L – толщина мембраны, D – коэффициент диффузии, k – коэффициент распределения молекул диффундирующего вещества, равный отношению концентрации молекул на границе мембраны и вне ее, P=Dk/L – проницаемость мембраны.

Проницаемость мембраны определяется как свойствами диффундирующего вещества (коэффициентом диффузии), так и состоянием мембраны. Электродиффузия.

Диффузия заряженных частиц, ионов, через мембраны зависит не только от концентрационного градиента, но и от электрического градиента мембраны, то есть от напряженности в ней электрического поля (,).

В связи с этим перенос ионов может происходить в направлении, противоположном градиенту концентрации. Совокупность концентрационного и электрического градиентов называют электрохимическим градиентом.

Поток вещества при электродиффузии определяется уравнением Нернста-Планка:

(векторная форма),

(проекция векторных величин на ось ОХ),

где – константа электрического переноса.

Облегченная диффузия. Путем простой диффузии в клетку поступают немногие вещества (например, кислород, СО2) Этот процесс протекает очень медленно и обусловлен лишь разностью концентраций этих веществ. Особенностью биомембран является их избирательность (селективность) по отношению ко многим переносимым веществам.

Селективность мембран обусловлена двумя причинами: наличием в них переносчиков, называемыхионофорами (подвижныхификсированных) и каналов.

Облегченная диффузия – процесс транспорта веществ с помощью специальных молекул-переносчиков. Например, на внешней стороне мембраны переносчик соединяется с некоторым веществом и проникает через мембрану. На внутренней стороне мембраны происходит отделение от вещества переносчика, который возвращается к внешней поверхности мембраны (см. рис. 19.9).

Рассмотренный пример облегченной диффузии относится к типу облегченной диффузии с подвижным переносчиком. Второй тип облегченной диффузии – диффузия с помощью фиксированных переносчиков.

При диффузии с фиксированным переносчиком транспорт молекул переносимого вещества происходит с помощью неподвижных молекул-переносчиков (молекула переносимого вещества передается от одной молекулы переносчика к другой, как по эстафете).

Фильтрация.Фильтрация представляет собой перенос молекул растворителя под действием градиента давления. Таким образом, причиной и движущей силой в процессе фильтрации является разность давлений. Объем растворителя, перенесенного в результате фильтрации, определяется формулой Пуазейля:

,

где – перепад давления на расстоянии,- вязкость жидкости,- радиус поверхности фильтрации,- время переноса.

Осмос. Осмос представляет собой диффузию молекул растворителя через полупроницаемую пленку из области с меньшей концентрацией раствора в область большей концентрации.

Явление осмоса наблюдается, когда два соляных раствора с разными концентрациями разделены полупроницаемой мембраной. Полупроницаемая мембрана пропускает молекулы и ионы определенного размера, но служит барьером для веществ с молекулами большего размера.

Например, молекулы воды способны проникать через мембрану, а молекулы растворенных в воде солей – нет.

Если по разные стороны полупроницаемой мембраны находятся растворы солей с разной концентрацией (см. рис. 19.

10), то молекулы воды (растворителя) будут перемещаться через мембрану из слабо концентрированного раствора в более концентрированный, вызывая в последнем повышение уровня жидкости.

Из-за явления осмоса процесс проникновения воды через мембрану наблюдается даже в том случае, когда оба раствора находятся под одинаковым внешним давлением.

Разница в высоте уровней двух растворов разной концентрации пропорциональна силе, под действием которой вода проходит через мембрану. Эта сила называется “осмотическим давлением”.

Таким образом, осмотическое давление возникает в растворах с разной концентрацией, разделенных полупроницаемой мембраной, градиент осмотического давления направлен из раствора меньшей концентрации в сторону раствора с большей концентрацией1.

Проделаем следующий опыт. В воронку, раструб которой затянут бычьим пузырем (бычий пузырь обладает полупроницаемыми свойствами – пропускает молекулы воды и не пропускает молекулы сахара), нальем слабый водный раствор сахара и опустим в сосуд с чистой водой так, чтобы уровни жидкостей в воронке и сосуде совпали.

Через некоторое время уровень раствора в воронке начнет медленно повышаться (см. рис. 19.11). Процесс продолжится до тех пор, пока гидростатическое давление столба жидкости высотой h не будет препятствовать дальнейшему поступлению воды из сосуда.

Величина гидростатического давления, создаваемого столбом жидкости высотой h, равна gh, где g – ускорение свободного падения, – плотность жидкости. Давление, уравновешивающее гидростатическое, называется осмотическим давлением.

Повышение уровня раствора в воронке происходит по следующей причине: так как концентрация молекул воды в сосуде больше концентрации молекул воды в воронке, то через полупроницаемую перегородку диффундируют молекулы воды из сосуда в воронку. Молекулы же сахара не могут перейти из воронки в сосуд.

Пусть молярная концентрация молекул сахара в сосуде равна нулю, а в воронке С. Избыточная концентрация молекул сахара и создаст парциальное давление растворенного вещества, уравновешиваемое гидростатическим давлением ρgh.

Так как осмотическое давление есть результат бомбардировки полупроницаемой мембраны молекулами растворенного вещества (см. рис. 19.12), то величина осмотического давления может быть рассчитана по формуле идеального газа:

где  – число молей растворенного вещества, V – объем раствора, С – молярная концентрация раствора.

Применение теории идеального газа к растворам позволило химику Вант-Гоффу получить прекрасные результаты для растворов многих веществ. Однако для растворов некоторых веществ полученные результаты между измеренными и расчетными значениями осмотических давлений давали расхождение в 2 и более раз.

Осмысление возможных причин такого расхождения между теорией и практикой привело ученого С. Аррениуса к открытию явления диссоциации. Единомышленник Вант-Гоффа шведский исследователь С.

Аррениус догадался, что если измеренное осмотическое давление раствора поваренной соли в два разе больше расчетного, то и число частиц в растворе в два раза больше, чем молекул NaCl.

Следовательно, величина осмотического давления прямо пропорциональна молярной концентрации растворенного в растворителе вещества, которое лишено возможности участвовать в диффузии вследствие наличия полупроницаемой мембраны и температуре раствора:

,

где множитель i учитывает процессы возможного распада (диссоциации) молекул в растворе. Для растворов неэлектролитов i=1, при диссоциации молекул электролитов на ионы i > 1, при ассоциации i < 1.

Растворы с одинаковыми осмотическими давлениями называют изотоническими. Физиологические растворы должны быть изотоническими относительно внутренних жидкостей организма – в противном случае происходит либо обезвоживание, либо пересыщение организма водой.

Если один раствор по сравнению с другим имеет более высокое осмотическое давление, его называют гипертоническим, а имеющий меньшее давление – гипотоническим.

Осмотическое давление крови человека составляет7,6 105 – 7,8 105 Па. Такое же осмотическое давление имеет физиологический раствор, т.е.

0,86% растворNaCl. Для сравнения нормальное атмосферное давление равно 105 Па.

Осмотическое давление в клетках с/х животных составляет (6,8 -7,3)105 Па, и оно создает так называемый тургор клетки, придает ей определенную форму.

Основная часть осмотического давления обусловлена растворенными в плазме крови или в цитоплазме солями, но часть его определяется содержащимися в них белками (альбумин, глобулин и др.) и называется онкотическим давлением. Несмотря на его малую величину, оно играет важную роль в распределении воды между тканями и кровью.

Если клетка организма граничит с концентрированным водным раствором вещества, для которого мембрана клетки непроницаема, то вода переходит из клетки в этот раствор. Происходит осмотическое высасывание воды из клетки. Им, в частности, обусловлено чувство жажды, возникающее при приеме сладкой пищи.

В крови позвоночных животных находится специальный белок – сывороточный альбумин, который поддерживает постоянное осмотическое давление в кровеносной системе.

Шок при сильных кровотечениях обусловлен не столько потерей крови, сколько резким падением осмотического давления, ведущим к клеточному коллапсу.

Поэтому при больших потерях крови необходимо ввести заменители крови, благодаря которым восстанавливается осмотическое давление.

17. Активный транспорт ионов. Механизм активного транспорта вещ-в на примере NaK насоса. Если бы в клетках сущ. только пассивный транспорт, то конц-ции, давления и др. величины вне и внутри клетки сравнялись бы. Поэтому сущ-т др. механизм, работающий в направлении против электрохимического градиента и происходящий с затратой энергии клеткой.

Перенос молекул и ионов против электрохимического градиента,осуществляемый клеткой за счет энергии метаболических процессов, наз. активным транспортом.Он присущ только биологическим мембранам. Активный перенос вещ-ва через мембрану происходит за счет свободной энергии,высвобождающейся в ходе хим. Реакций внутри клетки.

Активный транспорт в организме создает градиенты концентраций, электр. потенциалов, давлений,т.е. поддерживает жизнь в организме.Изучены 3 основные системы акт.трансп., кот-ые обеспечивают перенос ионов Na,K,Ca,H через мембрану.Механизм. Ионы К+ и Na+ неравномерно распределены по разные стороны мембраны:концентр. Na+ снаружи > ионов K+,а внутри клетки K+ > Na+.

Эти ионы диффундируют через мембрану по направлению электрохимического градиента,что приводит к его выравниванию. Na-K насосы вх. в состав цитоплазмат. мембран и работают за счет энергии гидролиза молекул АТФ с обр-ем мол-л АДФ и неорганич. фосфата Фн: АТФ=АДФ+Фн.

