Aportul și cheltuirea substanțelor aparțin proceselor de bază și reprezintă o condiție pentru existența celulei. Această comunicare are loc prin suprafețele celulare care separă celula de mediul extern. O mare importanță în această comunicare este membrana citoplasmatică, care este semipermeabilă, permeabând selectiv substanțele necesare către și dinspre celulă. Datorită structurii sale chimice, această membrană permite, de asemenea, să treacă molecule mai mari sau părți ale celulei. După moartea celulară, membrana plasmatică devine permeabilă.
Celula primește substanțele necesare pentru:
- acoperirea consumului de energie (zaharuri, grăsimi)
- structura celulară (zaharuri, proteine)
- controlul activității celulare (proteine, hormoni, enzime)
- cursul proceselor metabolice (apă, ioni, vitamine)
Celula secretă substanțe care:
- nu are nevoie sau îi dăunează (dioxid de carbon, uree)
- aveți nevoie de alte celule (enzime, vitamine, hormoni)
- sunt necesare pentru protecție (anticorpi)
Distingem trei tipuri de bază de transfer de substanță:
- transport pasiv - are loc fără consum de energie
- transport activ - energia este necesară pentru a transfera substanțe peste membrană
- citoza - transfer de molecule mari și particule întregi în timpul remodelării membranei
Legătură de transport pasiv
Transportul pasiv înseamnă transferul de biomolecule de natură atomică sau cu greutate moleculară mică prin biomembranele fără consum de energie. Este un proces dependent de gradientul de concentrație al substanței dizolvate și de permeabilitatea membranei. Includem difuzia și osmoza.
Link de difuzie
Este mișcarea moleculelor, atomilor și ionilor dintr-un loc de concentrație mai mare într-un loc cu o concentrație mai mică, adică după un gradient de concentrație. Viteza și amploarea difuziei diferă de diferența de concentrație a substanței (solut) pe ambele părți ale biomembranei. Procesul se oprește atunci când concentrația substanței pe ambele părți ale membranei este perturbată, adică. când gradientul de concentrație este eliminat. Aceasta transferă oxigen, dioxid de carbon, non-electroliți organici (alcool, uree), precum și unele otrăvuri și coloranți.
Difuzie facilitată reprezintă mișcarea moleculelor de-a lungul biomembranei folosind transportori de proteine specifici încorporați în membrană. În acest fel, de ex. glucoza deoarece este insolubila in grasimi si molecula este prea mare pentru a trece prin porii membranei. Deși este necesară o anumită proteină ca transportator, acest proces se desfășoară după un gradient de concentrație fără consum de energie.
Legătură de osmoză
Din punct de vedere fizic, este trecerea unidirecțională a moleculelor de solvent peste o membrană semipermeabilă. În sens biologic, este practic un nume special pentru difuzia moleculelor de apă. Forța motrice este diferența de concentrație a particulelor active din punct de vedere osmotic. Osmoza depinde de gradientul de concentrație.
Osmoza poate fi demonstrată pe o soluție de NaCl și apă distilată pură, care sunt separate printr-o membrană semipermeabilă care permite trecerea moleculelor de apă, dar nu și a ionilor Na + și Cl -. Apa „încearcă” să dilueze soluția pe partea opusă a membranei, care poate fi văzută la nivelul crescător al soluției de NaCl și, dimpotrivă, la nivelul scăzut al apei distilate. Presiune osmotica (Π) (exprimată în pascale [Pa]) este o mărime fizică a cărei valoare este presiunea la care trebuie să acționăm asupra lichidului pentru a preveni osmoza (adică diferența de niveluri Δh = 0). Menținerea unei presiuni osmotice constante este vitală atât pentru celulă, cât și pentru corp.
Celula poate absorbi sau pierde apa osmotic în funcție de concentrația particulelor active din punct de vedere osmotic din mediul extracelular și din interiorul celulei, resp. în sucul celular al vacuolelor unei celule vegetale. Din acest punct de vedere, distingem mai multe valori osmotice ale mediului:
-
Mediul izotonic (gr. iso = același; tonos = tensiune) are aceeași valoare osmotică ca celula, deci nu există flux de apă în nicio direcție.
Mediul hipertonic (gr. hyper = mai sus) are o concentrație mai mare de particule active din punct de vedere osmotic și celula pierde apă într-un astfel de mediu, își scade volumul. Apare într-o celulă vegetală plasmoliză (este retragerea protoplastului din peretele celular). Plasmoliza poate fi observată prin sărarea unui castravete feliat. Sarea extrage apă din protoplastele celulelor. Contracția are loc în celula animală, denumită plasmorysis. Acest lucru se întâmplă, de exemplu, când ne frecăm alcoolul pe piele. Procesul opus, adică. echilibrarea nivelului osmotic al celulei și mediului este denumită deplasmoliză. O stare izotonică apare la sfârșitul ei.
