Как веществата влизат в клетката. Кремът прониква ли в кожата

Въпрос 1. Какви са функциите на външната мембрана на клетката?

Външната клетъчна мембрана се състои от двоен липиден слой и протеинови молекули, някои от които са разположени на повърхността, а някои проникват през и през двата слоя липиди.

Външната клетъчна мембрана прави защитна функция, отделяйки клетката от външната среда, предотвратява увреждането на нейното съдържание.

В допълнение, външната клетъчна мембрана осигурява транспортирането на вещества в и извън клетката, позволява на клетките да взаимодействат една с друга.

Въпрос 2. По какви начини различни веществаможе да влезе в клетката?

Веществата могат да проникнат през външната клетъчна мембрана по няколко начина.

Първо, през най-тънките канали, образувани от протеинови молекули, йони на малки вещества, като натриеви, калиеви и калциеви йони, могат да преминат в клетката.

Второ, веществата могат да навлязат в клетката чрез фагоцитоза или пиноцитоза. По този начин частиците храна обикновено проникват.

Въпрос 3. Как се различава пиноцитозата от фагоцитозата?

При пиноцитозата издатината на външната мембрана улавя капчици течност, а при фагоцитоза - твърди частици.

Въпрос 4. Защо растителните клетки нямат фагоцитоза?

По време на фагоцитозата на мястото, където хранителната частица докосва външната мембрана на клетката, се образува инвагинация и частицата навлиза в клетката, заобиколена от мембрана. При растителна клетканад клетъчната мембранаима плътна непластична обвивка от влакна, която предотвратява фагоцитозата.

Как да изтеглите безплатно есе? . И линк към това есе; Главна информацияотносно клетките. клетъчната мембранавече във вашите отметки.

Допълнителни есета по темата

мултимедийна презентация

(!LANG:Популярни есета

Очевидно някои вещества преминават пасивно през клетъчната мембрана под действието на разлика в налягането, други се изпомпват доста активно в клетката през мембраната, а трети се изтеглят в клетката поради инвагинацията на мембраната.

Повечето от клетките живеят в среда, неподходяща за поддържане на това изключително строго съотношение на вода, соли и органични вещества, без което животът е невъзможен. Това води до необходимостта от непрекъснато и много внимателно регулиране на обмена на различни вещества, който се случва между външния свят и цитоплазмата. бариера, отделяща вътрешността на клетката от околен свят, служи като клетъчна мембрана - най-тънкият филм, дебел само десет милионни от милиметъра.

Тази мембрана е пропусклива за много вещества, които текат в двете посоки (т.е. от клетката и в клетката). Въпреки незначителната си дебелина, мембраната има определена структура; тази структура и химичен състав на мембраната, за които все още имаме много бегла представа, определят нейната избирателна и много неравномерна пропускливост. Ако силите, които осигуряват преминаването на веществата през мембраната, са локализирани в околната среда около клетката, тогава се говори за "пасивен трансфер". Ако енергията, изразходвана за това, се произвежда в самата клетка в процеса на нейния метаболизъм, тогава се говори за "активен трансфер". Такова взаимодействие между клетката и нейната среда служи не само за да гарантира, че концентрацията в клетката на всички вещества, които съставляват нейния състав, винаги се поддържа в определени граници, извън които не може да има живот; в някои клетки, например в нервни клетки, това взаимодействие е от първостепенно значение за функцията, която тези клетки имат в тялото.

Много клетки абсорбират веществата, от които се нуждаят, и чрез един вид поглъщане. Този процес е известен като фагоцитоза или пиноцитоза (думите произлизат от гръцките думи съответно за „ям“ и „пия“ и от думата за „клетка“). При този метод на абсорбция клетъчната мембрана образува джобове или инвагинации, които изтеглят вещества отвън в клетката; след това тези издатини се отрязват и капчица от външната среда, заобиколена от мембрана под формата на мехурче или вакуола, започва да плава през цитоплазмата.

Въпреки цялата прилика на този процес с обикновеното "поглъщане", все още нямаме право да говорим за навлизането на вещества в клетката, тъй като това веднага води до въпроса какво означава изразът "вътре". От нашата, така да се каже, макроскопична, човешка гледна точка, ние сме склонни лекомислено да твърдим, че щом сме погълнали парче храна, то така е попаднало в нас. Подобно твърдение обаче не е съвсем правилно. Интериор храносмилателен трактв топологичен смисъл това е външната повърхност; истинското усвояване на храната започва едва когато тя проникне в клетките на чревната стена. Следователно веществото, което е влязло в клетката в резултат на пиноцитоза или фагоцитоза, все още е „отвън“, тъй като все още е заобиколено от мембраната, която го е уловила. За да влезе наистина в клетката и да се превърне в достъпен метаболитни процесикомпонент на цитоплазмата подобни веществатрябва по един или друг начин да проникне през мембраната.

Една от силите, които действат върху цялата клетъчна мембрана, се дължи на концентрационния градиент. Тази сила възниква поради произволното движение на частиците, стремящи се да бъдат равномерно разпределени в пространството. Ако два разтвора имат еднакъв състав, но различна концентрациявлезе в контакт, тогава започва дифузията на разтвореното вещество от областта с по-висока концентрация и тази дифузия продължава, докато концентрацията стане еднаква навсякъде. Изравняване на концентрацията се получава дори ако двата разтвора са разделени от мембрана, при условие, разбира се, че мембраната е пропусклива за разтвореното вещество. Ако мембраната е пропусклива за разтворителя, но непропусклива за разтвореното вещество, тогава градиентът на концентрацията се появява пред нас под формата на добре познатия феномен на осмозата: в този случай разтворителят преминава през мембраната, преминавайки от област на по-ниска концентрация на разтворено вещество към област с по-висока концентрация. Концентрационният градиент и осмотичните сили, действащи от двете страни на клетъчната мембрана, са много важни, тъй като концентрациите на много вещества в клетката се различават рязко от концентрациите им във външната среда.

