Właściwości błon komórkowych Błona komórkowa, dzięki swojej
Transkrypt
Właściwości błon komórkowych Błona komórkowa, dzięki swojej
Właściwości błon komórkowych Błona komórkowa, dzięki swojej molekularnej budowie jest selektywnie przepuszczalna dla różnych związków. Umożliwia to równoczesne zatrzymywanie wewnątrz komórki białek i innych cennych substancji oraz usuwanie produktów metabolicznych. Transport przez błonę komórkową może być aktywny lub pasywny. Transport pasywny zachodzi gdy istnieje różnica stężeń lub ciśnień po przeciwnych stronach błony. Transport aktywny wymaga zużycia energii (ATP). Transport pasywny odbywa się na zasadzie dyfuzji lub filtracji. Dyfuzja prosta zachodzi bez udziału białek błonowych, natomiast do dyfuzji ułatwionej niezbędne są przenośniki białkowe związane z błoną. Dyfuzja zawsze zachodzi zgodnie z gradientem stężeń – z środowiska o wyższym stężeniu do środowiska o niższym stężeniu w wyniku czego dochodzi do stopniowego wyrównywania się stężeń i osiągnięcia stanu równowagi (ang. equlibrium). Proces ten nie wymaga energii w postaci ATP gdyż niezbędną energia pochodzi z energii kinetycznej molekuł. Typem dyfuzji przez błonę półprzepuszczalną jest osmoza. Podczas osmozy rozpuszczalnik migruję pomiędzy środowiskami o różnych stężeniach substancji osmotycznie czynnej. Transport aktywny podobnie jak dyfuzja ułatwiona wymaga wyspecjalizowanych nośników białkowych zlokalizowanych w błonie. Transport aktywny różni się od dyfuzji tym iż może zachodzić przeciwnie do gradientu stężeń, ponieważ energia niezbędna do transportu pochodzi z rozkładu ATP. I. Molekuły znajdują się w ciągłym ruchu i posiadają energię kinetyczną. Podczas szybkiego i chaotycznego ruchu cząstki zderzają się ze sobą, w wyniku każdego zderzania następuje zmiana kierunku ruchu. Cząstki w stałej temperaturze mają zbliżoną do siebie energię kinetyczną. Energia kinetyczna jest wprost proporcjonalna do masy oraz kwadratu prędkości cząstki, toteż cząstki o większej masie poruszają się wolniej. Błona komórkowa wpływa na to jakie cząstki dyfundują poprzez nią do i z komórki. Przede wszystkim cząstki muszą być na tyle małe, aby mogły swobodnie przejść przez pory błony lub rozpuścić się w lipidach budujących błonę. Dyfuzja prosta to dyfuzja substancji rozpuszczonej przez półprzepuszczalną błonę. Osmoza to dyfuzja rozpuszczalnika (wody) przez błonę, która nie jest przepuszczalna dla substancji rozpuszczonej. Oba procesy zachodzą zgodnie z gradientem stężeń. Ćwiczenia symulują przepływ wody oraz substancji rozpuszczonej przez selektywnie przepuszczalną błonę ilustrując mechanizmy transportu przez błonę komórkową. Błony półprzepuszczalne charakteryzują się różnym MWCO - selektywnością względem masy cząsteczkowej (ang. Molecular Weight Cut Off- MWCO). Czym większe MWCO tym większe są pory w błonie, czyli może ona przepuszczać większe cząstki. W praktyce MWCO 200 oznacza iż błona przepuszcza cząstki o maksymalnej masie molowej 200 g/mol. II Cząstki zbyt duże lub nie rozpuszczalne w tłuszczach nie mogę migrować swobodnie przez błonę komórkową. Aminokwasy, cukry oraz jony są transportowane na drodze dyfuzji ułatwionej. Wyspecjalizowane nośniki białkowe w błonie tworzą tunel, przez który mogą migrować te związki. Dyfuzja ułatwiona zachodzi zgodnie z gradientem stężeń i nie wymaga energii w postaci ATP, jej wydajność zależy od różnicy stężeń, a także od ilości przenośników w błonie. Maksymalna szybkość dyfuzji jest osiągnięta, gdy substancja transportowana w całości wysyca nośniki białkowe. III. Osmoza to rodzaj dyfuzji przez błonę półprzepuszczalną. Ponieważ woda może przenikać przez większość błon jej ruch pomiędzy wnętrzem komórki, a środowiskiem zewnętrznym jest nie ograniczony. Osmoza zachodzi gdy po dwóch stronach błony istnieje różnica w stężeniu wody. Gdy po obu stronach błony znajduje się woda destylowana to cząstki wody swobodnie przenikają przez nią, ale oba środowiska są w równowadze. Stężenie wody w roztworze jest zależne od ilości rozpuszczonej substancji. Zwiększenie stężenia substancji rozpuszczalnej jest jednoznaczne z obniżeniem stężenia wody. Ruch wody jest zgodny z gradientem jest stężenia dlatego odbywa się w kierunku środowiska o wysokim stężeniu substancji rozpuszczonej. Gdy błona jest przepuszczalna zarówno dla wody jak i substancji rozpuszczonej zachodzi dyfuzja, która prowadzi do osiągnięcia stanu równowagi. Gdy błona jest przepuszczalna dla wody, ale nie dla substancji rozpuszczonej, woda migruje przez błonę rozcieńczając środowisko i zwiększając jego objętość. W systemie zamkniętym, w którym objętość środowisk nie ulega zmianie, w środowisku o wyższym stężeniu powstaje ciśnienie osmotyczne, które przeciwdziała ruchowi rozpuszczalnika. W komórkach żywych osmoza wpływa na ich objętość. Toniczność roztworu określa jak umieszczenie komórki w tym roztworze wpłynie na jej objętość. W roztworze izotonicznym nie dochodzi do zmian objętości. W roztworze hipotonicznym, stężenie substancji jej niższe w środowisku zewnętrznym niż w komórce dlatego woda będzie migrować do komórki co spowoduje zwiększenie objętości. W roztworze hipertonicznym komórki obkurczają się. IV. Zużycie energii w wyniku rozpadu ATP jest charakterystyczne dla transportu aktywnego. Substancje transportowane w sposób aktywny najczęściej nie mogą dyfundować przez błonę. Istnieją trzy główne powody uniemożliwiające dyfuzję: substancja jest zbyt duża, substancje jest nierozpuszczalna w tłuszczach, transport odbywa się najczęściej niezgodnie z gradientem stężeń. Stężenie sodu jest wyższe w środowisku zewnętrznym niż w komórce, natomiast stężenie potasu jest wyższe w komórce niż w środowisku zewnętrznym. Pompa Na +-K+ na zasadzie transportu aktywnego usuwa jony sodu z komórki jednocześnie przenosząc do niej jony potasu. Na każde 3 jony sodu przetransportowanego przypadają 2 jony potasu. Jest to przykład wtórnego transportu aktywnego działającego na zasadzie antyportu - cząsteczki poruszają się w odwrotnych kierunkach.