Насос работает обра-тимо: градиенты конц-ций ионов способ-ют синтезу мол-л АТФ из мол-л АДФ и Фн: АДФ+Фн=АТФ.Насос переносит из клетки во внеш. среду 3 иона К+внутрь клетки.

18. Способы проникновения вещ-в через биологические мембраны. . Одной из важнейших хар-к клеточных мембран(КМ) явл-ся избират. проницаемость. КМ избирательно снижает скорость передвижения мол-л в клетку и из нее. Чем меньше мол-ла и чем меньше она обр. водород. связей,тем быстрее она диффун-дирует ч/з мембрану.

=>, чем меньше мол-ла и чем более она жирорастворима, тем быстрее она будет проникать через мембрану.Малые неполярные мол-лы легко растворимы в липидах КМ и быстро диффундируют.Клетка была вынуждена создать спец.мех-мы для транспорта растворимых в воде вещ-в через мембрану-через поры в мембране и посредством транспортных белков-переносчиков мол-л.

Для жиронерастворимых вещ-в и ионов мембрана выступает как молекулярное сито: чем больше размер частицы,тем меньше проницаемость мембраны для этого вещ-ва. Избирательность переноса обеспечивается набором в мембране пор определенного радиуса,соответствующих размеру проникающей частицы.Это распределение зависит от мембранного потенциала.

Перенос малых водорастворимых мол-л осуществляется при помощи специальных транспортных белков.Это особые белки,каждый из которых отвечает за транспорт определенных мол-л или групп мол-л. За перенос сахара,аминокислот и др. полярных мол-л ответственны специальные мембранные транспортные белки.Каждый из них предназначен для определенного класса мол-л.

Все они обеспечивают перенос мол-л через мембрану, формируя в ней сквозные проходы. Транспортные белки делятся набелки-переносчики, и каналообразующие белки. Переносчики взаим-ют с молекулой переносимого вещ-ва и каким-либо способом перемещают ее сквозь мембрану. Каналообразующие-формируют в мембране водные поры,через кот-ые могут проходить вещ-ва.

Отличия облегченной диффузии от простой: 1)перенос ионов с участием переносчиков происх. значительно быстрее; 2)обладает св-вом насыщения- при ув. концентр. С одной стороны мемраны плотность потока вещ-ва возрастает лишь до некоторого предела. Разновидностью облегч.дифф.-транспорт с помощью неподвижных мол-л переносчиков,фиксированных поперек мембраны.

Осмос-движение мол-л воды через полупроницаемые мембраны из мест с меньшей концентрацией растворенного вещ-ва в места с большей концентр. Осмос обусл-ет гемолиз эритроцитов в гипотонических растворах и тургор в растениях.

19. История открытия биопотенциалов. Гипотеза Бернштейна. . Фр.священник аббат Нолле в 1746г открыл явление осмоса.1826г. Дютроше доказал,что осмос есть результат проявления не особых,мифических сил,а законов физики и химии. Немецк.ботаник Пфеффер-изобрел осмометр и измерил величину осмотического давления.

Он обнаружил,что для каждого раствора величина давления пряма-пропорциональна концентр. раств.вещ-ва,не проходящего через полупроницаемую мембрану (Росм=m/V m-масса растворенного вещ-ва, V-объем раствора).

Вант-Гофф пришел к заключению,что мол-лы растворенного вещ-ва в растворителе ведут себя подобно мол-ам идеального газа(Росм=СмRT См-молярная плотность растворенного вещ-ва).Теория Вант-Гоффа давала точные значения величины осм.давления для многих вещ-в,но для некоторых оказ. больше расчетной в 2раза.С.

Аррениус предположил что в р-ре мол-ла соли распадается на 2 частицы-электролитич. диссоциация.Вальтер Нернст обосновал идею диффузного потенциала, возн-го при соприк-нии двух жидкостей. Вел-на дифф.потенц.

рассчит-ся: Фн=(u-v/u+v)×(RT/FLn(C1/C2), где uи v-скорости быстрого и медл. ионов, Rгаз.постоянная,C1 и С2-конц-ции электролита. Для возн-ния дифф.потенц.

нужна разность конц-ций электролита, различная подвиж-ть анионов и катионов. Бернштейн начал объяснять электрич св-ва мышц не устройством этих органов в целом,а свойствами клето,из которых эти органы состояли.1902г-год рождения мембранной теории биопотенциалов.Согласно гипотезе Бернштейна, каждая клетка им.

оболочку,кот-ая представляет собой полупроницаемую мембрану. Внутри и вне клетки имеется много свободных ионов,среди кот-ых нах-ся ионы K+. Разность пот-лов между внутр. стороной БМ и ее наружной стороной наз-ся потенциалом покоя (ПП).Величина ПП опис-ся формулой Нернста: ФН=­­­­-(RT/F)×Ln[(K+)I/(K+)0] где [K+]iконц-ция ионов К внутри клетки, [K+]0конц-ция ионов К снаружи клетки.

20. Мембранно-ионная теория генерации биопот-лов клеткой и основ. опыты, ее подтвер-щие. Ю.Бернштейн (опыты на мышце лягушки). Нагрев 1 конца целой мышцы, от нагретого участка к холодному потечет ток. Электрич.

ток течет по направлению от точек пространства с более высоким потенциалом к месту с более низким значением электрического потенциала.В 1905г. Гебер обнаружил,что все соли,сод-е К, оказ.

на мышцу схожее д-вие: участок на кот-ый действовал раствор соли К, приобретал отрицательный потенциал по отношению к другим участкам мышцы.

Все соли К при диссоциации в воде повышали наружную конц-цию ионов К, при этом отношение (K+)i\(K+)0 умен-ся, ум-ся и пот-ал той области мышцы, на кот. д-ют соли К. Однако эксперименты Бернштейна и Гебера были косвенными.

Чтобы подтвердить правильность гипотезы,требовалось доказать следующее:1)клетки им. мембрану,кот-ая проницаема лишь для одного иона;2)конц-ция этого иона по обе стороны БМ различная;3)потенциал на мембране возникает только за счет проницаемости мембраны для этого иона и он равен нернстовскому потенциалу. В 1936г.

Дж.Юнг обнаружил кольмара,у кот-ого диаметр нервного волокна доходил до миллиметра.Аксон кальмара был гигантской клеткой,хотя сам моллюск не был гигантом.Нервное волокно выняли из моллюска и поместили в морскую воду,и оно не погибло.=>(эксперимент на клет.уровне). В 1939г. А.Ходжкин и Хаксли измерили разность потенциалов на аксоне кальмара.Они доказали,что внутри аксона им. много ионов К ,и они обр. ионный газ,т.е.нах-ся в свобод. сост-нии.

Источник: https://studfile.net/preview/5363471/page:5/

4.1 Пассивный перенос. Разновидности пассивного транспорта молекуд и ионов через мембрану

6.1. Виды ПАССИВНОГО ТРАНСПОРТА: Термодинамическое описание процессов транспорта веществ через

Важным элементом функционированиябиологических мембран является ихспособность пропускать или не пропускатьмолекулы, атомы и ионы. Эта способностьназывается проницаемостью.

Проблемамембранной проницаемости включает всебя вопрос кинетики поступления частицв клетку и из клетки, а также механизмраспределения вещества между клеткойи межклеточной средой. Изучениепроницаемости биомембран имеет большоезначение для медицины и, особенно, дляфармакологии и токсикологии.

Для лечениянеобходимо знать проникающую способностьфармакологических средств и ядов черезмембрану в норме и при патологии.

Переносвещества через мембрану является сложнымпроцессом и может осуществляться многимиспособами. В зависимости от того, чтоявляется движущей силой перемещениямолекул, все виды переноса можно разделитьна пассивные и активные.

Пассивныйтранспорт вещества осуществляется засчет энергии, сконцентрированной вкаком-либо градиенте и не связан сзатратой химической энергии гидролизаАТФ.

Наиболеезначимыми для биологических системявляются градиенты концентрации –dc/dx,электрического потен-циала – /dx и гидростатического давления – dр/dx.

Выделяютследующие виды пассивного переносачерез биологические мембраны: простаядиффузия, диффузия через поры, облегченнаядиффузия, осмос и фильтрация:

а)Простаядиффузия – это самопроизвольноеперемещение вещества из мест с большейконцентрацией в места с меньшейконцентрацией вследствие хаотическоготеплового движения частиц.

Рассмотримв качестве примера диффузию незаряженныхчастиц определённого вида черезбиологическую мембрану толщинойl.Запишем уравнение Фика через концентрациювещества данного вида в растворе.

Нетрудно видеть, что для раствора массарастворённого вещества в единице объёмаи есть его массовая концентрация (кг/м3).Теперь плотность потока вещества черезповерхность мембраны в направлениинормали к ней, в соответ-ствии с (10),запишется:

, (11)

где D– коэффициент диффузии, Δc/Δx– градиент массовой концентрациивдоль направления переноса. Будемсчитать, что концентрация частиц,диффундирующих через мембрану, изменяетсяв мембране по линейному закону отзначения сi,мвнутри клетки, до значениясо,мв межклеточной среде(рис.7). Тогда градиент концентрацииможно выразить соотношением:

. (12)

Измерить концентрации со,м и сi,м вприграничных слоях мембраны практическиневозможно. Поэтому воспользуемсясоотношением:

, (13)

гдесо и сi– концентрацииданного вещества в межклеточной жидкостии цитоплазме соответственно. Откуда,с учётом того, что сi,м= kсi, a со,м= kсо, получим:

. (14)

Сучётом (14) уравнение диффузии частицчерез мембрану примет вид:

–уравнениеКоллендера. (15)

Величина Р = Dk/ lназывается коэффициентом проницаемости.В живой клетке такая диффузия обеспечиваетпрохождение кислорода и углекислогогаза, а также ряда лекарственных веществи ядов.