При пасивния трансфер проникването на вещества през мембраната се регулира от селективната пропускливост на мембраната. Пропускливостта на мембраната за дадена молекула зависи от химичен състави свойствата на тази молекула, както и нейния размер; в същото време мембраната е в състояние не само да блокира пътя на определени вещества, но и да премине през себе си различни веществана различни скорости.

В зависимост от характера на средата, към която са приспособени, кл различни видовеимат много различна пропускливост. Така например, пропускливостта на обикновена амеба и човешки еритроцити за вода се различава повече от 100 пъти. В таблицата на константите на пропускливостта (изразени като броя кубични микрони вода, преминаващи през 1 квадратен микрон от клетъчната мембрана за 1 минута под въздействието на разлика в осмотичното налягане от 1 атмосфера), стойността от 0,26 е посочена срещу амебата , т.е. неговата пропускливост е много незначителна. Адаптивната стойност на такава ниска пропускливост е очевидна: организмите, живеещи в прясна вода, се сблъскват с най-голямата разлика в концентрацията между външна и вътрешна средаи така те са принудени да ограничат потока на водата навътре, за да спестят енергията, необходима за изпомпването на тази вода обратно. Червените кръвни клетки не се нуждаят от такова защитно устройство, тъй като те обикновено са заобиколени от кръвна плазма - среда, която е в относително осмотично равновесие с тяхната вътрешна среда. Веднъж попаднали във водата, тези клетки веднага започват да набъбват и да се спукат доста бързо, тъй като мембраната им не е достатъчно еластична, за да издържи на този внезапен натиск на водата.

Ако, както обикновено се случва в природата, молекулите на разтвореното вещество се дисоциират на йони, които носят определен електрически заряд, тогава в действие влизат нови сили. Добре известно е, че мембраните на много и може би дори на всички клетки имат способността да поддържат известна потенциална разлика между тяхната външна и вътрешна повърхност. В резултат на това възниква определен потенциален градиент, който заедно с концентрационния градиент служи като движеща сила за пасивно преминаване през клетъчната мембрана.

Третата сила, включена в пасивния транспорт през мембраната, е транспортирането на разтворените вещества заедно с разтворителя (изтегляне на разтворителя). Той влиза в действие само ако разтворът действително може да тече през мембраната; с други думи, ако мембраната е пореста. В този случай движението на частиците от разтвореното вещество, дифундиращи в посоката на потока, се ускорява, а дифузията на частиците в обратната посока се забавя. Този ефект на изтегляне обикновено не се възпроизвежда голяма роля, обаче, в някои специални случаизначението му е доста голямо.

И трите сили, участващи в пасивния трансфер, могат да действат поотделно или заедно. Въпреки това, без значение какъв вид сила причинява движението - дали градиентът на концентрация, потенциалният градиент или ефектът на прибиране - движението винаги се случва в посока "надолу" и мембраната служи като пасивна бариера. В същото време в цитологията са известни много важни примери, когато нито една от тези три сили не може да обясни преноса на вещества през мембраната. В тези случаи движението се извършва в посока "нагоре", т.е. срещу силите, които причиняват пасивен трансфер, и следователно трябва да се случи поради енергията, освободена в резултат на метаболитните процеси, протичащи в клетката. При този активен транспорт мембраната вече не е просто пасивна бариера, а действа като вид динамичен орган.

Доскоро цялата информация, която имахме за структурата на клетъчната мембрана, беше получена изключително в резултат на изучаване на нейната пропускливост и следователно беше чисто косвена. Например, установено е, че много вещества, които са разтворими в липиди (мазнини), лесно преминават през клетъчната мембрана. В тази връзка възниква предположението, че в клетъчната мембрана има слой от липиди и че разтворимите в липиди вещества преминават през мембраната, като се разтварят от едната й страна и се освобождават от другата страна. Оказа се обаче, че водоразтворимите молекули също преминават през клетъчната мембрана. Трябваше да предположа, че структурата на мембраната до известна степен прилича на сито, т.е. че мембраната е снабдена с пори или нелипидни области, а вероятно и двете едновременно; освен това, за да се обяснят особеностите на преминаването на различни йони, беше допуснато наличието на участъци в мембраната, които носят електрически заряд. И накрая, в тази хипотетична схема на структурата на мембраната беше въведен и протеинов компонент, тъй като се появиха данни, които по-специално свидетелстват за омокряемостта на мембраната, която е несъвместима с чисто мастен състав.

Тези наблюдения и хипотези са обобщени в модела на клетъчната мембрана, предложен през 1940 г. от J. Danielli. Според този модел мембраната се състои от двоен слой от липидни молекули, покрити с два протеинови слоя. Липидните молекули лежат успоредно една на друга, но перпендикулярно на равнината на мембраната, като техните незаредени краища са обърнати един към друг, а заредените групи са насочени към повърхността на мембраната. В тези заредени краища се адсорбират протеинови слоеве, състоящи се от протеинови вериги, които образуват плетеница по външната и вътрешната повърхност на мембраната, като по този начин й придават определена еластичност и устойчивост на механични повредии ниско повърхностно напрежение. Дължината на липидните молекули е приблизително 30 ангстрьома, а дебелината на мономолекулния протеинов слой е 10 ангстрьома; следователно Даниели смята, че общата дебелина на клетъчната мембрана е около 80 ангстрьома.

Резултати, получени с електронен микроскоп, потвърди правилността на създадения от Danielli модел. „Елементарната мембрана“, изследвана от електронните микрографии на Робъртсън, съвпада с прогнозите на Даниели по форма и размер и е наблюдавана в много клетки. различни видове. Могат да се разграничат още две тъмни ивицидебелина около 20 ангстрьома, което може да съответства на два протеинови слоя на модела; тези две ивици са разделени от 35 ангстрьома по-лека сърцевина, съответстваща на липидния слой. Общата дебелина на мембраната от 75 ангстрьома е доста близка до стойността, предоставена от модела.

