Harta tehnologică a lecției
Subiect: membrana biologica. Transportul substanțelor prin membranele biologice.
Clasă: Clasa 10
Tip de lecție: o lecție de a învăța cunoștințe noi
Ţintă: formarea de idei despre structura membranei celulare și sistemele de transport ale acesteia
Sarcini:
Educational:
introduceți o scurtă istorie a descoperirii biomembranei;
aprofundarea cunoștințelor despre structura membranei plasmatice;
luați în considerare principalele tipuri de sisteme de transport ale membranei celulare;
dezvăluie semnificația acestor sisteme în viața umană.
În curs de dezvoltare:
să promoveze dezvoltarea vorbirii elevilor prin formularea unei întrebări care necesită un răspuns detaliat și coerent.
să creeze condiții pentru dezvoltarea atenției voluntare atunci când se explică material nou.
să promoveze dezvoltarea gândirii vizual-figurative la demonstrarea prezentărilor, materialelor vizuale.
Educational:
creaza conditii pentru educarea elevilor cu o imagine stiintifica corecta a lumii.
capacitatea de a planifica cooperarea educațională cu colegii și profesorul.
Termeni și concepte de bază: membrana celulara, transport pasiv, difuzie, osmoza, transport activ, pompa sodiu-potasiu, proteina permiaza, transport vezicular, vezicule, endocitoza, fagocitoza, pinocitoza, exocitoza.
Metode de predare: verbal (conversație, explicație), vizual, parțial explorator, problematic, lucru cu text de prezentare.
Forme de studiu: frontal
Echipament: Prezentare TIC „Membrane biologice”
Planul lecției:
stadiu organizatoric.
Stabilirea scopurilor și obiectivelor pentru lecție. Motivarea activității educaționale a elevilor.
Actualizare de cunoștințe.
Învățarea de materiale noi
Verificarea inițială a înțelegerii
Informații despre teme, briefing despre implementarea acesteia
Reflecţie
În timpul orelor:
Salutari;repararea lipsă
Salută elevii, verifică pregătirea lor pentru lecție.
Elevii se ridică pentru a-l saluta pe profesor, se pregătesc pentru lecție
Personal: autoorganizare
Comunicativ: planificarea cooperării educaționale cu profesorul și colegii de clasă.
2. Stabilirea scopurilor și obiectivelor pentru lecție. Motivarea activității educaționale a elevilor
8 min.
crearea condiţiilor pentru apariţia unei nevoi interne de includere în activităţi
Ce studiază știința „citologiei”?
Ce este o celulă? Care este numele omului de știință, în urma ale cărui descoperiri a fost introdus conceptul „celula”?
Toate organismele vii de pe Pământ sunt formate din celule, iar fiecare celulă este înconjurată de o înveliș protector - o membrană.
Stie cineva ce inseamna membrana?
Ce asocieri ai cu acest cuvânt?
Cuvântul „membrană” în traducere din latină înseamnă „piele, film”. Membrana este o structură a celulei foarte activă, care funcționează constant, căreia îi sunt atribuite multe funcții de către natură.
Astăzi vom vorbi despre structura membranei celulare și despre modul în care substanțele trec în celulă și din celulă.
O explicație pentru care este necesară cunoașterea structurii și proprietăților membranei celulare și a mecanismelor de transport.
Luarea în considerare a istoriei cercetării membranelor celulare.
Băieți, poate unul dintre voi știe ce modele au fost și ce model este acum general acceptat?
În 1925, I. Gorter și A. Grendel au arătat că membrana celulară este un strat dublu (dublu strat) de molecule de lipide.
În 1935, J. Danielli și H. Dawson au arătat că, pe lângă lipide, membrana celulară conține și proteine. Așa a apărut modelul „sandwich”, în care membrana plasmatică era reprezentată ca două straturi de proteine, între care se afla un dublu strat lipidic.
De ce modelul cu membrană creat de Dawson și Danieli este numit „modelul sandwich”? (Pentru referință: un sandviș este un sandviș închis).
1972 S.D. Cantareata si G.L. Nicholson a propus un model fluid-mozaic al membranei
Cum este modelul membranei celulare creat de oamenii de știință Singer și Nicholson diferit de modelul creat de Davson și Danieli?
De ce este analogia celui de-al doilea model cu o mare furioasă în care plutesc aisberguri? Care materie organică simbolizează aisbergurile și care - o mare furioasă? (unde proteinele membranei „plutesc” în stratul dublu lipidic lichid, ca aisbergurile în larg. Se presupunea că proteinele nu sunt ordonate în niciun fel și se pot mișca liber în membrană).
-Băieți, încercați să definiți membrana celulară.
