O celulă este un sistem deschis care este limitat la mediul extern, dar comunică cu mediul extern.
Membrană citoplasmatică
Membrana citoplasmatică separă celula de mediu, dar, în același timp, îi permite să facă schimb de substanțe, energie și informații. Membrana citoplasmatică este o structură semipermeabilă formată din 2 straturi de molecule fosfolipidice și 1 strat de molecule proteice. Moleculele de proteine care trec prin întregul strat bistrat sunt integrale; dacă sunt prezente doar pe suprafața membranei, acestea sunt periferice. Proteinele integrate formează, de exemplu, canale ionice și acționează ca purtători pentru transportul substanțelor peste membrana citoplasmatică. Moleculele oligozaharidelor Glycocalix sunt prezente și pe suprafața membranei.
Legăturile dintre moleculele fosfolipidice între ele și dintre fosfolipide și moleculele proteice sunt slabe (non-covalente), deci întreaga membrană este de obicei fluidă în natură. Acest lucru permite rearanjarea structurală rapidă a membranei citoplasmatice, plasticitatea acesteia și fuziunea cu alte membrane (de exemplu, în endocitoză și exocitoză).
Există 2 moduri de bază în care are loc transferul de substanțe peste membrana citoplasmatică:
1. transport pasiv - nu necesită consum de energie, se bazează pe principiul difuziei și osmozei
- este penetrarea spontană a particulelor unei substanțe (substanță dizolvată) între particulele unei alte substanțe (solvent)
- particulele pătrund de la locul cu concentrația mai mare la locul cu concentrația mai mică (în direcția gradientului de concentrație) până când concentrațiile se egalizează
- rata de difuzie depinde de diferența de concentrații și are loc până când concentrațiile sunt egalizate
- numai moleculele - gaze, etanol și uree - pătrund prin membrana citoplasmatică prin difuzie
- este un tip special de difuzie, unde 2 soluții sunt separate între ele printr-o membrană semipermeabilă
- este pătrunderea apei dintr-un loc cu o concentrație mai mică într-un loc cu o concentrație mai mare
ISOTONIC: concentrație de substanțe în mediu = concentrație de substanțe în citoplasmă HIPERTONIC: concentrație de substanțe în mediu> concentrație de substanțe în citoplasmă
HIPOTONIC: concentrație de substanțe în mediu
Într-un mediu hipoton celula va primi în mod osmotic apă. Cantitatea de apă captată depinde de diferența dintre concentrațiile citoplasmei celulei și a mediului. Cu cât această diferență este mai mare, cu atât este mai mare cantitatea de apă luată. Celula crește în volum prin primirea apei. Dacă cantitatea de apă luată este mare, celula va exploda. Acest fenomen se numește plasmoptizie (liza osmotică a unei celule) și este observat atunci când celulele roșii din sânge sunt plasate în apă distilată.
Globulele roșii din medii osmotice diferite
Într-un mediu hiperton celula se comportă invers. Pierde apă și își scade volumul. Acest fenomen se numește plasmoliză. În timpul plasmolizei unei celule vegetale, membrana citoplasmatică se separă de peretele celular, deoarece peretele celular nu își schimbă forma nici după deshidratarea celulei. Plasmoliza poate fi indusă de substanțe active din punct de vedere osmotic pe țesuturile plantelor sau animalelor (de exemplu sărarea castraveților tăiați felii, gargară cu soluție salină).
Într-un mediu izotonic pătrunderea osmotică a apei nu are loc. Soluția izotonică este 0,9% soluție de clorură de sodiu. O astfel de soluție se numește soluție salină. Soluțiile saline sunt utilizate pentru a proteja celulele de umflături și liză. Respectarea izotonicității este foarte importantă atunci când se administrează medicamente sub formă de soluții injectabile și atunci când se administrează soluții de înlocuire intravenos în fluxul sanguin.
2. transport activ - necesită consum de energie, deoarece substanțele sunt transportate împotriva gradientului de concentrație. Se face în diferite moduri:
(a) transportul prin transportatori:
- transportori specifici (cel mai adesea proteine periferice din biomembrană) participă la transfer, care formează un complex cu substanța transferată, legarea transportorului cu substanța transferată este specifică
- astfel se transferă glucoza, aminoacizii, ionii Na +, K +
- avantajos: celula primește din mediu doar substanțele de care are nevoie