Постъпване и разход на вещества

Приемът и разходът на вещества принадлежат към основните процеси и е условие за съществуването на клетката. Тази комуникация се осъществява през клетъчните повърхности, които отделят клетката от външната среда. От голямо значение в тази комуникация е цитоплазматичната мембрана, която е полупропусклива, селективно проникваща необходимите вещества към и от клетката. Благодарение на химическата си структура, тази мембрана също така позволява да преминат по-големи молекули или клетъчни части. След клетъчна смърт плазмената мембрана става пропусклива.

Клетката получава веществата, необходими за:

• покритие на потреблението на енергия (захари, мазнини)
• клетъчна структура (захари, протеини)
• контрол на клетъчната активност (протеини, хормони, ензими)
• ход на метаболитните процеси (вода, йони, витамини)

Клетката отделя вещества, които:

• не се нуждае или са вредни за него (въглероден диоксид, урея)
• се нуждаят от други клетки (ензими, витамини, хормони)
• са необходими за защита (антитела)

Разграничаваме три основни типа трансфер на вещества:

1. пасивен транспорт - протича без консумация на енергия
2. активен транспорт - необходима е енергия за пренос на вещества през мембраната
3. цитоза - трансфер на големи молекули и цели частици по време на ремоделиране на мембраната

Пасивна транспортна връзка

Пасивен транспорт означава трансфер на биомолекули от атомна или нискомолекулна природа през биомембрани без консумация на енергия. Това е процес, зависим от градиента на концентрация на разтвореното вещество и пропускливостта на мембраната. Включваме дифузия и осмоза.

Дифузионна връзка

Това е движението на молекули, атоми и йони от място с по-висока концентрация към място с по-ниска концентрация, т.е. след градиент на концентрация. Скоростта и степента на дифузия се различават от разликата в концентрацията на веществото (разтвореното вещество) от двете страни на биомембраната. Процесът спира, когато концентрацията на веществото от двете страни на мембраната е нарушена, т.е. когато елиминира градиента на концентрация. Това прехвърля кислород, въглероден диоксид, органични неелектролити (алкохол, урея), както и някои отрови и оцветители.

Улеснена дифузия представлява движението на молекулите през биомембраната, използвайки специфични протеинови транспортери, вградени в мембраната. По този начин напр. глюкоза, тъй като е неразтворима в мазнини и молекулата е твърде голяма, за да премине през мембранните пори. Въпреки че като транспортер е необходим специфичен протеин, този процес протича след градиент на концентрация без консумация на енергия.

Връзка за осмоза

От физическа гледна точка това е еднопосочното преминаване на молекули разтворител през полупропусклива мембрана. В биологичен смисъл това всъщност е специално име за дифузия на водни молекули. Движещата сила е разликата в концентрациите на осмотично активни частици. Осмозата зависи от градиента на концентрацията.

Осмозата може да бъде демонстрирана върху разтвор на NaCl и чиста дестилирана вода, които са разделени от полупропусклива мембрана, позволяваща преминаването на водни молекули, но не и Na + и Cl - йони. Водата "се опитва" да разреди разтвора от противоположната страна на мембраната, което може да се види на покачващото се ниво на разтвора на NaCl и обратно, спадащото ниво на дестилирана вода. Осмотичното налягане (Π) (изразено в паскали [Pa]) е физическа величина, чиято стойност е налягането, при което трябва да действаме върху течността, за да предотвратим осмозата (т.е. че разликата в нивата Δh = 0). Поддържането на постоянно осмотично налягане е жизненоважно както за клетката, така и за тялото.

Клетката може да абсорбира или губи вода осмотично в зависимост от концентрацията на осмотично активни частици в извънклетъчната среда и вътре в клетката, респ. в клетъчния сок на вакуоли на растителна клетка. От тази гледна точка различаваме няколко осмотични стойности на околната среда:

Изотонична среда (гр. iso = същото; tonos = напрежение) има същата осмотична стойност като клетката, така че няма воден поток в която и да е посока.

Хипертонична среда (гр. хипер = по-горе) има по-висока концентрация на осмотично активни частици и клетката губи вода в такава среда, намалява обема си. Среща се в растителна клетка плазмолиза (това е изтеглянето на протопласта от клетъчната стена). Плазмолиза може да се наблюдава чрез осоляване на нарязана краставица. Солта черпи вода от протопластите на клетките. Свиване се случва в животинската клетка, посочено като плазмориза. Това се случва например, когато втриваме алкохол в кожата си. Обратният процес, т.е. балансиране на осмотичното ниво на клетката и околната среда е посочено като деплазмолиза. В края му възниква изотонично състояние.

Активна транспортна връзка

Това е трансфер на молекули срещу градиента на концентрация, т.е. от места с по-ниска концентрация към места с по-висока концентрация. За целта се изразходва енергия, която идва от хидролитичното ензимно разцепване на АТФ (аденозин трифосфат). АТФ съдържа макроергични химически връзки между фосфатите, които при разцепване отделят химическа енергия, използваема за други биохимични процеси. Активният транспорт дава възможност за улавяне на определени йони или молекули от външната среда, дори ако те се срещат в околната среда в много ниски концентрации. Той представлява известна независимост на клетката от околната среда.