Membrana celulară se mai numește și membrană citoplasmatică (plasmalemma) sau biomembrană - care este partea principală a aparatului de suprafață care este universal pentru toate celulele. Grosimea sa este de aproximativ 5-10 nm. (nanometri).
Să ne uităm la modelul modern și să răspundem care este componenta principală?
Amintiți-vă funcțiile proteinelor și proprietățile lipidelor.
Structura unui fosfolipide.
Fosfolipida este formată dintr-un cap hidrofil polar și cozi hidrofobe nepolare, reprezentate de lanțuri de acizi grași. În membrana citoplasmatică, capetele hidrofile sunt orientate spre părțile exterioare și interioare ale membranei, iar cozile hidrofobe sunt orientate spre interiorul membranei.
Moleculele de proteine sunt asociate cu stratul dublu lipidic.
Tipuri de proteine ale membranei celulare.
care îl pot pătrunde prin și prin, se numesc proteine integrale, sau transmembranare, parțial scufundate în el - acestea sunt proteine semi-integrale, sau se alătură din exterior sau din interior - proteine periferice.
componenta carbohidrati
Membranele pot include o componentă carbohidrat (10%) reprezentată de lanțuri de oligozaharide sau polizaharide asociate cu molecule proteice (glicoproteine) sau lipide (glicolipide). Carbohidrații sunt de obicei localizați pe suprafața exterioară a membranei și îndeplinesc funcții de receptor.
Aspectul membranei în evoluție este cea mai mare aromorfoză. Din această cauză, conținutul celulei a devenit delimitat de mediul extern.
TINE MINTE! Într-o celulă animală, membrana este înțeleasă ca membrană + glicocalix.
Pe lângă membrană, celulele vegetale au și o membrană de celuloză groasă la exterior -perete celular - îndeplinește o funcție de susținere datorită stratului exterior rigid, care conferă celulelor o formă clară.
Numiți asociații pe o anumită temă
Elevii notează subiectul lecției
Elevii fac înregistrările necesare într-un caiet (rețineți modelul modern al lui Nicholson și Singer)
Elevii își fac ipotezele
Elevii analizează două tipuri de model și trag concluzii
Scrieți definiția
Elevii analizează desenul, numesc componentele principale
Schițați membrana celulară.
Elevii își dau ipoteza
Elevii desenează structura unui fosfolipide
Marcați tipurile de proteine
Marcați cozile de carbohidrați
Personal: autoorganizare
Regulator: capacitatea de a-și regla acțiunile;
cognitive: structurarea cunoștințelor, crearea independentă a algoritmilor de activitate în rezolvarea problemelor
Comunicativ: planificarea cooperării educaționale cu profesorul și colegii de clasă;
3. Învățarea de materiale noi
20-25 min.
Organizați o percepție semnificativă a cunoștințelor despre reproducere ca știință. Creați condiții pentru dezvoltarea capacității de a stabili relații cauză-efect între cunoștințele despre materialul deja studiat și noul
Proprietățile membranei .
A) Mobilitate .
Stratul dublu lipidic este în esență o formațiune lichidă, în planul căreia moleculele se pot mișca liber - „curge” fără pierderea contactelor din cauza atracției reciproce (demonstrație a curgerii lichidului în peretele unui balon de săpun atârnat pe un tub de plastic ). Cozile hidrofobe pot aluneca liber una față de alta.
b) Capacitatea de a se auto-închide .
(demonstrație cum, atunci când străpungeți un balon de săpun și apoi îndepărtați acul, integritatea peretelui acestuia este imediat restaurată) . Datorită acestei abilități, celulele pot fuziona prin fuziunea membranelor lor plasmatice (de exemplu, în timpul dezvoltării țesutului muscular).
în) Permeabilitate selectivă . Pentru ca celula să funcționeze normal, trebuie să se stabilească transportul și controlul la frontieră. Membrana plasmatică le protejează celula ca pe un obiect special. De exemplu, printr-un strat dublu de lipide trec liber și o rețea de substanțe care trec prin canale speciale de membrană sau proteine purtătoare
Există o serie de funcții importante pe care le îndeplinesc membranele celulare:
structural (inclus în majoritatea organitelor);
barieră (Membrana separă conținutul celular de mediul extern, protejează celula de pătrunderea substanțelor străine în ea și asigură menținerea constantă a mediului intracelular),
reglarea proceselor metabolice ;
receptor ( Siturile receptorilor sunt situate pe suprafața exterioară a membranei, unde are loc legarea hormonilor și a altor molecule de reglare),
si transport.
Imaginează-ți că substanțele trebuie să pătrundă în celulă. Pentru a face acest lucru, este necesar să depășiți membrana plasmatică. Ce modalități cunoscute de penetrare a substanțelor vă puteți aminti?
