Клітина - це відкрита система, яка обмежена зовнішнім середовищем, але взаємодіє із зовнішнім середовищем.
Цитоплазматична мембрана
Цитоплазматична мембрана відокремлює клітину від навколишнього середовища, але в той же час дозволяє їй обмінюватися речовинами, енергією та інформацією. Цитоплазматична мембрана - це напівпроникна структура, утворена 2 шарами молекул фосфоліпідів та 1 шаром молекул білка. Білкові молекули, що проходять через весь двошаровий шар, є цілісними, якщо вони знаходяться лише на поверхні мембрани, вони є периферійними. Цілісні білки утворюють, наприклад, іонні канали і діють як носії для транспорту речовин через цитоплазматичну мембрану. На поверхні мембрани також присутні молекули олігосахариду глікокаліксу.
Зв'язки між молекулами фосфоліпідів між собою та між фосфоліпідами та молекулами білка слабкі (нековалентні), тому вся мембрана зазвичай має рідинну природу. Це дозволяє швидко перебудувати структурну перебудову цитоплазматичної мембрани, її пластичність та злиття з іншими мембранами (наприклад, при ендоцитозі та екзоцитозі).
Існує 2 основних шляхи, за допомогою яких відбувається перенесення речовин через цитоплазматичну мембрану:
1. пасивний транспорт - не вимагає енергоспоживання, він заснований на принципі дифузії та осмосу
- - мимовільне проникнення частинок однієї речовини (розчиненої речовини) між частинками іншої речовини (розчинника)
- частинки проникають з місця з більшою концентрацією до місця з меншою концентрацією (у напрямку градієнта концентрації), поки концентрації не зрівняються
- швидкість дифузії залежить від різниці в концентраціях і відбувається до вирівнювання концентрацій
- лише молекули - гази, етанол і сечовина - проникають через цитоплазматичну мембрану шляхом дифузії
- є особливим видом дифузії, де 2 розчини відокремлені один від одного напівпроникною мембраною
- це проникнення води з місця з меншою концентрацією в місце з більш високою концентрацією
ІЗОТОНІК: концентрація речовин у навколишньому середовищі = концентрація речовин у цитоплазмі ГІПЕРТОН: концентрація речовин у навколишньому середовищі> концентрація речовин у цитоплазмі
ГІПОТОНІКА: концентрація речовин у навколишньому середовищі
В гіпотонічному середовищі клітина осмотично отримуватиме воду. Кількість зайнятої води залежить від різниці концентрацій цитоплазми клітини та навколишнього середовища. Чим більша ця різниця, тим більша кількість прийнятої води. Клітина збільшується в об’ємі, отримуючи воду. Якщо кількість прийнятої води велика, клітина лопне. Це явище називається плазмоптиз (осмотичний лізис клітини) і спостерігається, коли еритроцити поміщають у дистильовану воду.
Еритроцити в осмотично різних середовищах
В гіпертонічному середовищі клітина поводиться навпаки. Він втрачає воду і зменшує її об’єм. Це явище називається плазмоліз. Під час плазмолізу рослинної клітини цитоплазматична мембрана відокремлюється від клітинної стінки, оскільки клітинна стінка не змінює своєї форми навіть після зневоднення клітини. Плазмоліз може бути викликаний осмотично активними речовинами на тканинах рослин або тварин (наприклад, засолювання нарізаних огірків, полоскання горла сольовим розчином).
В ізотонічному середовищі осмотичного проникнення води не відбувається. Ізотонічний розчин - 0,9% розчин хлориду натрію. Таке рішення називається сольовий розчин. Сольові розчини використовують для захисту клітин від набряків та лізису. Дотримання ізотонічності є дуже важливим при введенні лікарських засобів у формі ін’єкційних розчинів та при внутрішньовенному введенні замісних розчинів у кров.
2. активний транспорт - вимагає енергоспоживання, оскільки речовини транспортуються відповідно до градієнта концентрації. Це робиться різними способами:
(a) перевезення перевізниками:
- у перенесенні беруть участь специфічні транспортери (найчастіше білки периферичної біомембрани), які утворюють комплекс з перенесеною речовиною, зв'язування транспортера з перенесеною речовиною специфічне
- таким чином переносяться глюкоза, амінокислоти, іони Na +, K +
- вигідно: клітина отримує з навколишнього середовища лише ті речовини, які їй потрібні