Без да се нарушава общата симетрия на този модел, той трябва да бъде допълнен, за да се вземат предвид разликите в химическата природа на вътрешната и външната повърхност на мембраната. Това би позволило да се обясни съществуването на химически градиенти между вътрешната и външната повърхност на мембраната, разкрити в някои наблюдения. Освен това знаем, че много клетки са покрити с мукопротеинова мембрана, съдържаща въглехидрати, чиято дебелина варира в различните типове клетки. Независимо дали този слой има ефект върху пропускливостта, може да се приеме, че играе важна роляпри пиноцитоза.

В допълнение към тези особености на структурата на мембраната, така да се каже в "напречното сечение", при изследване на пропускливостта се оказва, че нейната структура е нехомогенна и в другата посока. Известно е например, че клетъчните мембрани пропускат частици, чийто размер не надвишава известни граници, като същевременно задържат все по-големи частици и това предполага наличието на пори в тези мембрани. Досега съществуването на пори не е потвърдено от електронномикроскопски изследвания. Това не е изненадващо, тъй като се приема, че тези пори са много малки и разположени много далеч една от друга, така че общата им площ не надвишава една хилядна от общата повърхност на мембраната. Ако наречем мембраната сито, тогава трябва да добавим, че в това сито има много малко дупки.

Още по-важно обстоятелство е, че за да се обясни високата селективна способност, която позволява на много клетки да различават едно вещество от друго, е необходимо да се приеме различна химическа специфичност на различните участъци от мембраната. Оказа се например, че някои ензими са локализирани на клетъчната повърхност. Очевидно тяхната функция е да превръщат веществата, които са неразтворими в мембраната, в разтворими производни, които могат да преминат през нея. Известни са много случаи, когато клетка, която е пропусклива за едно вещество, не допуска друго вещество близо до първото и подобно на него по размер на молекулите и електрически свойства.

И така, виждаме, че тънката клетъчна мембрана е доста сложен апарат, предназначен да пречи активно на движението на вещества, влизащи в клетката и освобождавани от нея. Такъв апарат е незаменим за процеса на активен трансфер, с помощта на който основно се осъществява този трансфер. За да се случи това движение "нагоре", клетката трябва да действа срещу силите на пасивния трансфер. Въпреки усилията на много учени обаче, все още не е възможно да се разкрие механизмът, чрез който енергията, освободена в резултат на клетъчния метаболизъм, се използва за транспортиране на различни вещества през клетъчната мембрана. Възможно е в този енергиен трансфер да участват различни механизми.

Проблемът за активния йонен транспорт предизвиква най-голям интерес. Биолозите още преди 100 години знаеха за съществуването на потенциална разлика между външната и вътрешната повърхност на мембраната; От приблизително същото време те знаят, че тази потенциална разлика има ефект върху транспорта и разпределението на йони. Но едва наскоро те започнаха да разбират, че самата тази потенциална разлика възниква и се поддържа поради активния транспорт на йони.

Важността на този проблем се доказва от факта, че цитоплазмата на много клетки съдържа много повече калий, отколкото натрий, а междувременно те са принудени да живеят в среда, която се характеризира с точно обратното съотношение между съдържанието на тези два йона. Например кръвната плазма съдържа 20 пъти повече натрий от калий, докато червените кръвни клетки съдържат 20 пъти повече калий от натрий. Мембраната на еритроцитите има добре изразена, макар и ниска, пасивна пропускливост както за натриеви, така и за калиеви йони. Ако тази пропускливост можеше да се прояви свободно, тогава натриевите йони биха потекли в клетката, а калиевите йони биха започнали да изтичат от нея. Следователно, за да поддържа съществуващото съотношение на йони, клетката трябва непрекъснато да „изпомпва“ натриеви йони и да натрупва калиеви йони срещу 50-кратен концентрационен градиент.

Повечето от предложените модели за обяснение на активния транспорт се основават на предположението за съществуването на някакъв вид молекули-носители. Предполага се, че тези все още хипотетични носители влизат в контакт с йони, разположени на едната повърхност на мембраната, преминават през мембраната в тази форма и отново освобождават йони на другата повърхност на мембраната. Смята се, че движението на такива съединения (молекули носители, които са прикрепили йони към себе си), за разлика от движението на самите йони, се извършва в "низходяща" посока, т.е. в съответствие с градиента на химична концентрация.

Един такъв модел, създаден от Т. Шоу през 1954 г., позволява не само да се обясни преносът на калиеви и натриеви йони през мембраната, но и да се установи някаква връзка между тях. Според модела на Шоу, калиеви и натриеви йони (K + и Na +) се транспортират през мембраната от мастноразтворими носители (X и Y), специфични за йони. Получените съединения (KX и NaY) могат да дифундират през мембраната, докато мембраната е непропусклива за свободни носители. На външна повърхностнатриевите транспортни мембрани се превръщат в калиеви транспортери, губейки енергия в процеса. На вътрешната повърхност на мембраната калиевите носители отново се превръщат в натриеви носители поради получаването на енергия, възникваща в процеса на клетъчния метаболизъм (доставчиците на тази енергия по всяка вероятност са богати на енергия съединения, в чиято молекула има фосфатни връзки).

Много от предположенията, направени в този модел, са трудни за експериментално потвърждаване и той в никакъв случай не се признава от всички. Въпреки това сметнахме за необходимо да го споменем, тъй като самият този модел показва цялата сложност на явлението активен трансфер.

Много преди биолозите да го дешифрират предизвикателна игра физическа сила, участващи в преноса на вещества през клетъчната мембрана, те вече трябваше да наблюдават клетките, така да се каже, "за храна". AT края на XIXвек Иля Мечников видя за първи път колко бял кръвни клетки(левкоцити) поглъщат бактериите и им дават името "фагоцити". През 1920 г. А. Шефер изобразява как амеба хваща плячката си - рисунка, превърнала се в класика. Процесът на пиноцитоза, изразен по-малко ясно, е открит за първи път от W. Lewis едва през 1931 г. Изучавайки поведението на клетките в тъканна култура, използвайки метода на изтичане на времето, той забелязва мембранни израстъци по периферията на клетката, които вълнообразни толкова енергично, че от от време на време те се затваряха като стиснат юмрук, улавяйки част от средата като в балон. На Люис всичко това изглеждаше толкова подобно на процеса на пиене, че той измисли подходящо име за това явление - „пиноцитоза“.

