Завдяки вмісту розчинів солей, цукрів і інших осмотично активних речовин, клітини характеризуються наявністю в них певного осмотичного тиску.
тиск в клітинах тварин (морських і океанічних форм) досягає 30 атм і більше.
В оптимальних умовах осмотичний тиск клітинного соку наземних органів болотяних рослин коливається від 2 до 16 ат. у степових - від 8 до 40 ат. У різних клітинах рослини О. д. Може різко відрізнятися (так, у мангрових О. д. Клітинного соку близько 60 ат. А О. д. У судинах ксилеми не перевищує 1-2 ат). У гомойосмотіческіх організмів, т. Е. Здатних підтримувати відносну сталість О. д. Середньої величини і діапазон коливань О. д. Різні (дощовий черв'як - 3,6-4,8 ат. Прісноводні риби - 6,0-6,6, океанічні костисті риби - 7,8-8,5, акуловиє - 22,3-23,2, ссавці - 6,6-8,0 ат). У ссавців О. д. Більшості біологічних рідин одно О. д. Крові (виняток становлять рідини, що виділяються деякими залозами, - слина, піт, сеча та ін.). О. д. Створюване в клітках тварин високомолекулярними сполуками (білки, полісахариди і ін.), Незначно, але відіграє важливу роль в обміні речовин
Градієнт концентрації - різниця концентрації речовин всередині і зовні клітини
Надходження речовин в клітини тварин, так само як і видалення їх з клітин, пов'язане з проникністю клітинної мембрани для молекул або іонів, а також з властивостями речовин. Клітинна мембрана регулює обмін різними речовинами між клітиною і середовищем. Підтримка мембрани і її проникність забезпечуються клітинної енергією.
Основні шляхи надходження речовин в клітини:
забезпечується дифузією через мембрану по градієнту концентрації. Молекули зазвичай переходять з області високої концентрації в область більш низької концентрації. Речовини в клітку проникають через пори, наявні в клітинній мембрані. Чи не залежить від енергії, що забезпечується АТФ.
Цим шляхом в клітку проникають вода, двоокис вуглецю і молекули органічних речовин, здатні добре розчинятися в жирах
забезпечують проникнення в клітини лише малих молекул
каталізує транспорт «полегшена дифузія»
Підвищення швидкості дифузії різних речовин, наприклад, цукрів, амінокислот і нуклеозидів через мембрану під впливом ферментів. Залежить від градієнта концентрації. Є перенесенням по градієнту концентрації, вона теж безпосередньо не залежить від енергії, що забезпечується АТФ.
Деякі цукру, зокрема, глюкоза
Перенесення речовини проти градієнта концентрації, т. Е. З області низької концентрації в область більш високої концентрації. Пов'язаний зі здатністю мембрани підтримувати різницю електричних потенціалів (крім підтримки різниці в концентраціях речовин всередині і зовні клітини), під якими розуміють відмінності між електричними потенціалами всередині і поза клітиною, а також з витратами енергії на роботу у вигляді переміщення речовин проти електрохімічного градієнта, т. е. «вгору» Ферменти, що каталізують ці реакції
ефективний у разі перенесення іонів
відповідальний за надходження в клітини макромолекул (білків, по-лінуклеотідов, полісахаридів) і різних твердих частинок, включаючи бактерії
процес активного захоплення і поглинання живих і неживих частинок одноклітинними організмами або особливими клітинами (фагоцитами) багатоклітинних тварин організмів. Забезпечується шляхом випинань своєї клітинної мембрани і утворення бульбашок, що зливаються потім з мембраною і відкриваються всередину клітини. Що увійшли всередину клітин частки надходять в лізосоми, де за допомогою клітинних (лізосомних) ферментів руйнуються і засвоюються потім клітинами.
У багатоклітинних (ссавців) виконується спеціалізованими клітинами (лейкоцитами). У найпростіших є формою харчування. Біологічне значення фагоцитозу у ссавців полягає в тому, що він забезпечує імунну (фагоцитарну) захист організму
захоплення клітинної поверхнею рідини з містяться в ній шляхом впячіваній плазматичноїмембрани і утворення бульбашок (канальців), куди надходить рідина. Канальці після заповнення рідиною отшнуровиваются, надходять в цитоплазму і доходять до лізосом, де їх стінки перетравлюються, в результаті чого вміст (рідина) канальців звільняється і піддається подальшій обробці лізосомних ферментів.
Один з основних механізмів проникнення в клітину високомолекулярних сполук, зокрема білків і вуглеводно-білкових комплексів. Найбільш активний П. спостерігається у амеб, в епітеліальних клітинах кишечника і ниркових канальців, в ендотелії судин і зростаючих ооцитах, в клітинах кровоносної та лімфатичної систем, в клітинах злоякісних пухлин, а також в клітинах тканин, для яких характерний підвищений рівень обміну речовин.
Екзоцитоз-процес секретірованія клітинами різних речовин
Клітини здатні секретувати різні речовини в навколишнє їх середовище. Цей процес називають екзоцитозу.