Активен транспорт се извършва от протеинови транспортери, които са мембранни протеини, които активно транспортират молекули през биомембраните. Принципът е подобен на този в случай на улеснена дифузия, но противоречи на градиента на концентрация на прехвърлената молекула. Пристанищният транспорт работи в няколко стъпки:

1. носителят разпознава и улавя молекулата на повърхността на мембраната
2. чрез промяна на конформацията (структурата) на транспортера настъпва трансфер (транслокация) на молекулата от другата страна на биомембраната (този процес се поддържа от АТФ хидролиза)
3. освобождаването на молекулата от транспортера от другата страна на биомембраната възстановява първоначалната конформация на транспортера

Пример за активен транспорт от превозвачи е натриево-калиева помпа. Това е трансмембранен протеинов транспортер, който транспортира натриевите катиони (Na +) от клетката и калиевите катиони (K +) в клетката чрез консумация на АТФ. За една молекула АТР 3 молекули Na + се прехвърлят от клетката и 2 молекули K + в клетката. Последицата от този процес е появата на отрицателен електрически потенциал от вътрешната страна на биомембраната спрямо външната. Натриево-калиевите помпи изобилстват в нервните клетки.

Връзка за цитоза

Големите молекули и цели частици вещества, които не могат да проникнат в клетката по гореспоменатите начини, преминават през плазмения механизъм на мембранния поток. Тези процеси наричаме още цитози. Това са много динамични процеси, които включват сливане на мембраните и везикулация (разцепване на везикулите). Те се провеждат на повърхността на клетките, между клетките и вътре в клетките.

Според посоката, в която се случва пренасянето на частици, различаваме:

• ендоцитоза - към клетката
• екзоцитоза - от клетката

Ендоцитозна връзка

Ендоцитозата е поглъщане на вещества в клетката. Докато пасивният и активен транспорт се среща във всички клетки, ендоцитозата се среща само в някои. Различаваме три вида ендоцитоза:

1. фагоцитоза
2. пиноцитоза
3. медиирана от рецептори ендоцитоза

Фагоцитоза е поглъщането на твърди вещества в клетката. Той я наблюдаваше МЕЧНИКОВ през 1883. Използвайки микрофиламенти, той създава клетка чорапи (псевдотела), който обгръща частиците и ги затваря фагоцитна вакуола.

Фагоцитозата е основен прием на храна в протозоите. Фагоцитозата служи като неспецифичен вроден имунитет, достъпен за имунокомпетентни клетки при многоклетъчни животни. Фагоцитозата участва в усвояването на бактерии, мъртви и износени клетки (еритроцити в далака). Фагоцитните клетки имат способността да се движат амебно.

Пиноцитоза представлява усвояването на вещества под формата на разтвор. Той го описа за първи път ЛЮИС през 1931 г. Поглъщането на вещества става чрез проникване в плазмената мембрана в клетката и създаване на депресия, която се увеличава, докато не се откъсне чрез удушаване под формата на малък пикочен мехур. - пиноцитна вакуола - с транспортираното вещество (терминът ендозома за идентифициране на везикули, които са резултат от различни форми на ендоцитоза). Ендозомите се сливат с първични лизозоми, за да образуват вторични лизозоми.

Фагоцитозата и пиноцитозата не са много специфични процеси на прием на вещества. Ендоцитоза, медиирана от рецептор за разлика от това, това е специфичен процес, който се концентрира в определени области на клетъчната повърхност с изобилие от рецептори, които свързват специфичен тип молекула (лиганд). Свързването на достатъчен брой лиганди към рецепторите ще доведе до инвагинацията на тази част от мембраната заедно с рецепторно-лигандния комплекс. По този начин напр. желязо, свързано със специфичен протеин - трансферин, който се разпознава от трансфериновите рецептори на повърхността на червените кръвни клетки.

Екзоцитозна връзка

Екзоцитозата е процес на доставяне на по-големи молекули, които не могат да преминат през плазмената мембрана чрез дифузия. По принцип това е обратният процес на ендоцитозата. Такива молекули преминават във външната среда под формата на везикули - екзоцитни везикули. Везикулът обикновено се образува от мембраната на ендоплазмения ретикулум или диктиозомите на апарата на Голджи. Транспортираните везикули постепенно се свързват с цитоплазматичната мембрана и след сливането им съдържанието им се екскретира във външната среда.

По този начин от клетките се отделят отпадъчни вещества, полизахариди на растителните клетъчни стени, молекули на извънклетъчната матрица, извънклетъчни ензими, кръвни протеини, антитела, хормони, невротрансмитери.

• Оптимален калориен прием за мъже и жени - Форум
• Ще знаете тези 7 естествени вещества, които ще ви помогнат да отслабнете
• Оптимален прием на сол и кръвно налягане
• Оптимален калориен прием за мъже и жени
• Чернодробна - пречиствателна станция