Откритието на Луис отначало не привлича вниманието, с изключение на работата на С. Мает и У. Дойл, публикувана през 1934 г., които съобщават за подобно явление, наблюдавано от тях при амеба. Пиноцитозата остава просто любопитство до средата на този век, благодарение на изследванията с електронна микроскопия се установява, че такова поглъщане е много по-разпространено.

При амеби и клетки от тъканна култура пиноцитозата може да се наблюдава под конвенционален микроскоп. Поради високата разделителна способност на електронния микроскоп е установено, че много други видове клетки образуват микроскопични мехурчета. От физиологична гледна точка един от най-интересните примери от този вид са клетките четка епителбъбреци и черва: в основата на границата на четката се образуват везикули, които внасят различни вещества в клетката, на които този епител дължи името си. Основната характеристика на пиноцитозата или фагоцитозата е една и съща във всички клетки: част от клетъчната мембрана се отделя от клетъчната повърхност и образува вакуола или везикула, която се отделя от периферията и мигрира в клетката.

Размерът на везикулите, образувани по време на пиноцитоза, варира в широки граници. В амебите и в клетките, взети от тъканна култура, средният диаметър на новооткъсналата се пиноцитна вакуола е 1-2 микрона; размерите на вакуолите, които успяваме да открием с помощта на електронен микроскоп, варират от 0,1 до 0,01 микрона. Доста често такива вакуоли се сливат помежду си и размерите им в същото време, естествено, се увеличават. Тъй като повечето отклетките съдържа редица други вакуоли и гранули, пиноцитните вакуоли скоро се губят от поглед, освен ако не са снабдени с някакъв вид "етикет". Вакуолите, образувани по време на фагоцитоза, разбира се, са много по-големи и могат да поберат цели бактериални клетки, протозойни клетки, а в случай на фагоцити, фрагменти от разрушени тъкани.

Въз основа на прости експерименти с амеба може да се види, че пиоцитозата не може да се наблюдава във всяка тъкан по всяко време, тъй като се причинява от наличието на определени определени вещества в околната среда. AT чиста водапиноцитозата не се среща при амебите: във всеки случай тя не може да бъде открита под микроскоп. Ако във водата, в която са амебите, се добави захар или някакви други въглехидрати, това няма да доведе до нищо. Когато се добавят соли, протеини или определени аминокиселини, започва пиноцитоза. S. Chapman-Andersen установи, че при амебата всяка такава предизвикана пиноцитоза може да продължи около 30 минути, независимо от естеството на фактора, който я е причинил, като през това време се образуват до 100 пиноцитни канала и се поглъщат съответният брой вакуоли. Тогава пиноцитозата спира и може да се възобнови само след 3-4 часа. Според Чапман Андерсен това се дължи на факта, че след 30 минути пиноцитоза се използват всички зони на външната мембрана, способни за инвагинация.

Освен това Чапман-Андерсен помогна за решаването на един стар проблем, а именно показа, че фагоцитозата и пиноцитозата от физиологична гледна точка са един и същ процес. В нейния експеримент на амебите първо е дадена възможност да фагоцитират толкова ядливи реснички, колкото могат да уловят от среда, гъмжаща от тези микроорганизми. След това те бяха прехвърлени в среда, съдържаща фактор, който индуцира пиноцитоза. Оказа се, че тези амеби са в състояние да образуват само няколко канала (по-малко от 10% от обичайния брой). Обратно, амебите, които са изчерпали своя потенциал за пиноцитоза, не фагоцитират, когато се прехвърлят в среда, съдържаща организмите, които обикновено използват като храна. По този начин повърхността на мембраната изглежда ограничаващ фактор и в двата случая.

S. Bennett през 1956 г. предполага, че пиноцитозата се причинява от адсорбцията на индукторни молекули или йони върху повърхността на клетъчната мембрана. Това предположение беше напълно потвърдено в трудовете на редица изследователи. Едва ли може да се съмнява, че при амебата адсорбцията се извършва върху специална мембрана, която се състои от слуз и обгръща цялата амеба. Тъй като се предполага, че такава обвивка съществува и в много други клетки, би било интересно да се установи дали тя изпълнява подобна функция във всички случаи.

Мехурчето, което въвежда индуциращото вещество в клетката, вкарва в нея и определено количество течна среда. Чапман-Андерсен и авторът проведоха експеримент с "двоен етикет", за да определят кое от двете вещества - индуктор или течност - принадлежи към главната роля. Поставихме амеби в среда, съдържаща протеин, белязан с радиоактивен изотоп като индуктор, и захар с друг радиоактивен етикет, което направи възможно определянето на количеството абсорбирана течност. Ние изхождаме от факта, че ако основното консумирано вещество, както и веществото, което предизвиква абсорбция, е протеин, тогава относителното съдържание на протеин във вакуолите трябва да бъде по-високо, отколкото в средата. И така се оказа. Мащабът на това явление обаче далеч надмина очакванията ни. Обща сумапротеинът, абсорбиран в рамките на 30 минути, съответства на приблизително 25% от общата маса на амебата. Това е много впечатляващо ястие, което го показва най-висока стойностза клетка по време на пиноцитоза, те имат вещества, адсорбирани на повърхността.

Въпреки това, храната, съдържаща се във вакуолата, все още трябва да се разглежда извън клетката, тъй като кутията, в която е затворена, е част от външната мембрана. Трябва да разберем дали такава комуникация с външната среда може да осигури суровини за метаболитния апарат на клетката и ако да, как. Най-простият начин за прехвърляне на вещества от вакуолата в цитоплазмата е разтварянето на мембраната под действието на цитоплазмени ензими. Данните от електронната микроскопия обаче не подкрепят това предположение: никога не сме били в състояние да наблюдаваме изчезването на мембраната, която образува стеблото на вакуолата.