Legătură de transport activă
Este transferul moleculelor împotriva gradientului de concentrație, adică de la situri cu concentrație mai mică la situri cu concentrație mai mare. Pentru a face acest lucru, se consumă energie, care provine din clivajul enzimatic hidrolitic al ATP (adenozin trifosfat). ATP conține legături chimice macroergice între fosfați, care, atunci când sunt scindate, eliberează energie chimică utilizabilă pentru alte procese biochimice. Transportul activ face posibilă captarea anumitor ioni sau molecule din mediul extern, chiar dacă apar în mediu în concentrații foarte scăzute. Reprezintă o anumită independență a celulei față de mediu.
Transportul activ este realizat de transportoare de proteine, care sunt proteine de membrană care transportă activ moleculele prin biomembrană. Principiul este similar cu cel din cazul difuzării facilitate, dar se aplică în raport cu gradientul de concentrație al moleculei transferate. Transportul portuar funcționează în mai mulți pași:
- purtătorul recunoaște și captează molecula de pe suprafața membranei
- prin schimbarea conformației (structurii) transportorului, are loc transferul (translocația) moleculei către cealaltă parte a biomembranei (acest proces este susținut de hidroliza ATP)
- eliberarea moleculei din transportorul de pe cealaltă parte a biomembranei restabilește conformația originală a transportorului
Un exemplu de transport activ de către transportatori este pompa de sodiu-potasiu. Este un transportator de proteine transmembranare care transportă cationii de sodiu (Na +) din celulă și cationii de potasiu (K +) în celulă prin consumul de ATP. Pentru o moleculă de ATP, 3 molecule de Na + sunt transferate din celulă și 2 molecule de K + în celulă. Consecința acestui proces este apariția unuia negativ potential electric în interiorul biomembranei față de exterior. Pompele de sodiu-potasiu sunt abundente în celulele nervoase.
Legătură citoză
Moleculele mari și particulele întregi de substanțe care nu pot pătrunde în celulă în modurile menționate mai sus trec prin mecanismul plasmatic al fluxului membranei. De asemenea, numim aceste procese citoze. Acestea sunt procese foarte dinamice care implică fuziunea membranelor și veziculația (divizarea veziculelor). Ele au loc pe suprafața celulelor, între celule și în interiorul celulelor.
În funcție de direcția în care are loc transferul de particule, distingem:
- endocitoza - la celulă
- exocitoza - din celulă
Legătură endocitoză
Endocitoza este ingestia de substanțe într-o celulă. În timp ce transportul pasiv și activ are loc în toate celulele, endocitoza apare doar în unele. Distingem trei tipuri de endocitoză:
- fagocitoză
- pinocitoza
- endocitoza mediată de receptori
Fagocitoză este absorbția solidelor în celulă. El o privea MEČNIKOV în 1883. Folosind microfilamente, creează o celulă ciorapi (pseudopodi), care învelește particulele și le închide vacuol fagocitar.
Fagocitoza este un aport alimentar de bază în protozoare. Fagocitoza servește ca o imunitate înnăscută nespecifică disponibilă pentru celulele imunocompetente la animalele multicelulare. Fagocitoza este implicată în absorbția bacteriilor, a celulelor moarte și uzate (eritrocite din splină). Celulele fagocitare au capacitatea de a se deplasa amoebic.
Pinocitoza reprezintă absorbția substanțelor sub formă de soluție. A descris-o pentru prima dată LEWIS în 1931. Asimilarea substanței are loc prin pătrunderea membranei plasmatice în celulă și crearea unei depresiuni, care se mărește până când este ruptă prin strangulare sub forma unei mici vezici. - vacuol pinocitar - cu substanța transportată (termenul endosom pentru a identifica vezicule care rezultă din diferite forme de endocitoză). Endozomii se îmbină cu lizozomii primari pentru a forma lizozomi secundari.
Fagocitoza și pinocitoza nu sunt procese de ingestie de substanțe foarte specifice. Endocitoza mediată de receptor în schimb, este un proces specific care se concentrează în anumite zone ale suprafeței celulare cu receptori abundenți care leagă un anumit tip de moleculă (ligand). Legarea unui număr suficient de liganzi la receptori va provoca invaginarea acestei părți a membranei împreună cu complexul receptor-ligand. În acest fel, de ex. fier legat de o proteină specifică - transferrina, care este recunoscută de receptorii transferinei de pe suprafața celulelor roșii din sânge.
Legătură exocitoză
Exocitoza este procesul de administrare a unor molecule mai mari care nu pot trece prin membrana plasmatică prin difuzie. Este practic procesul opus endocitozei. Astfel de molecule trec în mediul extern sub formă de vezicule - vezicule exocitice. Vezicula se formează de obicei din membrana reticulului endoplasmatic sau dictiozomii aparatului Golgi. Veziculele transportate se asociază treptat cu membrana citoplasmatică și după fuziunea lor, conținutul lor este excretat în mediul extern.
În acest fel, substanțele reziduale, polizaharidele peretelui celular vegetal, moleculele matricei extracelulare, enzimele extracelulare, proteinele din sânge, anticorpii, hormonii, neurotransmițătorii sunt excretați din celulă.