Способы проникновения питательных веществ клетку

ГК «Униконс»

Продвижение и реализация комплексных пищевых добавок, антисептиков и др. продукции.

«Антисептики Септоцил»

Септоцил. Бытовая химия, антисептики.

«Петритест»

Микробиологические экспресс-тесты. Первые результаты уже через 4 часа.

«АльтерСтарт»

Закваски, стартовые культуры. Изготовление любых заквасок для любых целей.

3.6. ПОСТУПЛЕНИЕ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ В КЛЕТКУ

Поступление веществ в клетку и выделение продуктов обмена в окружающую среду происходит у микроорганизмов через всю поверхность клетки путем осмоса или адсорбции. На интенсивность этих процессов оказывают различные факторы: разность концентрации питательных веществ в клетке и за ее пределами, а также проницаемость для них цитоплазматической оболочки (см. рис. 11).

Опыт, демонстрирующий явление осмоса:

А — в мешочек из полупроницаемой перепонки (например, из целлофана), подвешенный в воде, наливают 5%-ный раствор сахара. Молекулы воды диффундируют в мешочек, заставляя столбик воды в стеклянной трубке подниматься. Молекулы сахара крупнее, поэтому они не могут проходить через поры в целлофане; Б—после достижения равновесия давление столбика воды в точности равно осмотическому давлению раствора сахара и служит мерой этого давления.

Осмос представляет собой диффузию веществ в растворах через полупроницаемую мембрану. Возникает осмос под действием разности осмотических давлений в растворах по обе стороны полупроницаемой мембраны. Величина осмотического давления раствора зависит от молярной концентрации растворенных в нем веществ.

Цитоплазматическая мембрана клетки обладает полупроницаемостью: она является осмотическим барьером, регулируя поступление в клетку и выход из нее растворенных веществ. Веществ нерастворимые в воде, белки, не могут быть использованы клеткой. Они могут проникнуть в нее лишь после расщепления на более простые, что происходит с помощью экзоферментов микробов.

Таким образом, при осмотическом проникновении питательных веществ в клетку движущей силой служит разность осмотических давлений между средой и клеткой. Такой пассивный перенос веществ не требует затраты энергии и протекает до выравнивания концентрации с наружным раствором.

Поступившие в клетку вещества включаются в реакцию конструктивного и энергетического обмена. Концентрация некоторых из них ниже, чем в окружающей среде, и поступление данных веществ возможно до полного исчерпания их из субстрата.

Если микроорганизм попадает в субстрат, осмотическое давление которого выше, чем в клетке, то цитоплазма отдает воду во внешнюю среду. Питательные вещества в клетку не поступают, содержимое клетки уменьшается в объеме, и протопласт отстает от клеточной оболочки. Это явление называется плазмолизом клетки.

При чрезмерном низком осмотическом давлении внешней среды может наступить плазмоптис клетки — явление, обратное плазмолизу, когда вследствие высокой разности осмотических давлений цитоплазма переполняется водой и приводит к разрыву клеточной оболочки.

Второй путь поступления веществ в клетку — активный — путем переноса их особыми, локализованными в цитоплазматической мембране веществами ферментной природы. Эти переносчики, называемые пермеазами, обладают субстратной специфичностью. Каждый транспортирует только определенное вещество. На внешней стороне цитоплазматической мембраны переносчик адсорбирует вещество, вступает с ним во временную связь и отдает на внутренней стороне ее транспортируемое вещество в цитоплазму.

Источник

Транспорт питательных веществ

Транспорт питательных веществ – это процесс прохождения веществ из окружающей среды через цитоплазматическую мембрану (ЦПМ) в бактериальную клетку [1] .

Выделяют несколько типов транспортных систем, которые позволяют различным веществам преодолевать преграду цитоплазматической мембраны (ЦПМ) и попадать внутрь клетки микроорганизма. Это пассивная диффузия, облегченная диффузия, активный транспорт. Отмечается, что только активный транспорт способствует аккумуляции (накоплению) веществ внутри клетки [1] .

Схема процесса пассивной диффузии

Пассивная диффузия

Пассивная или простая диффузия – неспецифический процесс. Он происходит за счет разницы концентраций. Передвижение молекул осуществляется из более концентрированного раствора в менее концентрированный (по градиенту их концентрации).Этот процесс не связан с затратой энергии. Таким путем в клетку попадают низкомолекулярные вещества: кислород, липофильные соединения (спирты, жирные кислоты), вода, яды и другие, чужеродные для клетки вещества. Таким же образом происходит удаление продуктов обмена. Скорость перемещения веществ путем пассивной диффузии невелика и зависит от размеров транспортирующихся молекул [4] [3] .