б) Диффузия может проходить черезлипидные и белковые поры или каналы,которые образуют в мембране проход(рис.8).

Такой механизм проникновениясквозь мембрану характерен для молекулнерастворимых в липидах веществ иводорастворимых гидратированных ионов(сахар, спирт).

Этот вид переноса допускаетпроникновение через мембрану не толькомалых молекул, например, молекул воды,но и более крупных частиц. Значениепроницаемости при этом определяетсяразмерами молекул: с ростом размеровпроницаемость молекул уменьшается.

Диффузия через поры также описываетсяуравнением Фика. Однако, наличие порувеличивает коэффициент проницаемостиР. Каналы могут проявлять селективностьили избирательность по отношению кразным ионам, это проявляется в разнойвеличине проницаемостях для разныхионов.

в) Облегченная диффузия происходит при участии молекул-переносчиков.Было обнаружено, что скорость проникновенияв клетку глюкозы, глицерина, аминокислотне имеет линейной зависимости от разностиконцентраций.

Для определенныхконцентраций скорость проникновениявещества через мембрану намного больше,чем следует ожидать для простой диффузии.При увеличении разности концентрацийскорость диффузии возрастает в меньшейстепени, чем это следует из уравненияКоллендера (15).

Вданном случае наблюдается облегченнаядиффузия.

Еёмеханизм состоит в том, что вещество A,которое самостоятельно плохо проникаетчерез мембрану, может образовать комплексс молекулами Xвспомогательного вещества (рис.9), котороерастворено в липидах. У поверхностимембраны молекулы А образуют комплексAX, который способен растворяться влипидах.

Оказавшись в результате диффузиипо другую сторону мембраны, некоторыеиз комплексов отщеплют молекулы A.Молекула Xвозвращается к наружной поверхностимембраны и может образовать новойкомплекс с молекулой А. Разумеетсятранспорт вещества А таким способомпроисходит в одну и другую сторону.

Поэтому результирующий перенос возникнеттолько при условии, что концентрация Апо одну и другую стороны мембраны разная.Таким способом, например, антибиотик валиномицин переносит через мембраныионы калия.

Соединения, обладающие способностью избирательноувеличивать скорость переноса ионов через мембрану получили название ионофоров.

Есликонцентрация молекул А в среде такова,что все молекулы вещества-переносчиказадействованы, то дальнейшее повышенииконцентрации вещества А не будет большевызывать рост скорости диффузии. Этоозначает, что облегчённая диффузияобладает свойст-

вомнасыщения.

Приоблегчённой диффузии наблюдаетсяконкуренция переносимых веществ в техслучаях, когда переносчиком выступаетодно и тоже соединение. Например, глюкозапереносится лучше, чем фруктоза; фруктозалучше, чем ксилоза; ксилоза, лучше, чемарабиноза и т.д.

Известнытакже соединения, способные избирательноблокировать облегчённую диффузию ионовчерез мембрану. Они образуют прочныекомплексы с молекулами переносчиками.Например яд рыбы фугу тетродотоксинблокирует транспорт натрия, флоридзинподавляет транспорт сахаров и т.д.

Разновидностьюоблегчённой диффузии является транспортс помощью неподвижных переносчиков.МолекулыXобразуют фиксированные цепочки поперекмембраны, например, выстилают изнутрипору (рис.10).

Молекулы переносимоговещества А передаются от одной молекулыпереносчика к другой, как по эстафете.

Приэтом предполагается, что пространствов поре недостаточно велико для прохождениячерез нее частиц А, если только они неспособны к специфическому взаимодействиюс переносчикомХ.

Диффузияявляется основным видом пассивноготранспорта веществ через мембрануклетки. Все остальные виды пассивногопереноса связаны в основном с транспортомводы.

в) Осмос –диффузия растворителя через полупроницаемуюмембрану, разделяющую два раствора сразной концентрацией.Сила, котораявызывает это движение растворителя,называется осмотическим давлением. Оновозникает вследствие теплового движениямолекул воды и растворённого вещества.

Некоторые молекулы воды, векторыскорости которых параллельны каналаммембраны, проникают через неё. В то жевремя для растворённого вещества Амембрана непроницаема. По этой причинепоток воды из раствора, где концентрацияА ниже будет больше (в этом растворевыше концентрация воды).

Процесс приводитк возрастанию гидростатического(водяного) давления в растворе с большейконцентрацией А. Это избыточное давлениевызывает фильтрацию воды в обратномнаправлении. В некоторый момент наступаетсостояние динамического равновесия.Давление соответствующее этому состояниюназывается осмотическим давлением.

Величина осмотического давленияопределяется уравнением Ван-Гоффа:

р= i·c·R·T, (16)

гдес – концентрация растворённого вещества;Т – термодинамическая температура; R– газовая постоянная; i– изотонический коэффициент, показываетво сколько раз возросло число частиц врастворе из-за диссоциации молекул.Скорость осмотического переноса водычерез мембрану определяется соотношением:

, (17)

гдеРо– коэффициент проницаемости, S– площадь мембраны, (р1–р2)– разность осмотических давлений поодну и другую стороны мембраны.

г) Фильтрацией называется движениежидкости через поры в мембране поддействием градиента гидростатическогодавления.Объёмная скоростьпереноса жидкости при этом подчиняетсязакону Пуазейля:

, (18)

гдеr– радиус поры; l– длинаканальца поры; (р1-р2)– разность давлений на концах канальца;η – коэффициентвязкости переносимой жидкости; – модуль градиентадавления вдоль поры; –гидравлическоесопротивление.

Это явление наблюдаетсяпри переносе воды через стенки кровеносныхсосудов (капилляров). Явление филь-трациииграет важную роль во многих физиологическихпроцессах.

Так, например, образованиепервичной мочи в почечных нефронахпроисходит в результате фильтрацииплазмы крови под действием давлениякрови. При некоторых патологиях фильтрацияусиливается, что приводит к отёкам.

Источник: https://studfile.net/preview/5018568/page:3/

Транспорт веществ через биомембраны

6.1. Виды ПАССИВНОГО ТРАНСПОРТА: Термодинамическое описание процессов транспорта веществ через

Биологическая мембрана – это структура, состоящая из органических молекул, которая имеет толщину около 7-10нм и видима только посредством электронного микроскопа.

В каждой клетке есть плазматическая мембрана, которая ограничивает содержимое клетки от наружней среды, и внутренние мембраны, которые формируют различные органоиды клетки (митохондрии, органоиды, лизосомы и т.п.

)  

Плазматическая мембрана выполняет несколько важных функций.

  1) Образует избирательный барьер, который отделяет содержимое клетки от окружающей среды, что позволяет поддерживать постоянными химический состав цитоплазмы и её физические свойства. 2) Регулирует транспорт веществ между содержимым клетки и окружающим клетку раствором.

3) Принимает участие в информационных процессах в живой клетке.

Химическая состав и структура плазматической мембраны

В состав плазматической мембраны входят липиды, белки и углеводы. Соотношение между липидами и белками может значительно варьировать в различных клетках.
  Липиды мембраны бывают трех видов: глицерофосфолипиды, сфингофосфолипиды и стероиды (холестерол).

  Молекула глицерофосфолипида состоит из остатка трёхатомного спирта глицерола, атомы водорода двух гидроксильных групп которого замещены на две длинные цепи жирных кислот.

Третий атом водорода гидроксильной группы глицерина замещён остатком фосфорной кислоты, к которому, в свою очередь, присоединён остаток одного из азотистых оснований (холин, этаноламин, серин, инозитол).

  В молекуле глицерофосфолипида можно выделить две части, которые называются головка (остаток глицерина, остаток фосфорной кислоты и азотистое основание) и хвостики (остатки жирных кислот). Головка и хвостики сильно отличаются по своим физическим свойствам. Головка молекулы фосфолипида гидрофильна (″любит воду″). Она хорошо растворима в воде.

Хвостики – гидрофобны (″боятся воды″). Они легко растворяются в липидах и органических растворителях, но водой отталкиваются. Таким образом, в целом молекула фосфолипида, содержащая как водорастворимые, так и липидорастворимые области, имеет амфифильные свойства.  Молекулы сфингофосфолипидов также состоят из головки и хвостиков.

Они отличаются из фосфолипидов тем, что вместо остатка глицерина содержат остаток  спирта сфингозина.

  Если сухие фосфолипиды погружают в воду, они спонтанно формируют в зависимости от их концентрации различные структуры (Рис. 1). Одна из них – сферическая структура, называемая мицеллой. Молекулы фосфолипидов упорядочены так, что гидрофильные головки направлены в водную среду, а гидрофобные хвосты – внутрь структуры.

  При более высокой концентрации фосфолипидов, их молекулы формируют бислойные пластинчатые структуры. Немецкие ученые Gorter и Grendel доказали, что такая бислойная фосфолипидная структура является основой мембраны клетки.