Тъй като мембраната очевидно е запазена, основната задача при изследването на пиноцитозата е изследването на нейната пропускливост. Няма съмнение, че пиноцитната везикула освобождава вода в цитоплазмата; в това се убеждаваме от забележимото набръчкване на вакуолите. Дж. Маршал и авторът показаха, че набръчкването при амебите е придружено от постепенно увеличаване на концентрацията на съдържанието на вакуолата. Чрез центрофугиране е установено, че през първите няколко часа след пиноцитозата, плътността на вакуолите се увеличава през цялото време в сравнение с плътността на околната цитоплазма. В крайна сметка тези вакуоли се превръщат в цитоплазмени гранули, които наподобяват митохондриите по размер и поведение по време на центрофугиране.

Оказа се също, че вакуолната мембрана е пропусклива не само за вода, но и за такива нискомолекулни вещества като глюкозата. Чапман-Андерсен и авторът, използвайки радиоактивна глюкоза, установиха, че абсорбираната в процеса на пиноцитоза глюкоза бързо напуска вакуолите и се разпределя равномерно в цитоплазмата. Тази глюкоза влиза нормални процесиметаболизъм, протичащ в клетката, сякаш е влязъл в клетката по обичайния начин - в резултат на дифузия от клетъчната повърхност; продуктът на неговия метаболизъм - радиоактивен въглероден диоксид - скоро се появява сред отделителните продукти на амебата. Chapman-Andersen и D. Prescott получават същите резултати за някои аминокиселини. Следователно няма съмнение, че с помощта на пиноцитозата клетката може да се „храни“ с вещества, които имат малки молекули. Експерименти с "захранване" на големи молекули все още не са провеждани.

Тези резултати предполагат, че има известна промяна в пропускливостта на мембраната. Тази промяна не може да се види с електронен микроскоп; мембраната изглежда една и съща както преди, така и след пиноцитозата. Въпреки това има съобщения, че лигавичната мембрана, покриваща вътрешността на стената на вакуолата, се ексфолира и заедно с адсорбирания върху нея материал остава в центъра на вакуолата под формата на малка бучка.

В същото време се случва друг, вероятно много важен феномен. Върху първичната вакуола се образуват малки вторични вакуоли, които се отделят от нея и мигрират в цитоплазмата. Все още не можем да преценим ролята на този процес за разпределението на съдържанието на първичната вакуола през цитоплазмата. Само едно е ясно: каквито и процеси, свързани с пропускливостта, да протичат в мембраните на тези микровакуоли, техният поток е значително улеснен поради такова огромно увеличение на площта на повърхността на мембраната вътре в клетката. Възможно е вторичните вакуоли също да участват в създаването на селективна пропускливост, като отнемат някои вещества от първичната вакуола и оставят други в нея.

Основната трудност, която възниква, когато се опитваме да обясним пиноцитозата като една от основните физиологични процесислучващо се в клетката е, че е напълно лишено от специфичност. Вярно е, че в активността на фагоцитите, сенсибилизирани от антитела към абсорбцията на определени бактерии, се проявява висока специфичност. А. Тайлър смята, че по време на оплождането се получава пиноцитно поглъщане на сперматозоиди от яйцеклетката - процес, който започва с взаимодействието на специфични вещества върху повърхностите на яйцеклетката и спермата. Въпреки това, най-общо казано, механичното улавяне на адсорбирани вещества и течности от околната среда вероятно се случва без голям избор. Възможно е в резултат на това в клетката често да навлизат безполезни или дори вредни вещества.

Вероятно някъде има механизъм с по-голяма селективност. Най-лесно е да се предположи, че изборът, активен или пасивен, се извършва върху мембраните, които обграждат вакуолите и везикулите, които са в клетката. В този случай пиноцитозата трябва да се разглежда не като процес, който изключва преминаването през мембраната, а като процес, който допълва този трансфер. Неговата основната задачатрябва да се състои в създаването на обширни вътрешни повърхности, върху които дейността на силите, свързани с пасивен и активен трансфер, може да бъде дори по-ефективна, отколкото върху действителната клетъчна повърхност, и в същото време с по-малък риск от загуба на материя поради изтичане.

>> Обща информация за клетките

Общи сведения за клетките.

1. Каква е разликата между черупките на животинските и растителните клетки?
2. С какво е покрита клетката на гъбата?

Клетките, въпреки малкия си размер, са много сложни. Те съдържат структури за консумация хранителни веществаи енергия, отделяне на ненужни метаболитни продукти, възпроизводство. Всички тези аспекти на живота клеткитрябва да са тясно свързани помежду си.

Съдържание на урока Схема на урока и опорна рамка Представяне на урока Ускоряващи методи и интерактивни технологии Закрити упражнения (само за учители) Оценяване Практикувайте задачи и упражнения, семинари за самопроверка, лаборатория, казуси ниво на сложност на задачите: нормално, високо, домашна олимпиада Илюстрации илюстрации: видео клипове, аудио, снимки, графики, таблици, комикси, мултимедийни есета чипове за любознателни ясли хумор, притчи, вицове, поговорки, кръстословици, цитати Добавки външно независимо изпитване (ВНО) основни и допълнителни учебници тематични празници, лозунги статии национални особености речник на термините други Само за учители

Опитайте се да си представите кожата ни като волейболна мрежа, а козметичните молекули като волейболна топка. Мислите ли, че кремът, както го рекламират, ще успее да проникне през фината мрежа и да произведе обещания чудесен ефект? Какъв вид съвременни методии технологиите са в състояние да доставят комплекс от прекрасни компоненти в дълбоките слоеве на кожата, заобикаляйки епидермалната бариера? Струва ли си да харчите пари за скъпа луксозна козметика или всички обещания не са нищо повече от измамен трик? И колко дълбоко може да проникне обикновен крем в кожата?

За да разберете дали козметичните продукти и техните съставки работят, трябва да запомните основите. А именно как е подредена кожата, от какви слоеве се състои, какви са характеристиките на нейните клетки.

Как е устроена кожата ни?

Кожата е най голям органчовешкото тяло. Състои се от три слоя:

Епидермис (0,1-2,0 mm).