???????
Există două tipuri principale de transfer, pasiv și activ. Pasiv se mai numește și difuzie.
Ce intelegi prin difuzie?
Asa de,dacă o substanță se deplasează prin membrană dintr-o regiune de concentrație mare spre concentrație scăzută (adică de-a lungul gradientului de concentrație al acestei substanțe)și se realizează fără cheltuială energetică se numește astfel de transportpasiv sau difuz. Ella rândul său se împarte în difuzie simplă și facilitată, osmoză.
Cu difuzie simplă are loc o mișcare spontană a substanțelor prin membrană din zona în care concentrația acestor substanțe este mai mare până în zona în care concentrația lor este mai mică. Prin difuzie simplă, molecule mici (de exemplu, H 2 0, 0 2 , С0 2 , uree) și ioni. De regulă, acestea sunt substanțe nepolare. Difuzia simplă este relativ lentă
Pentru a accelera transportul difuz, există proteine purtătoare membranare, care se leagă selectiv de unul sau altul ion sau moleculă (molecule și ioni polari) și le transportă prin membrană. Acest tip de transport se numeștedifuzie facilitată . Viteza de transfer al substanțelor cu difuzie facilitată este de multe ori mai mare decât cu difuzia simplă.
Apa este absorbită de celulă în principal prin osmoză. Osmoza este difuzia apei printr-o membrană semipermeabilă cauzată de o diferență de concentrație. Osmoza este o formă de difuzie în care doar moleculele de apă se mișcă.
transport, care executat când , când transferul împotriva gradientului de concentrație se numește transport pasiv. Un astfel de transfer necesită consumul de energie de către celulă. Transportul activ servește la acumularea de substanțe în interiorul celulei. Pentru transport activ exista pompe speciale care funcționează folosind energie. Sursa de energie este adesea ATP. Transportul activ are o importanță decisivă, deoarece asigură concentrația selectivă a substanțelor necesare vieții celulei.
Efectuați transportul de substanțe, mecanisme speciale, acestea sunt pompe de ioni sau ATP-ase.
Există trei pompe de ioni:
sodiu-potasiu (N / A/ K– ATPaza)
Pompe de calciu (Ca - ATPaza)
pompe de protoni (H– ATPaza)
Toate pompele ATP sunt proteine transmembranare - permeaze. Aceste proteine pot conduce o substanță într-o direcție (uniport - sodiu) sau mai multe substanțe simultan într-o singură direcție (simport - clor, aminoacizi, zaharoză), sau două substanțe în sens invers (antiport - magneziu, sodiu, mangan). Astfel, glucoza poate pătrunde în celule în mod semnificativ împreună cu ionulN / A +.
În funcție de sursa de energie utilizată, transportul activ este împărțit în două tipuri: activ primar și activ secundar. Pentru transportul activ primar, energia este extrasă direct din descompunerea ATP sau a altor compuși de fosfat de mare energie. Unul dintre cele mai comune transporturi active primare este pompa de sodiu-potasiu.(video).
transport activ secundar este asigurată de energia secundară acumulată sub forma diferenței de concentrații de substanțe secundare, molecule sau ioni, pe ambele părți ale membranei celulare, creată inițial prin transportul activ primar.. De exemplu, membrana celulară a membranei mucoase a intestinului subțire conține o proteină care efectuează transferul (simportul) de glucoză și Na + lacele mai înalte celule epiteliale ale mucoasei respiratorii.
Un tip particular și relativ bine studiat de transport membranar estetransport vezicular.
Stie cineva cum se face acest tip de transport de materiale? Ce este o veziculă? Cum intelegi?
Veziculă - tradus literal ca o pungă ambalată. În funcție de direcția în care sunt transferate substanțele (în sau în afara celulei), se disting două tipuri de acest transport - endocitoza și exocitoza.
Endocitoza - Absorbtia de catre celula a particulelor externe prin formarea veziculelor membranare. Există astfel de tipuri de endocitoză ca: fagocitoză și pinocitoză.
Care este procesul de fagocitoză? Unde l-ai întâlnit înainte?
Fagocitoză - un proces celular în care celulele fagocitare înglobate în membrană captează și digeră particule solide de nutrienți. În corpul uman, fagocitoza este efectuată de membranele a două tipuri de celule: granulocite (leucocite granulare) și macrofage (celule ucigașe ale sistemului imunitar);
pinocitoza – procesul de captare de către suprafața membranei celulare a moleculelor de lichid în contact cu acesta.
exocitoză - proces, invers
endocitoză; îndepărtat din celule
solide nedigerate
particule și secreție lichidă.