Рис. 1. Мицелла и бислойная пластина в водном растворе

Физическое состояние фосфолипидного бислоя зависит от температуры. Если температура превышает критическую точку, бислой представляет собой жидкость. При этом каждая молекула имеют возможность перемещаться.

 

Существует несколько видов движения молекул липидов: колебание, вращение, латеральная диффузия (перемещение молекул в пределах своего слоя), флип-флоп (перемещение молекул из одного слоя липидов в другой, происходит редко).

  Если температура падает ниже критической точки, мембранные фосфолипиды становятся твердыми. Мембрана теряет текучесть, и движение молекул в ней ограничивается.

  Согласно современной жидкостно-мозаичной модели мембраны (модель Сингера и Николсона), липидный бислой является основой мембраны. Молекулы фосфолипидов расположены в нём так, что их длинные оси параллельны и ориентированы перпендикулярно к поверхности мембраны. Мембрана сохраняется в жидком состоянии благодаря температуре клетки и химическому составу жирных кислот.

  Белки мембраны подразделены на два вида. Молекулы первого типа являются гидрофильными. Эти белки, называемые периферическими, соединены с поверхностью мембраны сравнительно слабыми электростатическими силами. Белки второго вида имеют как гидрофильные, так и гидрофобные группы. Их молекулы более или менее погружены в мембрану, и удерживаются в ней более прочными гидрофобными силами. Некоторые белки пронизывают мембрану от ёё внутренней до внешней поверхностей – интегральные белки (Рис. 2).
  Многочисленные белки мембраны выполняют различные функции (метаболическую, транспортную, рецепторную и т.п.). Функции белков мембраны существенно зависят от строения их молекул.

Рис. 2. Жидкостно-мозаичная модель мембраны: фосфолипидный бислой; периферические и интегральные белки.

Классификация процессов транспорта в биологических мембранах

Мембрана клетки является избирательным барьером для различных веществ, находящихся внутри и снаружи клетки. Существует несколько специфических механизмов транспорта в мембранах. Все он могут быть подразделены на два типа: пассивный и активный транспорт.




Все виды пассивного транспорта основаны на принципе диффузии.Небольшая частица, растворённая в жидкости, постоянно подвергается ударам со стороны окружающих её молекул жидкости.

Результатом этого является хаотическое движение частицы, которое называется броуновским движением.Диффузия является результатом хаотических независимых движений многих частиц. Если концентрация вещества одинаковая в каждой части раствора, то движение частиц хаотично.

При этом существует дрейф частиц из областей, где они расположены более плотно, в области, где частиц меньше.
  Диффузия незаряженных частиц вызывается их концентрационным градиентом и направлена в сторону уменьшения этого градиента.

Частицы вещества перемещаются из области более высокой концентрации вещества в области, где концентрация этого вещества низкая.Диффузия постепенно уменьшает градиент концентрации до тех пор, пока не наступит состояние равновесия.

При этом в каждой точке установится равная концентрация, и диффузия в обоих направлениях будет осуществляться в равной степени.Диффузия является пассивным транспортом, поскольку не требует затрат внешней энергии.  Существует несколько видов диффузии в плазматической мембране: 1) Свободная диффузия.

2) Облегченная диффузия неэлектролитов. 3) Электродиффузия (облегченная диффузия ионов).

  Раствор вещества высокой концентрации обладает более высокой свободной энергией, чем раствор вещества более низкой концентрации. В процессе диффузии энергия рассеивается.Напротив, вещество не может переместиться из области низкой его концентрации в область высокой его концентрации за счёт внутренней энергии. Для этого необходима дополнительная энергия из внешнего источника.

  Для того, чтобы перемещать вещества против их концентрационного или электрохимического градиентов, мембрана использует энергию метаболизма. Такой тип транспорта называется активным транспортом. Есть два основных вида активного транспорта: 1) Первично-активный транспорт. 2) Вторично-активный транспорт.

  Более сложные механизмы транспорта – экзоцитоз и эндоцитоз, в ходе которых макромолекулы поступают в клетку или выделяются из неё через небольшие, окружённые мембраной везикулы.

Свободная диффузия

Вещества, перемещающиеся через мембрану путём свободной диффузии, не образуют каких-либо химических связей с другими веществами.

  Для количественной характеристики диффузии используют физическую величину – поток вещества (J) : J = dn/dt · 1/S    (1),
где n – количество вещества в молях, перемещающихся посредством диффузии через поверхность S, перпендикулярную потоку вещества, за единицу времени.

  Первый закон Фика указывает, что поток вещества, перемещаемого путём диффузии, пропорционален движущей силе диффузии – градиенту концентрации вещества:  J = – D · dC/dx (2).

  Отрицательный знак означает, что поток направлен из области высокой концентрации вещества в область с более его низкой концентрацией, в результате чего градиент концентрации уменьшается. D – коэффициент диффузии, который зависит от природы вещества и температуры:

D = U·R·T (3),

где U – подвижность частиц вещества, R – универсальная газовая постоянная, T – абсолютная температура.

  Если диффузия осуществляется через мембрану, уравнение (2) может быть представлено как                      J = -P · (C1 – C2)   (4),

где C1 и C2 – концентрация раствора внутри и вне клетки, P – коэффициент проницаемости мембраны для данного вещества. Коэффициент проницаемости определяется коэффициентом диффузии D вещества, толщиной мембраны d и коэффициентом распределения вещества K, зависящим от растворимости вещества в органических растворителях, но не воде.
P = Dk/d (5) Проницаемость мембраны для неэлектролитов существенно зависит от их способности растворяться в билипидном слое мембраны. Проницаемость мембраны для различных веществ определяют по растворимости в оливковом масле, которую можно рассматривать как модель мембранных липидов. Таким образом, мембрана хорошо проницаема для липидорастворимых веществ (спирты, эфиры), не имеющих биологического значения. Но такие гидрофильные вещества как сахара, аминокислоты не способны проникать через биологическую мембрану посредством свободной диффузии. Для этого требуются специальные системы транспорта (смотри ниже).

Проницаемость мембраны зависит также от размера молекул. Мелкие молекулы могут проникать через мембрану путём свободной диффузии. Например, вода не растворима в липидах и органических растворителях. Но она проникает через плазматическую мембрану благодаря небольшому размеру молекул.

Проницаемость мембраны для воды очень высокая. Предполагают, что она проникает в мембрану через временные структурные дефекты, формирующихся при тепловых колебаниях хвостиков из жирных кислот.

Эти дефекты (кинки) позволяют перемещаться через мембрану не только молекулам воды, но также другим небольшим гидрофильным молекулам (кислород, углекислый газ).

Облегченная диффузия

Крупные гидрофильные молекулы (сахара, аминокислоты) перемещаются через мембраны с помощью специальных молекул – мембранных переносчиков. Мембранные переносчики представляют собой интегральные белки, которые имеют центры связывания транспортируемых молекул.

Образующаяся связь белка и переносчика является обратимой и обладает высокой степенью специфичности. Транспортируемая молекула проходит через мембрану вследствие изменения конформации белка-переносчика при химическом взаимодействии центров связывания обеих молекул.

Транспорт веществ через мембрану, в котором используются транспортные молекулы, называются облегчённой диффузией. Этот тип транспорта мембраны является одним из видов диффузии, поскольку транспортируемое вещество перемещается по градиенту концентрации. Никакая дополнительная энергия не требуется для этого процесса.

Но облегченная диффузия отличается от свободной диффузии своей высокой специфичностью. Переносчики мембраны могут узнавать даже оптические изомеры одного и того же вещества.
Другой особенностью облегченной диффузии является феномен насыщения.

Поток вещества, транспортируемого путём облегченной диффузии, растёт в зависимости от концентрации вещества только до определенной величины. Затем возрастание потока прекращается, поскольку транспортная система полностью занята.

Таким образом, действие транспортной системы подобное катализу ферментами, однако переносчик не ускоряет химическую реакцию, а перемещает вещество через мембрану.
Существуют некоторые системы переносчиков, которые способны транспортировать более одного вещества.

Процесс называется симпортом (или котранспортом), если вещества перемещаются в одном и том же направлении, и антипортом (встречным транспортом), если направления перемещения веществ противоположны.
Примером облегченной диффузии является действие системы транспорта глюкозы через мембраны эритроцитов и мышечных клеток. Другой пример – антипорт бикарбоната и ионов гидроксила в плазматической мембране эритроцитов.

Электродиффузия

Электродиффузия – диффузия электрически заряженных частиц (ионов) под влиянием концентрационных и электрических градиентов. Ионы – атомы или группы атомов, которые приобретают электрический заряд, теряя или приобретая электроны.

Липидный бислой мембраны непроницаем для ионов. Они могут проникнуть через плазматическую мембрану только посредством специальных структур – ионных каналов, которые образованы интегральными белками.

Движущей силой диффузии является не только разность концентрации ионов внутри и вне клетки, но также разность электрических потенциалов, создаваемых этими ионами по обе стороны мембраны.

Следовательно, диффузионный поток ионов определяется градиентом электрохимического потенциала (электрохимический градиент).

Электрохимический потенциал является энергией ионов:

μ0- стандартный химический потенциал, который зависит от химической природы вещества и температуры, R – универсальная газовая постоянная, T – температура, C – концентрация иона, z – электрический заряд, F – константа Фарадея,  φ – электрический потенциал.