Пасивний транспорт. Коли транспортуються незаряджені молекули, то пасивний транспорт визначається тільки градієнтом концентрації, т. Е. Різницею концентрації речовини на різних сторонах мембрани. Якщо ж молекули речовини, що транспортується заряджені, то до впливу градієнта концентрації додається вплив Електричного потенціалів по обидві сторони мембрани. Градієнт концентрації і електричний градієнт в сукупності складають електрохімічний потенціал, який дозволяє транспорт в клітину тільки позитивно заряджених іонів.
Можна сказати, що пасивний транспорт речовин в клітини здійснюється звичайної дифузією через клітинну мембрану, причому швидкість дифузії речовини залежить від його розчинності в мембрані, коефіцієнта дифузії в мембрані і від різниці концентрації речовин в клітині і за її межами (в середовищі).
Катализируемая, або так звана «полегшена» дифузія, при якій швидкість дифузії різних речовин, наприклад, цукрів, амінокислот і нуклеозидів через мембрану підвищується за допомогою ферментів. Як і звичайна, «полегшена» дифузія теж залежить від градієнта концентрації, однак тут є рухливі «переносники», роль яких виконують ферменти. Перебуваючи в складі мембрани, ферменти діють як «переносників» молекул речовин, проникаючи (диффундируя) на протилежну сторону мембрани, де вони звільняються від переносяться речовин. Оскільки «полегшена» дифузія речовин є перенесенням по градієнту концентрації, вона теж безпосередньо не залежить від енергії, що забезпечується АТФ.
Такі речовини, як глюкоза, майже нерозчинні в ліпідах, і розміри їх часток більше 0,8 нм; проте вони досить швидко проходять через плазматичну мембрану, наприклад через оболонку еритроцита. Мабуть, це обумовлено «полегшеної дифузією» - приєднанням до специфічної молекулі-переносники, що представляє собою пептид або білок. Молекула глюкози G з'єднується з молекулою-переносником X у зовнішній поверхні мембрани, і утворився комплекс GX, розчинний в ліпідах, може дифундувати через мембрану до її внутрішній стороні, де він дисоціює, і звільнена глюкоза виявляється всередині клітини. Потім переносник дифундує назад до зовнішньої поверхні і відразу ж може приєднати до себе іншу молекулу глюкози. При такій системі максимальна швидкість перенесення глюкози визначається загальним числом молекул-переносників, наявних в мембрані, і можливими швидкостями освіти і розщеплення комплексу GX. Для подібного процесу характерна «кінетика насичення»: при малій концентрації глюкози в зовнішньому розчині швидкість її проникнення в клітину пропорційна цій концентрації; однак при більш високих концентраціях пропорційність зникає, так як всі молекули переносника вже «насичені» глюкозою. Переносники специфічні - вони можуть приєднувати тільки глюкозу і деякі дуже близькі до неї по структурі цукру. Молекули цукрів, подібні за своєю хімічною будовою, будуть конкурувати між собою за зв'язують ділянки в молекулах-переносчиках.
Полегшена дифузія не вимагає витрат енергії, якщо зовнішня концентрація глюкози вище внутрішньої і глюкоза, таким чином, переміщається «вниз» за хімічним градієнту. Однак деякі клітини, наприклад клітини кишкового епітелію і внутрішньої вистилки ниркових канальців, здатні концентрувати глюкозу, змушуючи її переміщатися «вгору» за хімічним градієнту (або, як кажуть, проти градієнта концентрації), і для цього вже потрібно витрата енергії. Гормон інсулін різко посилює поглинання глюкози скелетними м'язами і деякими клітинами нашого організму. Поки ще не ясно, чи викликає він збільшення числа ефективних молекул-переносників або ж просто прискорює реакції, з якими пов'язане утворення і розщеплення комплексу переносника з глюкозою. Вважають, що не тільки полегшена дифузія, але і активне перенесення глюкози відбуваються за участю специфічного переносника, що утворює з глюкозою комплекс, синтез або розщеплення якого вимагає витрати енергії.
З клітинних мембран кишкової палички Escherichia coli було виділено і частково очищено ліпопротеїд, який, мабуть, служить переносником, або пермеаз, для лактози. На одну клітку доводиться близько 9000 молекул пермеази. Як вважають, цей білок приєднує лактозу у зовнішній поверхні мембрани, а потім утворився комплекс дифундує до її внутрішньої поверхні, де лактоза відділяється від переносника. Цей гіпотетичний механізм в принципі схожий з передбачуваним механізмом натрієвого насоса.
транспорт іонів натрію і калію, який визначає клітинний мембранний потенціал. Концентрація іонів натрію (Na +) всередині більшості клітин є меншою, ніж в середовищі, тоді як концентрація іонів калію (К +) всередині клітин є в 10-20 разів більшою, ніж в середовищі. В результаті цього іони Nа + прагнуть проникнути з середовища в клітину, а іони К +. навпаки, вийти з клітини в середу. Підтримка концентрації цих іонів в клітині і в навколишньому середовищі забезпечується завдяки наявності в клітинній мембрані системи, яка є іонним «насосом» і яка відкачує іони Na + з клітини в середу і накачує іони К + в клітину з середовища. Робота цієї системи, тобто рух іонів проти електрохімічного градієнта, забезпечується енергією, яка генерується гідролізом АТФ, причому фермент АТФ-аза, що каталізує цю реакцію, міститься в самій мембрані і, як вважають, виконує роль натрієво-калієвого «насоса», що генерує мембранний потенціал. Енергія, що звільняється при гідролізі однієї молекули АТФ, забезпечує транспорт за межі клітини трьох іонів Na + і всередину клітини двох іонів К +.