Elevii notează proprietățile membranei celulare
Notați funcțiile membranei
Expuneți-și gândurile despre posibilitatea pătrunderii unei substanțe în celulă
Elevii notează în caiete tipurile de transfer de substanțe.
Schițați schematic difuzarea simplă și faceți comentarii asupra desenului.
Schițați schematic difuzarea facilitată și faceți comentarii asupra figurii.
Schițați schematic osmoza și faceți comentarii asupra desenului
Făcând notițe într-un caiet
Schițați mecanismul pompei de sodiu-potasiu
Elevii își dau ipoteza
Elevii scriu definiții și schiță
Personal: înțelegerea motivelor acțiunilor lor atunci când îndeplinesc sarcini; de a forma o atitudine pozitivă față de învățare, față de activitatea cognitivă, dorința de a dobândi cunoștințe noi, capacitatea de a-și recunoaște greșelile și de a se strădui să le depășească;
Cognitiv: capacitatea de a gândi eficient și de a lucra cu informații;capacitatea de a lucra cu un manual și alcătuiește o masă;căutarea și selectarea informațiilor necesare;capacitatea de a identifica esența, trăsăturile obiectelor; capacitatea de a trage concluzii pe baza analizei obiectelor;
4. Consolidarea cunoștințelor dobândite
5 minute.
Corelarea sarcinilor stabilite cu rezultatul atins, stabilirea de noi cunoștințe, stabilirea de obiective ulterioare
Exercițiu. Analizați situațiile propuse, trasați analogii adecvate și răspundeți ce tipuri de transport prin membrană sunt în discuție.
A) Stai în mulțime de la stația de autobuz. Se apropie un autobuz gol. Oamenii încep să umple autobuzul. Acest lucru se întâmplă destul de ușor. La oprire devine mai liber, iar autobuzul este plin uniform.(pasiv)
b) Stai singur la stația de autobuz. Se apropie un autobuz aglomerat și trebuie să pleci prin toate mijloacele. Trebuie să-ți muncești coatele pentru a te urca în autobuz. Adevărat, unul dintre pasagerii plini de compasiune te poate ajuta.(activ)
Elevii analizează situațiile date și trag concluzii.
Personal: autoorganizare
Reglementare: capacitatea de a-și organiza activitățile; planificați-vă munca atunci când îndepliniți o sarcină; controlul asupra executării muncii;capacitatea de a determina succesul sarcinii lor;
Comunicativ: capacitatea de a construi un discurs în conformitate cu sarcinile; capacitatea de a-și formula gândurile oral.
5. Tema pentru acasă
2 minute.
Instrucțiuni pentru teme
Fă-ți notele (definiții, desene schematice)
Elevii scriu tema într-un jurnal. Pune întrebări despre implementarea acestuia.
Personal: capacitatea de a evalua conținutul digerabil;
Comunicativ: capacitatea de a comunica, de a interacționa cu colegii și profesorul;capacitatea de a construi un discurs în conformitate cu sarcinile; capacitatea de a-și formula gândurile oral.
6. Reflecție
3 min.
Înțelegerea procesului și a rezultatului activității
Elevii își dau cu părerea.
Ei numesc pozițiile principale ale noului material și cum le-au învățat (ce a funcționat, ce nu a funcționat și de ce)
Personal: capacitatea de a analiza propriile activități; planificarea pașilor suplimentari pentru atingerea obiectivului.
de reglementare:evidențierea și conștientizarea de către elevi a ceea ce s-a învățat deja și a ceea ce este încă de însușit, conștientizarea calității și a nivelului de asimilare;capacitatea de a-și organiza activitățile; planificați-vă munca atunci când finalizați o sarcină
Comunicativ:capacitatea de gândire critică; capacitatea de a se prezenta; ascultați și luați în considerare părerile altora.
Transport pasiv include difuzie simplă și facilitată – procese care nu necesită cheltuieli de energie. Difuzie- transportul moleculelor și ionilor prin membrană dintr-o zonă cu o concentrație ridicată către o zonă cu o concentrație scăzută, i.e. Substanțele se deplasează de-a lungul unui gradient de concentrație. Difuzia apei prin membranele semipermeabile se numește osmoză. Apa este, de asemenea, capabilă să treacă prin porii membranei formați din proteine și să transporte molecule și ioni de substanțe dizolvate în ea. Mecanismul difuziei simple este transferul de molecule mici (de exemplu, O2, H2O, CO2); acest proces are o specificitate redusă și se desfășoară cu o viteză proporțională cu gradientul de concentrație al moleculelor transportate pe ambele părți ale membranei.