Зависимость потока ионов J от электрохимического градиента определяется уравнением Теорелла:

где U – подвижность ионов, C – концентрация ионов, dμ/dx – электрохимический градиент.

Подставляя (6) в (7), можно получить уравнение Нернста-Планка с учётом двух градиентов, которые обуславливают диффузию ионов:

Ионные каналы мембраны представляют собой интегральные белки мембраны, которые образуют отверстия в мембране, заполненные водой. В плазматической мембране обнаружен ряд ионных каналов, которые характеризуются высокой специфичностью, допускающей перемещение только одного вида ионов. Существуют натриевые, калиевые, кальциевые и хлорные каналы.

Каждый из них имеет так называемый селективный фильтр, который способен пропускать только определённые ионы. Существует несколько теорий, объясняющих избирательность ионных каналов плазматической мембраны.
Проницаемость ионных каналов может изменяться благодаря наличию ворот, определенных групп атомов в составе белков, формирующих канал.

Конформационные изменения ворот переводят канал из открытого состояния в закрытое и наоборот. Механизмы регуляции положения ворот могут отличаться в различных каналах. Некоторые из них открываются при изменениях электрического потенциала мембраны. Другие открываются под действием специфических химических веществ, выполняющих сигнальные функции.

Первично-активный транспорт

Действие пассивного транспорта через мембрану, в ходе которого ионы перемещаются по их электрохимическому градиенту, должно быть сбалансировано их активным транспортом против соответствующих градиентов. В противном случае, ионные градиенты исчезли бы полностью, и концентрации ионов по обе стороны мембраны пришли бы в равновесие.

Это действительно происходит, когда активный транспорт через мембрану блокируют охлаждением или путём использования некоторых ядов. Существует несколько систем активного транспорта ионов в плазматической мембране (ионные насосы): 1) Натрий-калиевый насос. 2) Кальциевый насос. 3) Водородный насос.

Активный транспорт – перенос ионов против их электрохимических градиентов с использованием энергии метаболизма:

Натрий-калиевый насос существует в плазматических мембранах всех животных и растительных клеток. Он выкачивает ионы натрия из клеток и загнетает в клетки ионы калия. В результате концентрация калия в клетках существенно превышает концентрацию ионов натрия.
Натрий-калиевый насос – один из интегральных белков мембраны. Он обладает энзимными свойствами и способен гидролизовать аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ), являющуюся основным источником и хранилищем энергии метаболизма в клетке. Благодаря этому указанный интегральный белок называется натрий-калийиевой АТФазой. Молекула ATФ распадается на молекулу аденозиндифосфорной кислоты (АДФ) и неорганический фосфат. Таким образом, натрий-калиевый насос выполняет трансмембранный антипорт ионов натрия и калия. Молекула насоса существует в двух основных конформациях, взаимное преобразование которых стимулируется гидролизом ATФ. Эти конформации выполняют функции переносчиков натрия и калия. При расщеплении натрий-калиевой АТФазой молекулы ATФ, неорганический фосфат присоединяется к белку. В этом состоянии натрий-калиевая АТФаза связывает три иона натрия, которые выкачиваются из клетки. Затем молекула неорганического фосфата отсоединяется от насоса-белка, и насос превращается в переносчик калия. В результате два иона калия попадают в клетку. Таким образом, при расщеплении каждой молекулы ATФ, выкачиваются три иона натрия из клетки и два иона калия закачиваются в клетку. Один натрий-калиевый насос может перенести через мембрану 150- 600 ионов натрия в секунду. Следствием его работы является поддержание трансмембранных градиентов натрия и калия.

Через мембраны некоторых клеток животного (например, мышечных) осуществляется первично-активный транспорт ионов кальция из клетки (кальциевый насос), что приводит к наличию трансмембранного градиента указанных ионов.

Водородный ионный насос действует в мембране бактериальных клеток и в митохондриях, а также в клетках желудка, перемещающего водородные ионы из крови в его полость.

Вторично-активный транспорт

Существуют системы транспорта через мембраны, которые переносят вещества из области их низкой концентрации в область высокой концентрации без непосредственного расхода энергии метаболизма клетки (как в случае первично-активного транспорта). Такой вид транспорта называется вторично- активным транспортом.

Вторично-активный транспорт некоторого вещества возможен только тогда, когда он связан с транспортом другого вещества по его концентрационному или электрохимическому градиенту. Это симпортный или антипортный перенос веществ.

При симпорте двух веществ ион и другая молекула (или ион) связываются одновременно с одним переносчиком прежде, чем произойдёт конформационное изменение этого переносчика. Так как ведущее вещество перемещается по градиенту концентрации или электрохимическому градиенту, управляемое вещество вынуждено перемещаться против своего градиента.

Ионы натрия являются обычно ведущими веществами в системах симпорта клеток животного. Высокий электрохимический градиент этих ионов создаётся натрий-калиевым насосом. Управляемыми веществами являются сахара, аминокислоты и некоторые другие ионы.

Например, при всасывании питательных веществ в желудочно-кишечном тракте глюкоза и аминокислоты поступают из клеток тонкой кишки в кровь путём симпорта с ионами натрия. После фильтрации первичной мочи в почечных гломерулах, эти вещества возвращаются в кровь той же системой вторично-активного транспорта.

Эндоцитоз и экзоцитоз

Макромолекулы – белки и нуклеиновые кислоты – не могут проникнуть через плазматическую мембрану с помощью механизмов транспорта, рассмотренных выше, из-за своих больших размеров.

При трансмембранном транспорте больших молекул сама плазматическая мембрана подвергается согласованным перемещениям, вследствие которых часть жидкой внеклеточной поглощается (эндоцитоз) или часть внутренней среды клетки выделяется (экзоцитоз).

В процессе эндоцитоза плазматическая мембрана окружает часть внешней среды, формируя вокруг неё оболочку, в результате чего образуется везикула, которая поступает внутрь клетки. При пиноцитозе образуются небольшие, заполненные жидкостью везикулы.

В процессе фагоцитоза формируются большие везикулы, которые содержат твердый материал, например, клетки бактерий.
При экзоцитозе транспортируемое вещество синтезируется в клетке, связывается мембраной в везикулы и экспортируется из клетки. Таким образом транспортируются из клетки специфические белки, нуклеиновые кислоты, нейромедиаторы и т.п.

Источники:

http://www.all-fizika.com/article/index.php?id_article=1976

Источник: http://kineziolog.su/content/transport-veshchestv-cherez-biomembrany

Транспорт веществ через мембрану

6.1. Виды ПАССИВНОГО ТРАНСПОРТА: Термодинамическое описание процессов транспорта веществ через

Пассивный транспорт– транспорт веществ через мембрану, осущестляемый без затрат энергии.

1. Простая диффузия.Небольшие нейтральные молекулы (Н2О, СО2, О2, NH3, мочевина, этанол, гидрофобные низкомолекулярные органические вещества (стероидные гормоны, бензол)) диффундируют через мембрану без участия специальных механизмов. Перенос веществ осуществляется по градиенту концентрации и с низкой скоростью (рис. 27, 1).

2. Облегченная диффузия.Для более крупных полярных молекул (глюкоза, аминокислоты), а также для ионов липидный бислой практически непроницаем, так как его внутренняя часть гидрофобна. Такие вещества переносятся через мембрану также по градиенту концентрации, но с участием мембранных белков.

2а. Перенос с участием ионных каналов. Трансмембранный перенос ряда ионов (Са2+, Na+, K+, C1−) происходит через ионные каналы – белковые структуры, пронизывающие мембрану. Они образуют трансмембранный гидрофильный (заполненный водой) канал.

Избирательность каналов к ионам определяется наличием в белках канала специфического центра связывания иона.Каналы могут быть или закрыты, или открыты. Сигналом для изменения состояния канала являются гормон или иная сигнальная молекула
(рис. 27, 2).

2б. Перенос с помощью трансмембранных белков-переносчиков (транслоказ).Для каждого вещества или группы сходных веществ имеется свой переносчик.

Переносимое вещество присоединяется к транслоказе, в результате чего изменяется ее конформация, в мембране открывается канал, и вещество освобождается с другой стороны мембраны.

Поскольку в канале нет гидрофобного препятствия, то этот механизм называют облегченной диффузией (рис. 27, 3). Пример – облегченная диффузия (унипорт) глюкозы в эритроциты с помощью ГЛЮТ-1.

Рис. 27. Перенос веществ через мембрану:1 – пассивная диффузия,2 – диффузия с помощью ионного канала,3 – диффузия с помощью белка-переносчика,4 – активный транспорт  

Активный транспортвеществ протекает против концентрационного градиента и требует затрат энергии (рис. 27, 4).

Таким способом происходит перенос многих минеральных ионов из межклеточной жидкости в клетку или в обратном направлении, перенос аминокислот из просвета кишечника в клетки кишечника, перенос глюкозы из первичной мочи через клетки канальцев почки в кровь.

Основным источником энергии для активного транспорта является АТФ. Поэтому, как правило, эти системы представляют собой АТФазы.

В зависимости от количества веществ, переносимых через один белок-переносчик, и направления транспорта, различают:

унипорт – транспорт одного вещества;

симпорт – транспорт двух веществ в одном направлении через один переносчик;

антипорт – перемещение двух веществ в разных направлениях через один переносчик (рис. 28).