Дерма (0,5-5,0 mm).

Хиподерма или подкожна мазнина(2,0-100 mm и повече).

Първият слой на кожата е епидермисът, който обикновено наричаме кожа. Този слой е най-интересен за козметолозите. Тук работят компонентите на кремовете. По-нататък проникват само лекарства, които се прилагат под формата на инжекции.

Епидермисът и епидермалната бариера: бариера за хранителни вещества или надежден съюзник?

Епидермисът от своя страна се състои от 5 слоя - основен, бодлив, зърнест, рогов. Роговият слой е облицован с 15-20 реда корнеоцити - мъртви рогови клетки, в които не повече от 10% вода, няма ядро и целият обем е изпълнен със силен кератинов протеин.

Корнеоцитите са силни верни приятели, се държат една за друга с помощта на протеинови мостове, а липидният слой държи тези клетки заедно по-здраво от цимент - тухли в зидарията.

Корнеоцитите образуват епидермална бариера, която като черупка на костенурка предпазва кожата от външни влияния, както полезни, така и вредни. Има обаче вратичка! За да проникнат вътре, до живите клетки на епидермиса и дермата, веществата на козметиката трябва да се движат по мастния слой! Който, припомняме, се състои от мазнини и е пропусклив само за мазнини и вещества, които са разтворими в тези мазнини.

Бариерата на роговия слой е непропусклива (по-точно слабо пропусклива) за вода и водоразтворими вещества. Водата не може да проникне отвън, но и не може да излезе. Ето как кожата ни предотвратява дехидратацията.

Това не е всичко!

В допълнение към факта, че веществата трябва да бъдат разтворими в мазнини, техните молекули трябва да бъдат малки. Корнеоцитните клетки са разположени на разстояние, измерено в милионни части от милиметъра. Само малка молекула може да проникне между тях.

Оказва се, че добър, работещ козметичен продукт е този, в който полезни компонентиа) мастноразтворими; б) може да преодолее (но не и да разруши!) епидермалната бариера

Би било чудесно, ако мастноразтворимите вещества и микромолекулите са опаковани в туби и буркани!

Има ли смисъл да харчите пари за крем против стареене или хидратиращ крем с ценен колаген?

Като начало нека изясним къде се произвеждат колагенът и еластинът и защо кожата се нуждае от тях.

В долния слой на епидермиса - базалния слой, граничещ с дермата - се раждат нови епидермални клетки. Те вървят нагоре, по пътя постепенно остаряват, стават по-твърди. Когато достигнат повърхността, връзките между тях ще отслабнат, старите клетки ще започнат да се ексфолират. Така кожата ни се обновява.

Ако деленето на клетките се забави или те не се ексфолират навреме (това се нарича хиперкератоза), кожата ще избледнее, ще загуби своята красота. В първия случай ретиноидите, производни на витамин А, ще помогнат (те ще ускорят механизма на регенерация). Във втория – ексфолиращи препарати (пилинги).

Да се върнем на еластина и колагена и да разберем с какво са полезни

Казват ни, че колагенът и еластинът помагат на кожата да остане стегната и млада без бръчки. какво се има предвид

Колагенът и еластинът са двата основни протеина на дермата, състоящи се от аминокиселини и усукани на нишки. Колагеновите влакна са под формата на спирали (пружини) и образуват подобие на рамка, която прави кожата здрава. А тънките еластинови влакна му помагат да се разтегне и да се върне отново в първоначалното си състояние.

Колкото по-добри са колагеновите и еластиновите влакна, толкова по-еластична е кожата.

Колагеновите влакна са необходими за нормалната регенерация, т.к. помагат на новите клетки да се издигнат по-бързо от базалните до повърхностните слоеве на кожата. Друга функция на колагена е да абсорбира и задържа влагата в клетките. Една молекула колаген е в състояние да задържи вода в обем 30 пъти по-голям от размера на самата молекула!

Ако колагеновите пружини са отслабени и не могат да задържат влагата, кожата ще увисне или ще се разтегне поради гравитацията. Мухите, назолабиалните гънки, бръчките и сухотата са външни проявиотрицателни вътрешни промени.

Освен колагенови и еластинови влакна, дермата съдържа фибробластни клетки и гликозаминогликани. Какво правят?

Познатият на всички нас гликозаминогликан - хиалуронова киселина, който запълва междуклетъчните пространства и образува мрежа, в която се задържа влагата - получава се гел. Извори от колаген и еластин сякаш плуват в басейн, пълен с гелообразна хиалуронова киселина.

Така че колагеновите и еластиновите влакна образуват здрава еластична рамка, водният гел от хиалуронова киселина е отговорен за пълнотата на кожата.

Какво правят фибробластите?

Фибробластите са основните клетки на дермата и се намират в междуклетъчно веществомежду колагеновите и еластиновите влакна. Тези клетки произвеждат колаген, еластин и Хиалуронова киселина, като ги разрушава и синтезира отново и отново.

Колкото по-възрастен е човекът, толкова по-пасивни са фибробластите - и съответно толкова по-бавно се обновяват молекулите на колагена и еластина. По-точно, само синтезът на нови молекули се забавя, но процесите на разрушаване продължават със същото темпо. В дермата се появява склад от повредени влакна; кожата губи своята еластичност и става по-суха.

Фибробластите са фабриката за колаген и еластин. Когато "фабриката" не работи добре, кожата започва да старее.

Възможно ли е да се ускори синтеза или да се компенсира липсата на протеини колаген и еластин?

Това е проблемът, който козметолозите се опитват да разрешат от години! Сега те го използват по няколко начина:

Най-скъпият и в същото време най-много ефективно решение- инжекционни процедури. В салона ще ви бъде предложена мезотерапия - въвеждане на коктейли с хиалуронова киселина и колаген под кожата.
RF лифтинг (термолифтинг) дава добри резултати - гореща мярка, базирана на нагряване на кожата с радиочестотно лъчение (радиочестота) на дълбочина 2-4 мм. Затоплянето стимулира дейността на фибробластите, колагеновата рамка става по-здрава, кожата се изглажда и подмладява.
Методът е по-прост и евтин - използването на кремове с колаген, еластин и хиалуронова киселина.