Difuzare facilitată se realizează prin canale și (sau) proteine purtătoare care au specificitate în raport cu moleculele transportate. Canalele ionice sunt proteine transmembranare care formează pori mici de apă prin care moleculele și ionii solubili în apă sunt transportați de-a lungul gradientului electrochimic. Proteinele purtătoare sunt, de asemenea, proteine transmembranare care suferă modificări conformaționale reversibile care asigură transportul unor molecule specifice prin plasmalemă. Ele funcționează atât în mecanismele de transport pasiv, cât și în cele active.
transport activ este un proces intensiv energetic, datorită căruia transferul de molecule se realizează cu ajutorul proteinelor purtătoare împotriva unui gradient electrochimic. Un exemplu de mecanism care asigură transportul activ direcționat opus al ionilor este pompa de sodiu-potasiu (reprezentată de proteina purtătoare Na + -K + -ATPaza), datorită căreia ionii Na + sunt îndepărtați din citoplasmă și ionii K + sunt transferate simultan în ea. Concentrația de K + în interiorul celulei este de 10-20 de ori mai mare decât în exterior, iar concentrația de Na este invers. Această diferență în concentrațiile ionilor este asigurată de funcționarea pompei (Na * -K *>. Pentru a menține această concentrație, trei ioni de Na sunt transferați din celulă pentru fiecare doi ioni K * în celulă. Acest proces implică o proteină în membrana care acționează ca o enzimă care descompune ATP, eliberând energia necesară pentru a funcționa pompa.
Participarea proteinelor membranare specifice în transportul pasiv și activ indică specificitatea ridicată a acestui proces. Acest mecanism mentine constanta volumului celular (prin reglarea presiunii osmotice), precum si potentialul membranar. Transportul activ al glucozei în celulă este realizat de o proteină purtătoare și este combinat cu transferul unidirecțional al ionului Na +.
Transport usor ionii este mediat de proteine transmembranare speciale - canale ionice care asigură transferul selectiv al anumitor ioni. Aceste canale constau din sistemul de transport propriu-zis și un mecanism de poartă care deschide canalul pentru o anumită perioadă de timp ca răspuns la o modificare a potențialului membranei, (b) acțiune mecanică (de exemplu, în celulele părului din urechea internă), legarea de un ligand (moleculă semnal sau ion).
Transportul pe membrană al substanțelor diferă și el în sensul deplasării lor şi cantitatea de substanţe transportate de acest purtător:
- Uniport - transportul unei substanțe într-o direcție în funcție de gradient
- Simportul este transportul a două substanțe în aceeași direcție printr-un transportator.
- Antiportul este mișcarea a două substanțe în direcții diferite printr-un singur purtător.
Uniport realizează, de exemplu, un canal de sodiu dependent de tensiune prin care ionii de sodiu se deplasează în celulă în timpul generării unui potențial de acțiune.
Simport efectuează un transportor de glucoză situat pe partea exterioară (cu fața către lumenul intestinal) a celulelor epiteliului intestinal. Această proteină captează simultan o moleculă de glucoză și un ion de sodiu și, schimbându-și conformația, transferă ambele substanțe în celulă. În acest caz, se utilizează energia gradientului electrochimic, care, la rândul său, este creată datorită hidrolizei ATP de către ATP-aza de sodiu-potasiu.
Antiport efectuează, de exemplu, ATPaza de sodiu-potasiu (sau ATPaza dependentă de sodiu). Transportă ioni de potasiu în celulă. iar din celulă - ioni de sodiu. Inițial, acest purtător atașează trei ioni la interiorul membranei N / A+ . Acești ioni modifică conformația situsului activ ATPazei. După o astfel de activare, ATPaza este capabilă să hidrolice o moleculă de ATP, iar ionul fosfat este fixat pe suprafața purtătorului din interiorul membranei.
Energia eliberată este cheltuită pentru modificarea conformației ATPazei, după care trei ioni N / A+ și ionul (fosfatul) se află pe exteriorul membranei. Aici ionii N / A+ se desprinde și este înlocuit cu doi ioni K+ . Apoi conformația purtătorului se schimbă în cea originală, iar ionii K+ apar pe partea interioară a membranei. Aici ionii K+ despărțiți, iar transportatorul este gata de lucru din nou
Și activ transport. Transportul pasiv are loc fără consum de energie de-a lungul unui gradient electrochimic. Cele pasive includ difuzia (simpla si facilitata), osmoza, filtrarea. Transportul activ necesită energie și are loc în ciuda unei concentrații sau a unui gradient electric.
transport activ
Acesta este transportul de substanțe în ciuda concentrației sau gradientului electric, care are loc cu costurile energetice. Există transportul activ primar, care necesită energia ATP, și secundar (crearea gradienților de concentrație ionică pe ambele părți ale membranei datorită ATP, iar energia acestor gradienți este deja utilizată pentru transport).