Схема процесса облегченной диффузии

Облегченная диффузия

Облегченная диффузия – перенос веществ через цитоплазматическую мембрану по градиенту их концентрации с участием пермеаз (транслоказ) – специфических мембранных белков, способствующих прохождению веществ через цитоплазматическую мембрану [3] [1] .

Пермеаза фиксирует на себе молекулу переносимого вещества, вместе с ней преодолевает цитоплазматичекую мембрану. После этого комплекс «вещество-пермеаза» диссоциирует. Освободившаяся пермеаза, диффундирует к наружной поверхности, присоединяет новую молекулу вещества и транспортирует ее внутрь клетки [1] .

Облегченная диффузия не требует расхода энергии, если наружная концентрация вещества выше внутренней, поскольку в таком случае вещество перемещается «вниз» по химическому градиенту. Скорость процесса зависит от концентрации вещества в наружном растворе. Предполагается, что выход продуктов обмена веществ из микробной клетки может также происходит по методу облегченной диффузии с помощью переносчиков [1] .

Параллельно отмечается, что облегченная диффузия более характерна для эукариотических организмов [4] .

Схема активного транспорта

Активный транспорт

Активный транспорт является основным механизмом избирательного переноса вещества через цитоплазматическую мембрану в клетку против градиента концентрации. Этот процесс протекает при участии локализованных в цитоплазматической мембране переносчиков – пермеаз. Это вещества белковой природы, высокочувствительные к субстрату [3] .

Активным транспортом в цитоплазму бактериальной клетку поступает подавляющее большинство разнообразных веществ (ионы, углеводы, аминокислоты, липиды) [4] .

Для активного транспорта необходимы затраты энергии. Ее получают в виде АТФ, либо за счет протондвижущей силы энергизованной мембраны [3] .

У многих микробов, чаще у грамотрицательных бактерий, в активном транспорте принимают участие связующие белки. Эти вещества не входят в структуру мембраны, не идентичны пермеазам. Они локализованы в периплазматическом пространстве. Связующие белки не имеют каталитической активности, но обладают высоким сродством к определенным питательным веществам, аминокислотам, углеводам, неорганическим ионам. Выделено и изучено более 100 различных связующих белков [3] .

Активный транспорт осуществляется двумя путями:

1. Без химической модификации переносимого вещества [4] .
2. С химической модификацией переносимого вещества [4] .

В первом случае молекула питательного вещества образует комплекс с белком периплазматического пространства. Белок взаимодействует со специфической пермеазой цитоплазматической мембраны. После энергозависимого проникновения через цитоплазматическую мембрану комплекс «субстрат – белок периплазмы – пермеаза» диссоциирует и молекула субстрата освобождается [4] .

Во втором случае наблюдается следующие последовательные процессы:

1. Фосфорилирование мембранного фермента-2 со стороны цитоплазмы фосфоенолпируватом [4] .
2. Молекула субстрата связывается на поверхности цитоплазматической мембраны фосфорилированным ферментом-2 [4] .
3. Энергозависимый транспорт молекулы субстрата через мембрану в цитоплазму[4] .
4. Перенос фосфатной группы на молекулу сбстрата [4] .
5. Диссоциация в цитоплазме комплекса «субстрат-фермент» [4] .

Отмечается, что молекулы субстрата аккумулируются в цитоплазме клеток и теряют способность выйти из них именно за счет фосфорилирования [4] .

Отдельные авторы второй путь активного транспорта (с химической модификацией переносимого вещества) выделяют в отдельный (четвертый) способ транспорта питательных веществ – транслокацию (перенос) групп (радикалов) [1] [3] .

Источник

Каким образом питательные вещества попадают в клетку

Отказ от ответсвенности

Обращаем ваше внимание, что вся информация, размещённая на сайте Prowellness предоставлена исключительно в ознакомительных целях и не является персональной программой, прямой рекомендацией к действию или врачебными советами. Не используйте данные материалы для диагностики, лечения или проведения любых медицинских манипуляций. Перед применением любой методики или употреблением любого продукта проконсультируйтесь с врачом. Данный сайт не является специализированным медицинским порталом и не заменяет профессиональной консультации специалиста. Владелец Сайта не несет никакой ответственности ни перед какой стороной, понесший косвенный или прямой ущерб в результате неправильного использования материалов, размещенных на данном ресурсе.