Има ли противоречие тук?

Как и какви активни вещества, които могат да предизвикат регенеративни процеси в кожата, ще проникнат в по-дълбоките слоеве?

Както си спомняте, по пътя на всяка козметика, с колаген, еластин или "хиалурон", има епидермална бариера. Също така помните, че мастноразтворимите вещества могат да заобиколят бариерата и в малки количества - водоразтворими, но само с най-малката молекула.

Да започнем с вкусното – колаген и еластин

Колагенът и еластинът са протеини, не се разтварят във вода или мазнини. Освен това техните молекули са толкова големи, че не могат да се прокарат между кератиновите люспи! Заключение - козметичният колаген (и еластин също) абсолютно не проникват никъде, остават на повърхността на кожата, образувайки дишащ филм.

Напредналите потребители на козметика вероятно са чували за хидролизиран колаген и хидролизиран еластин. Тази форма се разпознава лесно по думата хидролизиран в състава на козметичния продукт. За получаване на колагенов хидролизат се използват ензими (ензими), за еластинов хидролизат се използват основи. Плюс допълнителни фактори – топлинаи натиск.

При такива условия един силен протеин се разпада на компоненти - аминокиселини и пептиди, които - и това е вярно! - проникват в кожата. Въпреки това, не всичко е толкова гладко с отделните аминокиселини, защото те:

не са пълен протеин
нямат свойствата на оригиналното вещество;
неспособни да принудят фибробластите да синтезират свой собствен колаген (или еластин).

По този начин, дори да се притискат в кожата, "неместните" протеини няма да се държат като собствените си, "местни". Тоест, те са просто безполезни в борбата срещу стареенето на кожата и бръчките. Това, с което колагеновият крем е полезен, е способността да възстановява нарушената епидермална бариера и да изглажда повърхностните бръчки.

Всички други обещания са измама, маркетингов трик за половин заплата.

Защо се нуждаете от хиалуронова киселина в кремове?

Хиалуроновата киселина е водоразтворима, така че е приятелска с останалите съставки. козметика. Биват два вида – високо и нискомолекулни.

Хиалуроновата киселина с високо молекулно тегло е сложна по състав, с огромна молекула. В козметиката се добавя хиалуронова киселина от животински произход. Размерът на молекулата й позволява да привлича влага в големи количества(супер-овлажнител!), но не му позволява да проникне сам в кожата.

Инжекциите се използват за доставяне на киселина с високо молекулно тегло. Това са същите пълнители, с които козметолозите запълват бръчките.

Киселина с ниско молекулно тегло - модифицирана. Молекулите му са малки, така че той не ляга на повърхността на епидермиса, а пада по-навътре и действа в дълбочина.

За да промените "хиалурон":

разгражда молекулите си чрез хидролиза на фракции;
синтезирани в лаборатории.

Кремове, серуми, маски са обогатени с този продукт.

Друг продукт е натриевият хиалуронат. За да се получи, молекулите на оригиналното вещество се пречистват чрез отстраняване на мазнини, протеини и някои киселини. Резултатът е вещество с малка молекула.

Хиалуроновата киселина с ниско молекулно тегло може независимо да стигне там, където трябва. Високото молекулно тегло трябва да се прилага външно или инжектирано.

Хитрите производители се опитват да не използват баснословно скъпия нискомолекулен "хиалурон". Да, и те са лакоми с високо молекулно тегло, понякога добавят 0,01% - достатъчно, за да могат да споменат веществото на етикета.

Неинвазивни методи за въвеждане на активни вещества в кожата

И така, наближаваме финала и вече разбрахме, че кремът ще действа само върху повърхността на кожата, без дори да прониква дълбоко в епидермиса. Те ще достигнат до дермата активни веществаили с микромолекула, или под формата на интрадермални (интрадермални) инжекции.

Алтернатива е хардуер без инжектиране и лазерни методи, които ви позволяват да правите без игли и в същото време „вкарвате“ хиалуроновата киселина в дълбоките слоеве на кожата.

Пример за това е лазерната биоревитализация. Технологията се основава на обработка на киселина с високо молекулно тегло, нанесена върху кожата и превръщането й от полимер от хиляди единици в къси вериги до 10 единици. В тази форма „унищожената“ киселина прониква дълбоко в епидермиса и докато се придвижва към дермата, веригите се „зашиват“ с лазер.

Предимствата на лазерната биоревитализация са неинвазивност, комфорт за пациента, липса на нежелани реакциии рехабилитационен период. Недостатъкът е ниската ефективност (не повече от 10%). Ето защо за постигане на желания резултат трябва да се комбинират и двата метода – инжекционната и лазерната биоревитализация.

Методите на инжектиране са най-разумни. Това е гаранция, че веществото е отишло на адреса (в дермата) и ще работи.

Всички клетки са отделени от околната среда с плазмена мембрана. Клетъчните мембрани не са непроницаеми бариери. Клетките са в състояние да регулират количеството и вида на веществата, преминаващи през мембраните, а често и посоката на движение.

Транспортът през мембраните е жизненоважен, тъй като осигурява:

подходяща стойност на pH и концентрация на йони
доставка на хранителни вещества
изхвърляне на токсични отпадъци
секреция на различни полезни вещества
създаване на йонни градиенти, необходими за нервната и мускулната дейност.

Регулирането на метаболизма през мембраните зависи от физичните и химичните свойства на мембраните и йоните или молекулите, преминаващи през тях.
Водата е основното вещество, което влиза и излиза от клетките.

Движението на водата както в живите системи, така и в неживата природа се подчинява на законите на обемния поток и дифузия.

Дифузията е познато явление. Ако капнете няколко капки парфюм в един ъгъл на стаята, миризмата постепенно ще изпълни цялата стая, дори ако въздухът в нея е неподвижен. Това е така, защото материята се движи от регион с повече висока концентрациякъм област с по-нисък. С други думи, дифузията е разпространението на вещество в резултат на движението на неговите йони или молекули, които се стремят да изравнят концентрацията си в системата.