Transportul activ primar este utilizat pe scară largă în organism. Este implicat în crearea unei diferențe de potențiale electrice între părțile interioare și exterioare ale membranei celulare. Cu ajutorul transportului activ se creează diferite concentrații de Na +, K +, H +, SI "" și alți ioni în mijlocul celulei și în lichidul extracelular.
Transportul Na+ și K+ - Na+,-K+-Hacoc a fost studiat mai bine. Acest transport are loc cu participarea unei proteine globulare cu o greutate moleculară de aproximativ 100 000. Proteina are trei situsuri de legare Na + pe suprafața interioară și două situsuri de legare K + pe suprafața exterioară. Există o activitate ridicată a ATPazei pe suprafața interioară a proteinei. Energia generată în timpul hidrolizei ATP duce la modificări conformaționale ale proteinei și, în același timp, trei ioni Na + sunt îndepărtați din celulă și doi ioni K + sunt introduși în ea.Cu ajutorul unei astfel de pompe, o concentrație mare. de Na + în lichidul extracelular și o concentrație mare de K + - în celulă.
Recent, au fost studiate intens pompele de Ca2+, datorită cărora concentrația de Ca2+ în celulă este de zeci de mii de ori mai mică decât în afara acesteia. Există pompe de Ca2 + în membrana celulară și în organele celulare (reticulul sarcoplasmatic, mitocondriile). Pompele de Ca2+ funcționează, de asemenea, în detrimentul proteinei purtătoare din membrane. Această proteină are o activitate mare de ATPază.
transport activ secundar. Datorită transportului activ primar, în afara celulei se creează o concentrație mare de Na +, apar condiții pentru difuzarea Na + în celulă, dar împreună cu Na + pot pătrunde în ea și alte substanțe. Acest transport „este direcționat într-o singură direcție, se numește symporta. În caz contrar, intrarea Na + stimulează ieșirea unei alte substanțe din celulă, acestea sunt două fluxuri direcționate în direcții diferite - un antiport.
Un exemplu de simbol ar fi transportul de glucoză sau aminoacizi împreună cu Na+. Proteina purtătoare are două situsuri pentru legarea Na + și pentru legarea glucozei sau aminoacizilor. Au fost identificate cinci proteine separate care leagă cinci tipuri de aminoacizi. Sunt cunoscute și alte tipuri de simport - transportul N + împreună cu în celulă, K + și Cl- din celulă etc.
În aproape toate celulele, există un mecanism antiport - Na + intră în celulă, iar Ca2 + o părăsește, sau Na + - în celulă și H + - din ea.
Mg2 +, Fe2 +, HCO3- și multe alte substanțe sunt transportate activ prin membrană.
Pinocitoza este unul dintre tipurile de transport activ. Constă în faptul că unele macromolecule (în principal proteine, ale căror macromolecule au un diametru de 100-200 nm) sunt atașate de receptorii membranari. Acești receptori sunt specifici pentru diferite proteine. Atașarea lor este însoțită de activarea proteinelor contractile ale celulei - actina și miozina, care formează și închid cavitatea cu această proteină extracelulară și o cantitate mică de lichid extracelular. Aceasta creează o veziculă pinocitară. Ea secretă enzime care hidrolizează această proteină. Produsele de hidroliză sunt absorbite de celule. Pinocitoza necesită energia ATP și prezența Ca2+ în mediul extracelular.
Astfel, există multe moduri de transport al substanțelor prin membranele celulare. Diferite tipuri de transport pot avea loc pe diferite părți ale celulei (în membranele apicale, bazale și laterale). Un exemplu în acest sens ar fi procesele care au loc în
În membrană, există 2 tipuri de sisteme proteice integrale specializate care asigură transportul ionilor prin membrana celulară: pompe ioniceși canale ionice. Adică, există două tipuri principale de transport ionic prin membrană: pasiv și activ.
Pompe de ioni și gradienți de ioni transmembranari
Pompe ionice (pompe)- proteine integrale care asigură transportul activ al ionilor împotriva gradientului de concentrație. Energia pentru transport este energia hidrolizei ATP. Există pompă Na + / K + (pompează Na + din celulă în schimbul K +), pompă Ca ++ (pompează Ca ++ din celulă), pompă Cl– (pompe Cl - afară din celulă) .
Ca rezultat al funcționării pompelor de ioni, se creează și se mențin gradienții de ioni transmembranari:
- concentrația de Na+, Ca++, Cl este mai mică în interiorul celulei decât în exterior (în lichidul interstițial);
- concentrația de K+ în interiorul celulei este mai mare decât în exterior.
