Транспорт веществ в клетку

Живые организмы представляют собой открытые системы, которые нуждаются в поступлении веществ и энергии извне.

Поступление веществ в клетку называется эндоцитоз («эндо» = внутрь, «цито» = клетка), а их выделение из клетки – экзоцитоз («экзо» = наружу).

Существует два типа проникновения веществ в клетку через мембраны: пассивный и активный транспорт.

• Перенос веществ через мембрану
• По градиенту концентрации (из области большей концентрации в область меньшей).
• Без затрат энергии.

• «Просачивание» молекул через билипидный слой или белковые поры.
• Путём простой диффузии в клетку проникают гидрофобные вещества (O₂, N₂, бензол) и полярные маленькие молекулы (CO₂, H₂O, мочевина). Не проникают полярные относительно крупные молекулы (аминокислоты, моносахариды), заряженные частицы (ионы) и макромолекулы (ДНК, белки). Не требует затрат АТФ.
• Не проникают полярные относительно крупные молекулы (аминокислоты, моносахариды), заряженные частицы (ионы) и макромолекулы (ДНК, белки).

• Диффузия вещества по градиенту его концентрации, которая осуществляется с помощью специальных погружённых в мембрану транспортных белков-переносчиков. Не требует затрат АТФ.

• Проникают полярные относительно крупные молекулы (аминокислоты, моносахариды), заряженные частицы (ионы) и макромолекулы (ДНК, белки).

• Процесс односторонней диффузии растворителя в сторону большей концентрации растворённого вещества из области с меньшей концентрацией растворенного вещества через полупроницаемую мембрану.
• Перенос растворителя через мембрану обусловлен осмотическим давлением: система пытается выровнять концентрацию раствора в обеих средах, разделённых мембраной.
• Существует явление обратного осмоса – обратной диффузии растворителя.

Активный и пассивный транспорт

• Перенос вещества через мембрану или слой клеток
• Против градиента концентрации (из области меньшей концентрации в область большей).
• С затратой энергии АТФ.

К активно транспортируемым веществам относят ионы натрия, калия, кальция, железа, водорода, хлора, йода, мочевой кислоты, некоторые сахара и большинство аминокислот.

Механизм активного транспорта лучше всего изучен для натрий-калиевого насоса (Na+/K+-нaсоса) – транспортного процесса, который выкачивает ионы натрия через мембрану клетки наружу и в то же время закачивает в клетку ионы калия.

• Насос отвечает за поддержание различной концентрации ионов натрия и калия по обе стороны мембраны, а также за наличие отрицательного электрического потенциала внутри клеток.
• Работа насоса. Когда 2 иона калия связываются с белком-переносчиком снаружи и 3 иона натрия связываются с ним внутри, активируется АТФ-азная функция белка. Это ведет к расщеплению 1 молекулы АТФ до АДФ с выделением энергии высокоэнергетической фосфатной связи. Полагают, что эта освобожденная энергия вызывает изменение молекулы белка-переносчика, в результате 3 иона натрия перемещаются наружу, а 2 иона калия – внутрь клетки.

Калий-натриевый насос

• От греч. «фаго» – пожирать
• Поглощение клеткой твердых органических веществ. Выросты мембраны окружают твёрдую частицу и образуют углубление, которое отпочковывается внутрь клетки и образуется пузырёк – фагосома.
• Фагоцитоз свойственен простейшим, кишечнополостным, лейкоцитам, а также клеткам капилляров костного мозга, селезенки, печени, надпочечников.

• От греч. «пино» – пью
• Поглощения клеткой капель жидкости с растворёнными веществами. Механизм поглощения схож с механизмом фагоцитоза.
• Пиноцитоз характерен для животных клеток.

а) фагоцитоз и б) пиноцитоз

*Прочитайте темы “Метаболизм. Основные понятия” и “Энергетический обмен в клетке” и выполните тестирование.