Признаци на дифузия: всяка молекула се движи независимо от другите; тези движения са хаотични.
Дифузията е бавен процес. Но може да се ускори в резултат на плазмен ток, метаболитна активност.
Обикновено веществата се синтезират в една част на клетката и се консумират в друга. Че. установява се концентрационен градиент и веществата могат да дифундират по градиента от мястото на образуване до мястото на консумация.
Органичните молекули обикновено са полярни. Поради това те не могат свободно да дифундират през липидната бариера на клетъчните мембрани. Въпреки това въглеродният диоксид, кислородът и други липидоразтворими вещества преминават през мембраните свободно. Водата и някои малки йони преминават и в двете посоки.

Клетъчната мембрана.

Клетката е заобиколена от всички страни от плътно прилепнала мембрана, която се адаптира към всяка промяна във формата си с видима лека пластичност. Тази мембрана се нарича плазмена мембрана или плазмалема (на гръцки plasma - форма; lemma - черупка).

Общи характеристики на клетъчните мембрани:

Различните видове мембрани се различават по своята дебелина, но в повечето случаи дебелината на мембраните е 5 - 10 nm; например дебелината на плазмената мембрана е 7,5 nm.
Мембраните са липопротеинови структури (липид + протеин). До някои липидни и протеинови молекули на външни повърхностисвързани въглехидратни компоненти (гликозилни групи). Обикновено делът на въглехидратите в мембраната е от 2 до 10%.
Липидите образуват двоен слой. Това е така, защото техните молекули имат полярни глави и неполярни опашки.
Мембранните протеини изпълняват различни функцииКлючови думи: транспорт на вещества, ензимна активност, пренос на електрон, преобразуване на енергия, рецепторна активност.
На повърхността на гликопротеините има гликозилови групи - разклонени олигозахаридни вериги, наподобяващи антени. Тези гликозилови групи са свързани с механизъм за разпознаване.
Двете страни на мембраната могат да се различават една от друга както по състав, така и по свойства.

Функции на клетъчните мембрани:

ограничаване на клетъчното съдържание от околната среда
регулиране метаболитни процесина границата клетка-среда
предаване на хормонални и външни сигнали, които контролират клетъчния растеж и диференциация
участие в процеса на клетъчно делене.

Ендоцитоза и екзоцитоза.

Ендоцитозата и екзоцитозата са два активни процеса, чрез които различни материали се транспортират през мембраната, или в клетките (ендоцитоза), или извън клетките (екзоцитоза).
По време на ендоцитозата плазмената мембрана образува инвагинации или израстъци, които след това, като се отделят, се превръщат във везикули или вакуоли. Има два вида ендоцитоза:
1. Фагоцитоза - абсорбция на твърди частици. Специализирани клетки, които извършват фагоцитоза, се наричат фагоцити.

2. Пиноцитоза - абсорбция на течен материал (разтвор, колоиден разтвор, суспензия). Често се образуват много малки везикули (микропиноцитоза).
Екзоцитозата е обратният процес на ендоцитозата. По този начин се отделят хормони, полизахариди, протеини, мастни капки и други клетъчни продукти. Те са затворени в свързани с мембрана везикули и се приближават до плазмалемата. И двете мембрани се сливат и съдържанието на везикулата се освобождава в околната среда около клетката.

Видове проникване на вещества в клетката през мембраните.
Молекулите преминават през мембраните чрез три различни процеса: проста дифузия, улеснена дифузия и активен транспорт.

Простата дифузия е пример за пасивен транспорт. Посоката му се определя само от разликата в концентрациите на веществото от двете страни на мембраната (концентрационен градиент). Чрез проста дифузия в клетката проникват неполярни (хидрофобни) липидоразтворими вещества и малки незаредени молекули (например вода).
Повечето от необходимите на клетките вещества се транспортират през мембраната с помощта на потопени в нея транспортни протеини (протеини носители). Всички транспортни протеини изглежда образуват непрекъснато протеиново преминаване през мембраната.
Има две основни форми на транспорт с помощта на превозвача: улеснена дифузия и активен транспорт.
Улеснената дифузия се дължи на концентрационен градиент и молекулите се движат по този градиент. Въпреки това, ако молекулата е заредена, тогава нейният транспорт се влияе както от концентрационния градиент, така и от общия електрически градиент през мембраната (мембранен потенциал).
Активният транспорт е движението на разтворените вещества срещу концентрация или електрохимичен градиент, използвайки енергията на АТФ. Енергията е необходима, защото материята трябва да се движи срещу естествената си тенденция да дифундира в обратна посока.

Na-K помпа.

Една от най-важните и най-добре проучени активни транспортни системи в животинските клетки е Na-K помпата. Повечето животински клетки поддържат различни градиенти на концентрация на натриеви и калиеви йони от различните страни на плазмената мембрана: вътре в клетката, ниска концентрациянатриеви йони и висока концентрация на калиеви йони. Енергията, необходима за работата на Na-K помпата, се доставя от ATP молекули, произведени по време на дишането. Значението на тази система за целия организъм се доказва от факта, че в почиващото животно повече от една трета от АТФ се изразходва, за да се осигури работата на тази помпа.

Модел на работа на помпата Na-K.

НО.Натриевият йон в цитоплазмата се свързва с транспортна протеинова молекула.
б.Реакция с участието на АТФ, в резултат на която фосфатната група (Р) се прикрепя към протеина и се освобождава АДФ.
AT.Фосфорилирането предизвиква промяна в конформацията на протеина, което води до освобождаване на натриеви йони извън клетката
Ж.Калиевият йон в извънклетъчното пространство се свързва с транспортен протеин (D), който в тази форма е по-адаптиран да се комбинира с калиеви йони, отколкото с натриеви йони.
д.Фосфатната група се отцепва от протеина, което води до възстановяване на първоначалната форма, а калиевият йон се освобождава в цитоплазмата. Транспортният протеин вече е готов да пренесе друг натриев йон извън клетката.