Mecanismul pompei de sodiu-potasiu. NCH într-un ciclu transferă 3 ioni Na+ din celulă și 2 ioni K+ în celulă. Acest lucru se datorează faptului că molecula proteică integrală poate fi în 2 poziții. Molecula de proteină care formează canalul are un situs activ care leagă fie Na+, fie K+. În poziţia (conformaţia) 1, este orientată spre interiorul celulei şi poate ataşa Na+. Este activată enzima ATPaza, care descompune ATP în ADP. Ca urmare, molecula este convertită în conformația 2. În poziția 2, este orientată spre exteriorul celulei și poate atașa K+. Apoi conformația se schimbă din nou și ciclul se repetă.
canale ionice
canale ionice- proteine integrale care asigură transportul pasiv al ionilor de-a lungul gradientului de concentrație. Energia pentru transport este diferența de concentrație de ioni de pe ambele părți ale membranei (gradient de ioni transmembranar).
Canalele neselective au următoarele proprietăți:
- trec toate tipurile de ioni, dar permeabilitatea pentru ionii K + este mult mai mare decât pentru alți ioni;
- sunt mereu deschise.
Canalele selective au următoarele proprietăți:
- trece un singur fel de ioni; fiecare tip de ion are propriul său tip de canale;
- poate fi în una din cele 3 stări: închis, activat, inactivat.
Este asigurată permeabilitatea selectivă a canalului selectiv filtru selectiv, care este format dintr-un inel de atomi de oxigen încărcați negativ, care este situat în punctul cel mai îngust al canalului.
Modificarea stării canalului este asigurată de operare mecanism de poartă, care este reprezentată de două molecule proteice. Aceste molecule proteice, așa-numitele porți de activare și porți de inactivare, prin modificarea conformației lor, pot bloca canalul ionic.
În repaus, poarta de activare este închisă, poarta de dezactivare este deschisă (canalul este închis). Când un semnal este aplicat sistemului de poartă, poarta de activare se deschide și transportul ionilor prin canal începe (canalul este activat). Cu o depolarizare semnificativă a membranei celulare, poarta de inactivare se închide și transportul ionilor se oprește (canalul este inactivat). Când nivelul potențialului de repaus este restabilit, canalul revine la starea inițială (închisă).
În funcție de semnalul care provoacă deschiderea porții de activare, canalele ionice selective sunt împărțite în:
- canale chimiosensibile– un semnal de deschidere a porții de activare este o modificare a conformației proteinei receptor asociată canalului ca urmare a atașării unui ligand la acesta;
- canale sensibile la tensiune- un semnal pentru a deschide poarta de activare este o scădere a potențialului de repaus (depolarizare) al membranei celulare la un anumit nivel, care se numește nivelul critic de depolarizare(KUD).
Transportul activ al substanțelor se efectuează în raport cu gradientul total (general). Aceasta înseamnă că transferul unei substanțe merge din locuri cu o valoare mai mică a potențialului electrochimic în locuri cu o valoare mai mare.
Transportul activ nu poate merge spontan, ci numai împreună cu procesul de hidroliză a adenozin trifosfatului (ATP), adică din cauza consumului de energie stocată în legăturile macroergice ale moleculei de ATP.
Transportul activ al substanțelor prin membranele biologice este de mare importanță. Datorită transportului activ, în organism se creează gradienți de concentrație, gradienți de potențial electric, gradienți de presiune etc., care susțin procesele vieții, adică din punctul de vedere al termodinamicii, transportul activ menține corpul într-o stare de dezechilibru. , asigurând cursul normal al proceselor vieții.
Pe lângă sursa de energie, existența anumitor structuri este necesară pentru ca transferul activ să aibă loc. Conform conceptelor moderne, membranele biologice conțin pompe de ioni care funcționează datorită energiei hidrolizei ATP sau așa-numitele ATPaze de transport, reprezentate de complexe proteice.
În prezent, sunt cunoscute trei tipuri de pompe ionice electrogenice care efectuează transferul activ de ioni prin membrană. Aceasta este K + -Na + -ATPaza din membranele citoplasmatice (pompa K + -Na +), Ca 2+ - ATPaza (pompa Ca 2+) și H + - ATPaza în membranele mitocondriale de cuplare energetică (pompa H + -). sau pompa de protoni).
Transferul ionilor prin transport ATPaze are loc datorită conjugării proceselor de transfer cu reacții chimice, datorită energiei metabolismului celular.