унипорт симпорт антипорт

Рис. 28. Виды переноса веществ через мембрану

Эта классификация справедлива как для пассивного, так и для активного транспорта. Примером пассивного антипорта является перенос ионов хлора и гидрокарбонат-ионов.

Примером активного антипортаяляется натрий–калиевая АТФаза. Она переносит в клетку ионы калия, а из клетки – ионы натрия.

АТФ-аза присоединяет с внутренней стороны мембраны три иона Na+. Эти ионы изменяют конформацию активного центра АТФазы, и она гидролизует одну молекулу АТФ, присоединяя к себе фосфат.

Выделившаяся энергия расходуется на изменение конформации АТФазы, после чего три иона натрия оказываются на внешней стороне мембраны, а фосфат замещается на 2 иона K+ из внешней среды.

Затем конформация переносчика изменяется на первоначальную, и ионы K+ оказываются на внутренней стороне мембраны. Здесь ионы K+ отщепляются.

Работа Na+,K+-ATФазы создает не только разность концентраций ионов, но и потенциал на мембране. На внешней стороне мембраны создается положительный заряд, на внутренней – отрицательный.

Вторично-активный транспорт.Градиент одного вещества используется для транспорта другого. Переносчик в этом случае имеет специфические центры связывания для обоих веществ.

Вещество транспортируется противградиента своей концентрации путем симпорта или антипорта. Симпорт и антипорт, например, могут происходить за счет энергии градиента концентрации ионов Na+, создаваемого Na+,K+-ATФазой.

Таким способом происходит всасывание аминокислот из кишечника и глюкозы из первичной мочи икишечника.

Пример вторично-активного симпорта – транспорт глюкозы и ионов натрия; вторично-активного антипорта – транспорт ионов кальция и натрия.

Для переноса углеводов, аминокислот и других метаболитов вторично-активный транспорт имеет, по-видимому, наибольшее значение по сравнению с другими механизмами.

Структура и функции мембран нарушаются при ряде заболеваний.

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные мембранные структуры клетки.

2. Каков качественный и количественный состав мембран?

3. Какие липиды входят в состав биологических мембран? Каковы их свойства и функции?

4. В чем различие между периферическими и интегральными белками биологических мембран?

5. Перечислите функции биологических мембран.

6. Какие факторы могут вызвать изменение структуры и проницаемости мембраны?

7. Перечислите виды транспорта веществ через мембраны. Какие из них требуют энергетических затрат?

8. Почему перенос ионов даже по градиенту концентрации происходит только с участием ионных каналов?

9. Какую роль играют АТФ-азы в функционировании биологических мембран?

10. Изобразите схему работы натрий-калиевой АТФазы.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/5_52314_transport-veshchestv-cherez-membranu.html

Пассивный транспорт веществ через мембрану: описание, особенности

6.1. Виды ПАССИВНОГО ТРАНСПОРТА: Термодинамическое описание процессов транспорта веществ через

Что такое пассивный транспорт? Трансмембранное перемещение различных высокомолекулярных соединений, клеточных компонентов, надмолекулярных частиц, которые не способны проникать сквозь каналы в мембране, осуществляется посредством специальных механизмов, например, с помощью фагоцитоза, пиноцитоза, экзоцитоза, переноса через межклеточное пространство. То есть перемещение веществ сквозь мембрану может происходить при помощи различных механизмов, которые подразделяются по признакам участия в них специфических переносчиков, а также по энергозатратам. Ученые подразделяют транспорт веществ на активный и пассивный.

Основные виды транспорта

Пассивный транспорт представляет собой перенос вещества сквозь биологическую мембрану по градиенту (осмотический, концентрационный, гидродинамический и другие), не требующий расхода энергии.

Активный транспорт представляет собой перенос вещества сквозь биологическую мембрану против градиента. При этом расходуется энергия.

Примерно 30 – 40% энергии, которая образуется в результате метаболических реакции в организме человека, тратится на осуществление активного транспорта веществ.

Если рассматривать функционирование человеческих почек, то в них на активный транспорт тратится около 70 – 80% потребленного кислорода.

он подразумевает перенос различных веществ сквозь биологические мембраны по разнообразным градиентам. Такими градиентами могут быть:

  • градиент электрохимического потенциала;
  • градиент концентрации вещества;
  • градиент электрического поля;
  • градиент осмотического давления и прочие.

Процесс осуществления пассивного транспорта не требует каких-либо энергозатрат. Он может происходить при помощи облегченной и простой диффузии. Как нам известно, диффузия представляет собой хаотическое перемещение молекул вещества в разнообразных средах, которое обусловлено энергией тепловых колебаний вещества.

Если частица вещества является электронейтральной, то направление, в котором будет происходить диффузия, определяется разностью концентрации веществ, содержащихся в средах, которые разделены мембраной. К примеру, между отсеками клетки, внутри клетки и вне ее.

Если частицы вещества, его ионы имеют электрический заряд, то диффузия будет зависеть не только от разности концентраций, но и от величины заряда данного вещества, наличия и знаков заряда с обеих сторон мембраны.

Величина электрохимического градиента определяется алгебраической суммой электрического и концентрационного градиентов на мембране.

Пассивный транспорт мембраны возможен, благодаря наличию градиентов концентрации вещества, осмотического давления, возникающего между разными сторонами мембраны клетки или электрического заряда.

К примеру, средний уровень содержащихся в плазме крови ионов Na+ составляет около 140 мМ/л, а содержание его в эритроцитах примерно в 12 раз больше.

Подобный градиент, выражающийся в разности концентраций, способен создавать движущую силу, обеспечивающую перенос молекул натрия в эритроциты из плазмы крови.

Следует отметить, что скорость подобного перехода весьма низкая из-за того, что для клеточной мембраны характерна низкая проницаемость для ионов данного вещества. Гораздо большей проницаемостью данная мембрана обладает в отношении ионов калия. Энергия клеточного метаболизма не используется для совершения процесса простой диффузии.

Скорость диффузии

Активный и пассивный транспорт веществ через мембрану характеризуется скоростью диффузии. Описать ее можно при помощи уравнения Фика: dm/dt=-kSΔC/x.

В данном случае dm/dt представляет собой количество того вещества, которое диффундирует за одну единицу времени, а k представляет собой коэффициент процесса диффузии, который характеризует проницаемость биомембраны для диффундирующего вещества. S равняется площади, на которой происходит диффузия, а ΔC выражает разность концентрации веществ с разных сторон биологической мембраны, при этом x характеризует расстояние, которое имеется между точками диффузии.

Очевидно, что через мембрану наиболее легко будут перемещаться те вещества, которые диффундируют одновременно по градиентам концентраций и электрических полей. Немаловажным условием для осуществления диффузии вещества сквозь мембрану являются физические свойства самой мембраны, ее проницаемость для каждого конкретного вещества.

В силу того, что бислой мембраны сформирован углеводородными радикалами фосфолипидов, обладающих гидрофобными свойствами, вещества гидрофобной природы с легкостью диффундируют через нее. В частности, это относится к веществам, которые легко растворяются в липидах, например, тиреоидные и стероидные гормоны, а также некоторые вещества наркотического характера.

Минеральные ионы и низкомолекулярные вещества, имеющие гидрофильную природу, диффундируют посредством пассивных ионных каналов мембраны, которые сформированы из каналообразующих белковых молекул, а иногда сквозь дефекты упаковки мембраны фосфолипидных молекул, которые возникают в клеточной мембране в результате тепловой флуктуации.

Пассивный транспорт через мембрану – процесс очень интересный.

Если условия нормальные, то значительные количества вещества могут проникать сквозь бислой мембраны только в том случае, если они неполярные и имеют небольшой размер.

В противном случае перенос происходит посредством белков-переносчиков. Подобные процессы с участием белка-переносчика называются не диффузией, а транспортом вещества сквозь мембрану.

Состояния белка-переносчика

Белок-переносчик может находится в двух конформационных состояниях. К примеру, в состоянии А данный белок может обладать сродством с веществом, которое он переносит, его участки для связывания с веществом развернуты внутрь, за счет чего формируется пора, открытая к одной стороне мембраны.

После того, как белок связался с переносимым веществом, изменяется его конформация и происходит его переход в состояние Б. При таком превращении у переносчика теряется сродство с веществом.

Из связи с переносчиком оно высвобождается и перемещается в пору уже по другую сторону мембраны. После того, как вещество перенесено, белок-переносчик снова изменяет свою конформацию, возвращаясь в состояние А.

Подобный транспорт вещества сквозь мембрану называется унипортом.

Низкомолекулярные вещества вроде глюкозы могут транспортироваться сквозь мембрану посредством облегченной диффузии. Такой транспорт может происходить из крови в мозг, в клетки из интерстициальных пространств. Скорость переноса вещества при таком виде диффузии способна достигать до 108 частиц через канал за одну секунду.

Как мы уже знаем, скорость активного и пассивного транспорта веществ при простой диффузии пропорциональна разности концентраций вещества с двух сторон мембраны. В случае же облегченной диффузии эта скорость увеличивается пропорционально увеличивающей разности концентрации вещества до определенного максимального значения.

Выше этого значения скорость не увеличивается, даже несмотря на то что разность концентраций с разных сторон мембраны продолжает увеличиваться.