Организм взрослого человека состоит из порядка 30 триллионов клеток. Их питание – процесс обеспечения набором веществ. Цель — продуцирование новых и поддержание деятельности старых клеточных единиц, защита от повреждений и обеспечение необходимой энергией.

Природа создала механизмы, регулирующие обмен веществами, происходящий между цитоплазмой и внешней средой. Рассмотрим и расскажем, как он происходит.

Роль мембраны

Мембрана — так называется пленка-барьер толщиной 5-10 миллионных мм, отделяющий содержимое биологических клеток от внешней среды. У нее двусторонняя, избирательная и неравномерная проницаемость. Эти свойства связаны со сложной структурой и химическим составом пленки.

Мембраны состоят из липидов и белков. К некоторым из них на внешних поверхностях присоединены также углеводы. На долю последних приходится 2–10 % от общего числа молекул.

Липиды составляют бислой, а протеины/белки отвечают за:

• транспорт веществ;
• перенос электронов;
• преобразование энергии;
• активность ферментов и рецепторов.

• активный перенос (эндоцитоз) наблюдается, если силы, благодаря которым он происходит, находятся вне биологической клетки;
• пассивный (экзоцитоз) — осуществляется за счет энергии, вырабатываемой в самой клетке.

Благодаря экзоцитозу выводятся гормоны, протеины, полисахариды, жировые капли и пр. продукты жизнедеятельности клетки.

Взаимодействие между биологической клеткой и окружающей ее средой обеспечивает:

• поддержание в конкретных пределах концентраций веществ, входящих в ее состав;
• выполнение функций некоторых клеток, например, нервных.

Фагоцитоз и пиноцитоз

При запуске процессов эндоцитоза:

• клеточная мембрана образует «кармашки» (впячивания);
• они втягивают внутрь биологической клетки «капельку» внешней среды;
• «кармашки» отшнуровываются;
• «капелька» начинает дрейфовать по цитоплазме.

«Капелька», оказавшаяся в клетке в результате эндоцитоза, остается окруженной ее мембраной. Затем происходит просачивание ее содержимого через эту пленку тем или иным способом. Такое поглощение твердых частичек называется фагоцитозом и осуществляется посредством клеток-фагоцитов. Если речь идет о жидком материале, то наблюдается пиноцитоз.

Способы «просачивания» через мембрану

Молекулы проникают и в одну и в другую сторону в результате 3-х процессов: активному транспорту, облегченной или простой диффузии.

Направление простой диффузии определяется градиентом концентрации вещества с обеих сторон мембраны. Этим способом в клетку проникает вода, другие мелкие незаряженные молекулы и липидорастворимые вещества.

Большинство питательных веществ попадает в клетки посредством транспортных белков. Они образуют непрерывный протеиновый канал через мембрану.

Существует 2 формы транспортировки:

• Активный транспорт — перенос веществ, растворенных в воде, в направлении обратном градиенту концентрации либо электрохимическому градиенту.
• Облегченная диффузия связана с движением молекул в направлении градиента концентрации. В случае заряженных молекул перенос происходит несколько иначе. На него влияет также мембранный потенциал.

Транспортные протеины бывают:

• переносящими через мембрану лишь одно вещество;
• транспортирующими одно вещество в паре с другим или после переноса другого в том же либо в противоположном направлении.

Процессы, описанные выше, играют важнейшую роль и без них невозможна жизнь биологических организмов. Их изучение продолжается, так как не все механизмы до конца известны.

Отказ от ответсвенности

Обращаем ваше внимание, что вся информация, размещённая на сайте Prowellness предоставлена исключительно в ознакомительных целях и не является персональной программой, прямой рекомендацией к действию или врачебными советами. Не используйте данные материалы для диагностики, лечения или проведения любых медицинских манипуляций. Перед применением любой методики или употреблением любого продукта проконсультируйтесь с врачом. Данный сайт не является специализированным медицинским порталом и не заменяет профессиональной консультации специалиста. Владелец Сайта не несет никакой ответственности ни перед какой стороной, понесший косвенный или прямой ущерб в результате неправильного использования материалов, размещенных на данном ресурсе.

Источник