În timpul lucrului K + -Na + -ATPazei, datorită energiei eliberate în timpul hidrolizei fiecărei molecule de ATP, doi ioni de potasiu sunt transferați în celulă și trei ioni de sodiu sunt pompați simultan din celulă. Astfel, se creează o concentrație crescută de ioni de potasiu în celulă și o concentrație redusă de sodiu în comparație cu mediul intercelular, ceea ce are o mare semnificație fiziologică.
În Ca 2+ -ATPaza, doi ioni de calciu sunt transferați datorită energiei hidrolizei ATP, iar doi protoni sunt transportați în pompa H +.
Mecanismul molecular al funcționării ATPazelor ionice nu este pe deplin înțeles. Cu toate acestea, sunt urmărite principalele etape ale acestui proces enzimatic complex. În cazul K + -Na + -ATPazei (o vom desemna pentru concizie ca E), există șapte etape ale transferului de ioni asociate cu hidroliza ATP. Denumirile E 1 și E 2 corespund locației locului activ al enzimei pe suprafețele interioare și exterioare ale membranei (ADP-adenozin difosfat, P - fosfat anorganic, un asterisc indică complexul activat):
1) E + ATP la E*ATP,
2) E*ATP + 3Naà [E*ATP]*Na 3,
3) [E * ATP] * Na 3 à * Na 3 + ADP,
4) *Na 3 a *Na 3,
5) *Na 3 + 2K a *K 2 + 3Na,
6) *K 2 a *K 2,
7) *K 2 à E + P + 2K.
Schema arată că etapele cheie ale activității enzimei sunt: 1) formarea unui complex enzimatic cu ATP pe suprafața interioară a membranei (această reacție este activată de ionii de magneziu); 2) legarea de către complexul a trei ioni de sodiu; 3) fosforilarea enzimei cu formarea de adenozin difosfat; 4) modificarea conformaţiei enzimei în interiorul membranei; 5) reacția de schimb de ioni de sodiu cu potasiu, care are loc pe suprafața exterioară a membranei; 6) o schimbare inversă a conformației complexului enzimatic cu transferul ionilor de potasiu în celulă și 7) revenirea enzimei la starea inițială cu eliberarea de ioni de potasiu și fosfat anorganic. Astfel, pentru un ciclu complet, trei ioni de sodiu sunt eliberați din celulă, citoplasma este îmbogățită cu doi ioni de potasiu și o moleculă de ATP este hidrolizată.
Pe lângă pompele ionice discutate mai sus, sunt cunoscute sisteme similare în care acumularea de substanțe este asociată nu cu hidroliza ATP, ci cu munca enzimelor redox sau fotosintezei. Transportul substanțelor în acest caz este secundar, mediat de potențialul de membrană și (sau) gradientul de concentrație al ionilor în prezența unor purtători specifici în membrană. Acest mecanism de transport se numește transport activ secundar. În membranele plasmatice și subcelulare ale celulelor vii este posibilă funcționarea simultană a transportului activ primar și secundar. Un astfel de mecanism de transfer este deosebit de important pentru acei metaboliți pentru care nu există pompe (zaharuri, aminoacizi).
Transferul unidirecțional comun al ionilor cu participarea unui purtător cu două locații se numește symport. Se presupune că membrana poate conține un purtător într-un complex cu un cation și un anion și un purtător gol. Deoarece potențialul membranei nu se modifică într-o astfel de schemă de transfer, cauza transferului poate fi diferența în concentrațiile unuia dintre ioni. Se crede că acumularea de aminoacizi de către celule se realizează conform schemei de simport.
Concluzii si concluzie.
În procesul vieții, granițele celulei sunt traversate de diferite substanțe, ale căror fluxuri sunt reglementate eficient. Membrana celulară face față acestei sarcini cu sisteme de transport încorporate în ea, inclusiv pompe de ioni, un sistem de molecule purtătoare și canale ionice foarte selective.
La prima vedere, o asemenea abundență de sisteme de transfer pare redundantă, deoarece funcționarea numai a pompelor ionice face posibilă asigurarea trăsăturilor caracteristice transportului biologic: selectivitate ridicată, transfer de substanțe împotriva forțelor de difuzie și un câmp electric. Paradoxul este însă că numărul debitelor care trebuie reglate este infinit de mare, în timp ce există doar trei pompe. În acest caz, mecanismele de conjugare a ionilor, numite transport activ secundar, în care procesele difuze joacă un rol important, capătă o importanță deosebită. Astfel, combinarea transportului activ al substantelor cu fenomenele de transfer de difuzie in membrana celulara este baza care asigura activitatea vitala a celulei.
Elaborat de șeful Departamentului de Fizică Biologică și Medicală, Candidatul de Științe Fizice și Matematice, conf. univ. Novikova N.G.