Достижение такой максимальной точки скорости в процессе осуществления облегченной диффузии можно объяснить тем, что максимальная скорость предполагает вовлечение в процесс переноса всех имеющихся белков-переносчиков.

Какое понятие еще включают в себя активный и пассивный транспорт через мембраны?

Обменная диффузия

Подобный вид транспорта молекул вещества сквозь клеточную мембрану характеризуется тем, что в обмене участвуют молекулы одного и того же вещества, которые находятся с разных сторон биологической мембраны. Стоит отметить, что при таком транспорте веществ концентрация молекул с обеих сторон мембраны абсолютно не изменяется.

Разновидность обменной диффузии

Одной из разновидностей обменной диффузии является обмен, при котором молекула одного вещества меняется на две и более молекул иного вещества.

К примеру, один из путей, по которому происходит удаление положительных ионов кальция из гладкомышечных клеток бронхов и сосудов из сократительных миоцитов сердца – это обмен их на ионы натрия, расположенные вне клетки.

Один ион натрия в этом случае обменивается на три иона кальция. Таким образом, происходит движение натрия и кальция сквозь мембрану, которое носит взаимообусловленный характер. Подобный вид пассивного транспорта сквозь клеточную мембрану называется антипортом.

Именно таким образом клетка способна освободиться от ионов кальция, которые имеются в избытке. Этот процесс является необходимым для того, чтобы гладкие миоциты и кардиомиоциты расслаблялись.

В данной статье был рассмотрен активный и пассивный транспорт веществ через мембрану.

Источник: https://FB.ru/article/331981/passivnyiy-transport-veschestv-cherez-membranu-opisanie-osobennosti

Урок Транспорт веществ через биологическую мембрану

6.1. Виды ПАССИВНОГО ТРАНСПОРТА: Термодинамическое описание процессов транспорта веществ через

Технологическая карта урока

Зайцева Н.В. учитель биологии. Г.Екатеринбург, МАОУ лицей 100

Тема: Биологическая мембрана. Транспорт веществ через биологические мембраны.

Класс: 10 класс

Тип урока: урок усвоения новых знаний

Цель: формирование представлений о структуре клеточной мембраны и ее транспортных системах

Задачи:

Образовательные:

  1. познакомить с краткой историей открытия биомембраны;

  2. углубить знания о строении плазматической мембраны;

  3. рассмотреть основные типы транспортных систем клеточной мембаны;

  4. раскрыть значение этим систем в жизни человека.

Развивающие:

  1. способствовать развитию речи учащихся путем постановки вопроса, требующих развернутого и связного ответа.

  2. создать условия для развития произвольного внимания при объяснении нового материала.

  3. способствовать развитию наглядно-образного мышления при демонстрации презентации, наглядных материалов.

Воспитательные:

  1. создать условия для воспитания у учащихся правильной научной картины мира.

  2. умения планировать учебное сотрудничество со сверстниками и учителем.

Основные термины и понятия:клеточная мембрана, пассивный транспорт, диффузия, осмос, активный транспорт, натрий-калиевый насос, белок-пермиаза, везикулярный транспорт, везикула, эндоцитоз, фагоцитоз, пиноцитоз, экзоцитоз.

Методы обучения: словесные ( беседа, объяснение), наглядные, частично-поисковые, проблемные, работа с текстом презентации.

Формы обучения: фронтальная

Оборудование: ИКТ  презентация «Биологические мембраны»

План урока:

  1. Организационный этап.

  2. Постановка цели и задач урока. Мотивация учебной деятельности учащихся.

  3. Актуализация знаний.

  4. Изучение нового материала

  5. Первичная проверка понимания

  6. Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению

  7. Рефлексия

Ход урока:

приветствие;

фиксация отсутствующих

Приветствует обучающихся, проверяет их готовность к уроку.

-учащиеся встают, приветствуя учителя, готовятся к уроку

Личностные: самоорганизация

Регулятивные: способность регулировать свои действия;

Коммуникативные: планирование учебного сотрудничества с учителем и одноклассниками.

2. Постановка цели и задач урока. Мотивация учебной деятельности учащихся

8 мин.

создать условия для возникновения внутренней потребности включения в деятельность

Что изучает наука «цитология»?

Что такое клетка? Как зовут ученого, в результате открытий которого было введено понятие“клетка”?

Все живые организмы на Земле состоят из клеток, а каждая клетка окружена защитной оболочкой – мембраной

Может кто то знает, что означает мембрана?

Какие у вас ассоциации с этим словом?

Само слово «мембрана» в переводе с латыни означает «кожица, пленка». Мембрана – весьма активная, постоянно работающая структура клетки, на которую природой возложено множество функций.

Сегодня мы с вами поговорим об устройстве клеточной мембраны и о том как проходят вещества внутрь клетки и наружу из клетки.

  1. Объяснение для чего необходимы знания строения и свойства клеточной мембраны и транспортных механизмов.

  2. Рассмотрение истории исследования клеточной мембраны.

Ребята, может быть кто то из вас знает какие были модели и какая модель сейчас является общепринятой?

В 1925 году И. Гортер и А. Грендель показали, что клеточная мембрана представляет собой двойной слой (бислой) из молекул липидов. 

В 1935 году Дж. Даниэлли и Х. Доусон показали, что в клеточной мембране, помимо липидов, содержатся белки. Так возникла модель «сэндвича», в которой плазматическая мембрана представлялась в виде двух слоев белков, между которыми располагался липидный бислой.

Почему модель мембраны, созданную учеными Давсоном и Даниэли, назвали «модель сэндвича»? (Для справки: сэндвич – закрытый бутерброд).

1972 году С.Д. Сингером и Г.Л. Николсоном была предложена жидкостно-мозаичная модель мембраны

Чем модель клеточной мембраны, созданная учеными Сингером и Николсоном, отличается от модели, созданной Давсоном и Даниэли?

Почему проводится аналогия второй модели с бушующим морем, в котором плавают айсберги? Какое органическое вещество символизирует айсберги, а какое – бушующее море?(где мембранные белки «плавают» в жидком липидном бислое, как айсберги в открытом море. При этом предполагалось, что белки никак не упорядочены и могут свободно перемещаться в мембране).

-Ребята, а попробуйте дать определение клеточной мембране.

Клеточной мембраны её еще называют цитоплазматическая мембрана (плазмалемма) или биомембрана — которая представляет основную, универсальную для всех клеток часть поверхностного аппарата. Ее толщина составляет около 5-10 нм. (нанометров).

Давайте посмотрим на современную модель и ответим, что является основным компонентом?

Вспомните функции белков и свойства липидов.

Строение фосфолипида.

Фосфолипид состоит из полярной гидрофильной головкой и неполярными гидрофобными хвостами, представленные цепями жирных кислот. В цитоплазматической мембране гидрофильные головки обращены к наружной и внутренней сторонам мембраны, а гидрофобные хвосты — внутрь мембраны

С липидным бислоем связаны молекулы белков.

Типы белков клеточной мембраны.

которые могут пронизывать его насквозь их называют интегральные, или трансмембранные, белки, погружаться в него частично – это полуинтегральные белки или примыкать с наружной или внутренней стороны – периферические белки.

Углеводный компонент

В состав мембран может входить углеводный компонент (10%), представленный олигосахаридными или полисахаридными цепочками, связанными с молекулами белков (гликопротеиды) или липидов (гликолипиды). Углеводы располагаются обычно на наружной поверхности мембраны и выполняют рецепторные функции.

Появление мембраны в эволюции – крупнейший ароморфоз. Благодаря этому содержимое клетки стало отграничено от внешней среды.

ПОМНИМ! У животной клетки под оболочкой понимается мембрана + гликокаликс.

У растительных клеток помимо мембраны снаружи имеется еще толстая целлюлозная оболочка — клеточная стенка – выполняет опорную функцию за счет жесткого наружного слоя, придающего клеткам четкую форму.

-учащиеся высказывают свои предположения

-называют ассоциации на заданную тему

-учащиеся записывают тему урока

-учащиеся делают необходимые записи в тетради (отмечают современную модель Николсона и Сингера)

-учащиеся высказывают свои предположения

-учащиеся анализируют два типа модели и делают выводы

-учащиеся высказывают свое предположение

-записывают определение

-учащиеся анализируют рисунок, называют основные компоненты

-зарисовывают схематично клеточную мембрану.

-учащиеся высказывают свое предположение

-учащиеся зарисовывают строение фосфолипида

-отмечают типы белков

-отмечают углеводные хвостики

Личностные: самоорганизация

Регулятивные: способность регулировать свои действия;

Познавательные: структурирование знаний, самостоятельное создание алгоритмов деятельности при решении поставленной проблем

Коммуникативные: планирование учебного сотрудничества с учителем и одноклассниками; умение строить речевое высказывание в соответствии с поставленными  задачами; умение оформлять свои мысли в устной форме.

3.Изучение нового материла

20-25 мин.

Организовать осмысленное восприятие знаний о селекции как науки. Создать условия для развития умения устанавливать причинно-следственные связи между знания уже изученного и нового материала

Свойства мембран.

а) Подвижность.

Липидный бислой по существу – жидкое образование, в пределах плоскости которого молекулы могут свободно передвигаться – “течь” без потери контактов в силу взаимного притяжения (демонстрация перетекание жидкости в стенке мыльного пузыря, висящего на пластмассовой трубочке). Гидрофобные хвосты могут свободно скользить друг относительно друга.

б) Способность самозамыкаться.

