МедУнивер - MedUniver.com Все разделы сайта Видео по медицине Книги по медицине Форум консультаций врачей  
Рекомендуем:
Генетика:
Генетика
Аномалии хромосом
Биология клетки
Генетика врожденных пороков
Генетика рака - опухолей
Молекулярная генетика
Наследственные синдромы
Цитогенетика - исследование хромосом
Лечение наследственных болезней
Фармакогенетика
Форум
 

Обмен веществ через пламатическую мембрану и ее значение в гомеостазе клетки

Основные положения:
• Гидрофильные молекулы не могут проникать через липидный бислой
• Плазматическая мембрана в большей степени проницаема для воды, чем для ионов
• По обеим сторонам мембраны в результате различного ионного состава среды создается осмотическое давление
• Плазматическая мембрана обладает специальными системами транспорта ионов и других растворимых компонентов в клетку и их выхода из нее
• Системы транспорта дают клетке возможность поддерживать постоянство состава внутриклеточной среды отличным от внешнего окружения
• В мембрану встроены ионные каналы — белковые структуры, позволяющие ионам проходит через мембрану, при этом они остаются в водном окружении

Для поддержания существования клетки как целого плазматическая мембрана выполняет несколько функций:
• Мембрана поддерживает содержимое клетки в ограниченном объеме.
• Она обусловливает различия в составе компонентов, находящихся в водной среде клетки и вне нее.
• В мембране содержатся белковые комплексы, контролирующие поступление в клетку различных молекул и выход их из клетки.
• В мембране находятся системы, обеспечивающие обмен сигналами между содержимым клетки и окружающей средой.

Проницаемость плазматической мембраны
В отличие от гидрофобных молекул и молекул воды,
ионы не могут быстро проникать через липидный бислой.

Присущие мембране свойства создают для клетки необходимость регулировать транспорт воды и ионов, иллюстрирует проницаемость мембраны для гидрофобных соединений. Различие в проницаемости мембраны для молекул воды и ионных растворов имеет очень важное последствие — возникновение осмотического давления. Оно обусловлено различной концентрацией растворенных соединений по обеим сторонам мембраны.

Скорость, с которой, например, ионы натрия или калия могут диффундировать через липидный бислой, составляет 10-10 от скорости диффузии воды. В результате, когда на одной стороне мембраны создается разница в концентрации ионов, молекулы воды проходят через мембрану и концентрация растворенных соединений по обе ее стороны становится одинаковой.

Если бы в клетке отсутствовал механизм контроля над концентрацией растворов, то в результате возникновения осмотического давления она бы сжималась или разбухала во всех случаях, когда концентрация растворенных веществ в окружающей среде оказывалась бы выше или ниже, чем внутри нее. Таким образом, размеры клетки менялись бы в зависимости от окружающей среды.

В экстремальных случаях это могло бы оказаться для нее роковым, либо за счет сжатия в массу, неспособную функционировать, либо за счет разрыва.

В таких случаях клетка реагирует на создавшуюся ситуацию, контролируя движение ионов и воды через плазматическую мембрану. Способность клетки к поддержанию постоянства состава внутренней среды называется гомеостазом. Это важнейшая функция всех клеток, независимо от того, составляют ли они одноклеточный или многоклеточный организм. В клетках животных основная роль гомеостаза заключается в контроле величины осмотического давления, регулируя ионный состав таким образом, чтобы избежать накопления воды.

Транспорт воды через плазматическую мембрану
Движение воды через мембрану определяется величиной осмотического давления.
Направление движения зависит от относительных концентраций растворенных веществ по обеим сторонам мембраны.

Для поддержания гомеостаза необходимо регулировать поступление в клетку или выход из нее ионов и молекул воды.

Гомеостаз для одноклеточных организмов необходим, поскольку состав внешней среды может существенным образом меняться. Для многоклеточных гомеостаз дает возможность индивидуальным клеткам поддерживать состав внутренней среды, отличный от состава внеклеточных жидкостей. Обычно во внутренней среде клетки содержится больше ионов калия, но меньше натрия и кальция, чем во внешней среде.

На рисунке показано, что транспорт через клеточную мембрану обеспечивается присутствием в липидном бислое белковых комплексов, образующих каналы. Наружная поверхность этих комплексов примыкает к липидному бислою, однако их внутренняя поверхность находится в водном окружении. Ионы растворенных веществ или гидрофильные белки проходят через водный канал, даже не контактируя с липидным бислоем. Каналы обладают специфичностью в отношении пропускания различных субстратов.

Механизм, регулирующий транспорт ионов через мембрану, зависит от того, движутся ли они из области высокой концентрации в область низкой или в противоположном направлении. Различие в концентрации ионов внутри и снаружи клетки создает трансмембранный градиент. Когда ионы движутся по градиенту, т. е. со стороны мембраны, где их концентрация высока, в сторону более низкой концентрации, их продвижение обеспечивается ионным каналом. Когда возникает необходимость движения ионов против градиента концентрации, то функционирует белок-переносчик, и для этого процесса необходима энергия (Основными типами транспортных мембранных белков являются каналы и переносчики).

Водные каналы мембраны
Белковые комплексы, интегрированные в мембрану,
представляют собой водные каналы (поры), через которые происходит транспорт ионов и небольших молекул.

Если бы канал просто обеспечивал прохождение водной среды через мембрану, то концентрация ионов на входе и выходе быстро бы выравнивалась. Для того чтобы поддерживать постоянную концентрацию ионов в среде, находящейся по обеим сторонам канала, на время отсутствия транспорта он закрывается. Способность канала открываться и закрываться называется гейтинг. Как показано на рисунке, закрытие и открытие канала происходят в результате конформационных изменений, которые позволяют ионам проходить через канал или блокируют этот процесс.

Открытие и закрытие канала контролируется небольшими молекулами, выполняющими роль лигандов, изменениями электрического потенциала или температуры.

Наряду с механизмами, которые обеспечивают контроль за транспортом метаболитов, во всех клетках присутствуют аквапорины, переносящие через плазматическую мембрану воду (Селективный транспорт воды происходит через аквапориновые каналы). Аквапорины переносят воду сквозь особый канал в ответ на изменение осмотического давления.

Контроль за осмотическим давлением в клетках растений происходит по-другому. В этих клетках вода накапливается в специальных компартментах, которые называются вакуоли. Внутреннее давление сдерживается жесткой клеточной стенкой, и это фактически служит механизмом, регулирующим степень набухания клетки (Рост клетки регистрируется путем набухания вакуолей).

Механизмы открытия и закрытия ионного канала

Видео состав и строение клеточной мембраны

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

- Также рекомендуем "Эндосимбиоз - клетки внутри клеток"

Оглавление темы "Строение клеток":
  1. Общие свойства клеток и их различия
  2. Клетка как первоисточник жизни и самовоспроизводящаяся структура
  3. Клетка прокариот бактерий и архей
  4. Свойства прокариот и требования к условиям жизни
  5. Строение клетки эукариот (эукариотическая клетка)
  6. Органеллы клеток и их мембраны
  7. Ядро клетки и ядерная оболочка
  8. Обмен веществ через пламатическую мембрану и ее значение в гомеостазе клетки
  9. Эндосимбиоз - клетки внутри клеток
  10. Структуры передачи наследственной информации клеток
Медунивер Мы в Telegram Мы в YouTube Мы в VK Форум консультаций врачей Контакты, реклама
Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.