Система Na + + К + -АТФ-аза допомагає підтримувати асиметричною розподіл іонів калію при високій концентрації останнього в клітинах. Іони калію беруть участь в регуляції багатьох клітинних функцій, включаючи потік солей і води з ниркових клітин, звільнення інсуліну з панкреатичних клітин, частоту серцебиття.
Встановлено, що енергетично вигідний транспорт іонів Na + всередину клітин робить також вплив на транспорт цукрів і амінокислот в клітини. Зокрема, з транспортом іонів Na + пов'язаний транспорт глюкози. Щоб створити градієнт концентрації іонів Na +. сприятливий для транспорту іонів К + і глюкози всередину клітин, іонна «насосна» система завдяки енергії активно відкачує іони Na + з клітини за її межі.
Певна роль в транспорті речовин належить белоксвязивающім системам, що представляє четвертий спосіб транспорту. Йдеться про білках, локалізованих в Периплазма. Ці білки специфічно пов'язують цукру, амінокислоти і іони, переносячи їх потім до специфічних молекул-носіїв, локалізованим в клітинній мембрані. Джерелом енергії для цих систем є АТФ.
Конститутивним екзоцитоз здійснюється періодично, у міру накопичення секрету, без видимого впливу позаклітинних факторів, при коливаннях гідратірованіем клітини, без участі апарату Гольджі і Са 2+-незалежно (Інсулін і ряд інших гормонів, нейротрансмітерів і багатьох ферментів.)
Нейромедіатор (Neurotransmitter) - хімічний посередник, що звільняється з пресинаптичного нервового закінчення і передає нервовий імпульс в синапсі постсінаптічсскому закінчення, м'язового волокна або залозі, які ці нерви іннервують. Основними нейромедиаторами в периферичної нервової системи є ацетилхолін і норадреналін (сскретіруются нервовими закінченнями симпатичної нервової системи). У центральній нервовій системі поряд з ацетилхоліном і норадреналіном, нейромедиаторами є дофамін, серотонін, гаммаамінобутіровая кислота і деякі інші речовини.
Регульований екзоцитоз відрізняється від попереднього необхідністю для запуску позаклітинного впливу і чіткої стадийностью процесу. Кожна зі стадій регулюється диференційовано. Специфіка екзоцитозу визначається хімічною природою виделяеммих речовин, невезікулярной або везикулярной формами його виведення.
За допомогою екзоцитозу з клітини видаляються також частки, що опинилися неперетравлені шляхом фагоцитозу. У більшості клітин цикли ендоцитоз-екзоцитоз безперервні.
Фотосинтез - це синтез органічних сполук в листі зелених рослин з води і вуглекислого газу атмосфери з використанням сонячної (світловий) енергії, адсорбованих хлорофілом в хлоропластах.
Завдяки фотосинтезу відбувається уловлювання енергії видимого світла і перетворення її в хімічну енергію, яка зберігається (запасається) в органічних речовинах, утворених при фотосинтезі.
Основна роль фотосинтезирующих організмів:
1) трансформація енергії сонячного світла в енергію хімічних зв'язків органічних сполук;
2) насичення атмосфери киснем;
В результаті фотосинтезу на Землі утворюється 150 млрд. Т. Органічної речовини і виділяється близько 200 млрд. Т вільного кисню на рік. Він перешкоджає збільшенню концентрації CO2 в атмосфері, запобігаючи перегрів Землі (парниковий ефект).
Створена фотосинтезом атмосфера захищає живе від згубного короткохвильового УФ-випромінювання (киснево-озоновий екран атмосфери).
У урожай сільськогосподарських рослин переходить лише 1-2% сонячної енергії, втрати обумовлені неповним поглинанням світла. Тому є величезна перспектива підвищення врожайності завдяки селекції сортів з високою ефективністю фотосинтезу, створення сприятливого для светопоглощения структури посівів. У зв'язку з цим особливо актуальними стають розробка теоретичних основ управління фотосинтезом
Значення фотосинтезу гігантське. Відзначимо лише, що він постачає паливо (енергію) і атмосферний кисень, необхідні для існування всього живого. Отже, роль фотосинтезу є планетарної.
Планетарність фотосинтезу визначається також тим, що завдяки кругообігу кисню і вуглецю (в основному) підтримується сучасний склад атмосфери, що в свою чергу визначає подальше підтримання життя на Землі. Можна сказати далі, що енергія, яка запасається в продуктах фотосинтезу, є по суті основне джерело енергії, яким зараз володіє людство.