(демонстрация, как при протыкании мыльного пузыря и последующего извлечения иглы целостность его стенки сразу же восстанавливается). Благодаря этой способности клетки могут сливаться путем слияния их плазматических мембран (например, при развитии мышечной ткани).

в) Избирательная проницаемость. Для того чтобы клетка нормально функционировала должен быть налажен транспорт и пограничный контроль. Плазматическая мембрана охраняют свою клетку как спец.объект. Так например, через двойной слой липидов свободно проходят, а сеть вещества которые проходят через специальные мембранные каналы или белки переносчики

Выделяют ряд важнейших функций, которые выполняют клеточные мембраны:

структурная (входят в состав большинства органоидов);

барьерная (Мембрана отделяет клеточное содержимое от внешней среды, предохраняет клетку от попадания в нее чужеродных веществ и обеспечивает поддержание постоянства внутриклеточной среды),

регуляция обменных процессов;

рецепторная (На наружной поверхности мембраны расположены рецепторные участки, где происходит связывание гормонов и других регуляторных молекул),

и транспортная.

Представьте, что веществам надо проникнуть в клетку. Для этого необходимо преодолеть плазматическую мембрану. Какие известные способы проникновения веществ вы можете вспомнить?

???????

Различают два основных виды переноса, пассивный и активный. Пассивный еще называют диффузия.

Как вы понимаете, что такое диффузия?

И так, если вещество движется через мембрану из области с высокой концентрацией в сторону низкой концентрации (т.е. по градиенту концентрации этого вещества) и осуществляется без затрат энергии такой транспорт называют пассивным или диффузным. Онв свою очередь делится на простую и облегченную диффузию, осмос.

При простой диффузии наблюдается самопроизвольное перемещение веществ через мембрану из области, где концентрация этих веществ выше, в область, где их концентрация ниже. Путем простой диффузии через плазмалемму могут проходить небольшие молекулы (например, Н20, 02, С02, мочевина) и ионы. Как правило, это неполярные вещества. Простая диффузия происходит относительно медленно

Для ускорения диффузного транспорта существуют мембранные белки-переносчики.Они избирательно связываются с тем или иным ионом или молекулой (полярные молекулы и ионы) и переносят их через мембрану. Такой тип транспорта называется облегченной диффузией. Скорость переноса веществ при облегченной диффузии во много раз выше, чем при простой.

Вода поглощается клеткой преимущественно путем осмоса. Осмос — это диффузия воды через полупроницаемую мембрану, вызванная разностью концентраций. Осмос как одну из форм диффузии, при которой перемещаются только молекулы воды.

Транспорт, который осуществляется в случае, когда перенос против градиента концентрации -называется пассивным транспортом. Такой перенос требует затраты энергии клеткой. Активный транспорт служит для накопления веществ внутри клетки.

Для активного транспорта имеются специальные насосы, работающие с использованием энергии. Источником энергии часто является АТФ.

Активный транспорт имеет решающее значение, поскольку обеспечивает избирательное концентрирование необходимых для жизнедеятельности клетки веществ.

Осуществляют транспорт веществ, специальные механизмы, это ионные насосы или АТФ-азы.

Существует три ионных насоса:

  • Натрий-калиевые (Na/K – АТФаза)

  • Кальциевые насосы (Са – АТФаза)

  • Протонные насосы (H – АТФаза)

Все АТФ-насосы являются трансмембарнными белками – пермеаз. Эти белки могут проводить в одном направлении одно вещество (унипорт – натрий) или несколько веществ одновременно в одном направлении (симпорт – хлор, аминокислоты, сахароза), или же два вещества в противоположном направлении (антипорт – магний, натрий, марганец). Так, глюкоза может входить в клетки симпортно вместе с ионом Na+.

В зависимости от источника используемой энергии активный транспорт подразделяется на два типа: первично активный и вторично активный. Для первично активного транспорта энергия извлекается непосредственно при расщеплении АТФ или некоторых других высокоэнергетических фосфатных соединений. Одним из наиболее распространенных первично-активным транспорт является натрий-калиевый насос (видео).

Вторично активный транспорт обеспечивается вторичной энергией, накопленной в форме разности концентраций побочных веществ, молекул или ионов, по обе стороны клеточной мембраны, созданной первоначально первично активным транспортом. Например, мембрана клеток слизистой оболочки тонкого кишечника содержит белок, осуществляющий перенос (симпорт) глюкозы и Na+ в самые высокие клетки  эпителия слизистой оболочки дыхательных путей.

Своеобразной и относительно хорошо изученной разновидностью мембранного транспорта является везикулярный транспорт.

Может кто-то занет как осушествляется такой тип переноса веществ? Что такое везикула? Как вы понимаете?

Везикула – дословно переводится как упакованный мешочек. В зависимости от того, в каком направлении переносятся вещества (в клетку или из нее), различают два вида этого транспорта — эндоцитоз и экзоцитоз.

Эндоцитоз — поглощение клеткой внешних частиц путем образования мембранных пузырьков. Выделяют такие разновидности эндоцитоза как: фагоцитоз и пиноцитоз.

Скажите, что это за процесс фагоцитоз? Где вы с ним встречались раньше?

Фагоцитоз – клеточный процесс, при котором встроенные в мембрану клетки-фагоциты захватывают и переваривают твердые частички питательных веществ. В человеческом организме фагоцитоз осуществляется мембранами двух типов клеток: гранулоцитов (зернистых лейкоцитов) и макрофагов (иммунных клеток-убийц);

Пиноцитоз – процесс захвата поверхностью клеточной мембраны соприкасающихся с нею молекул жидкости.

Экзоцитоз – процесс, обратный

 эндоцитозу; из клеток выводятся 

непереварившиеся остатки твёрдых 

частиц и  жидкий секрет.

-учащиеся записывают свойства клеточной мембраны

-записывают функции мембраны

-выдвигают свои мысли о возможности проникновения вещества в клетку

-учащиеся отмечают в тетради виды переноса веществ

-схематично зарисовывают простую диффузию и делают комментарии к рисунку

– схематично зарисовывают облегченную диффузию и делают комментарии к рисунку

– схематично зарисовывают осмос и делают комментарии к рисунку

-делают записи в тетради

-зарисовывают механизм работы натрий-калиевого насоса

-учащиеся высказывают свое предположение

-учащиеся записывают определения и схематично зарисовывают

Личностные: осмысление мотивов своих действий при выполнении заданий; формировать положительное отношение к учению, к познавательной деятельности,  желание приобрести новые знания,  умения осознавать свои ошибки и стремиться их преодолевать;

Регулятивные: умения организовывать свою деятельность; планирование своей работы при выполнении задания; контроль за выполнением работы;  умение определять успешность своего задания;

Познавательные: умения результативно мыслить и работать с информацией; умение работать с учебником и составлять таблицу; поиск и выделение необходимой информации; умение выявлять сущность, особенности объектов; умение на основе анализа объектов делать выводы;

Коммуникативные: умения общаться, взаимодействовать со сверстниками и педагогом;

4.Закрепление полученных знаний

5 мин.

Соотнесение поставленных задач с достигнутым результатом, фиксация нового знания, постановка дальнейших целей

Задание. Проанализируйте предлагаемые ситуации, проведите соответствующие аналогии и ответьте, о каких видах транспорта через мембрану идет речь.

А) Ты стоишь в толпе на автобусной остановке. Подходит пустой автобус. Люди начинают заполнять автобус. Это происходит достаточно легко. На остановке становится более свободно, а автобус равномерно заполнен. (пассивный)

Б) Ты стоишь на остановке один. Подходит переполненный автобус, а тебе нужно непременно уехать. Необходимо поработать локтями, чтобы зайти в автобус. Правда, тебе может помочь кто-то из сердобольных пассажиров.(активный)

-учащиеся анализируют предложенные ситуации делают вывод.

Личностные: самоорганизация

Регулятивные: умения организовывать свою деятельность; планирование своей работы при выполнении задания; контроль за выполнением работы;  умение определять успешность своего задания;

Коммуникативные: умение строить речевое высказывание в соответствии с поставленными  задачами; умение оформлять свои мысли в устной форме.

5.Домашнее задание

2 мин.

Инструкция по выполнению домашнего задания

  1. Оформить свои записи(определения, схематичные рисунки)

Учащиеся записывают задание в дневник. Задают вопросы по его выполнению.

Личностные: умение оценивать усваиваемое содержание;

Коммуникативные: умения общаться, взаимодействовать со сверстниками и педагогом; умение строить речевое высказывание в соответствии с поставленными  задачами; умение оформлять свои мысли в устной форме.

6.Рефлексия

3 мин.

Осмысление процесса и результата деятельности

Учащиеся свое мнение.

Называют основные позиции нового материала и как они их усвоили (что получилось, что не получилось и почему)

Личностные: умение осуществлять анализ собственной деятельности; планирование дальнейших шагов для достижения цели.

Регулятивные: выделение и осознание учащимся того, что уже усвоено и что еще подлежит усвоению, осознание качества и уровня усвоения; умения организовывать свою деятельность; планирование своей работы при выполнении задания

Коммуникативные:способность к критическому мышлению; умение представить себя; выслушивать и принимать во внимание взгляды других людей.

Источник: https://infourok.ru/urok-transport-veschestv-cherez-biologicheskuyu-membranu-2682314.html

Medic-studio
Добавить комментарий