Trasporto molecolare. Trasporto passivo e attivo di sostanze attraverso la membrana

La maggior parte dei processi vitali, come l'assorbimento, l'escrezione, la conduzione di un impulso nervoso, la contrazione muscolare, la sintesi di ATP, il mantenimento di una composizione ionica e di un contenuto d'acqua costanti, sono associati al trasferimento di sostanze attraverso le membrane. Questo processo nei sistemi biologici è chiamato trasporto . Lo scambio di sostanze tra la cellula e il suo ambiente avviene costantemente. I meccanismi di trasporto delle sostanze dentro e fuori la cellula dipendono dalle dimensioni delle particelle trasportate. Piccole molecole e ioni vengono trasportati dalla cellula direttamente attraverso la membrana sotto forma di trasporto passivo e attivo.

Trasporto passivo effettuata senza dispendio energetico, lungo il gradiente di concentrazione per semplice diffusione, filtrazione, osmosi o diffusione facilitata.

Diffusione – penetrazione delle sostanze attraverso la membrana lungo il gradiente di concentrazione (dalla zona in cui la loro concentrazione è maggiore alla zona in cui la loro concentrazione è minore); questo processo avviene senza dispendio energetico dovuto al movimento caotico delle molecole. Il trasporto diffuso di sostanze (acqua, ioni) viene effettuato con la partecipazione di proteine ​​integrali di membrana, in cui sono presenti pori molecolari (canali attraverso i quali passano molecole e ioni disciolti), o con la partecipazione della fase lipidica (per liposolubili sostanze). Con l'aiuto della diffusione, le molecole disciolte di ossigeno e anidride carbonica, nonché veleni e droghe, entrano nella cellula.

Riso. Tipi di trasporto attraverso la membrana.1 - diffusione semplice; 2 - diffusione attraverso canali di membrana; 3 - diffusione facilitata con l'aiuto di proteine ​​\u200b\u200bcarrier; 4 - trasporto attivo.

Diffusione facilitata. Il trasporto di sostanze attraverso il doppio strato lipidico per semplice diffusione avviene a bassa velocità, soprattutto nel caso di particelle cariche, ed è quasi incontrollato. Pertanto, nel processo di evoluzione, sono comparsi specifici canali di membrana e portatori di membrana per alcune sostanze, che contribuiscono ad aumentare la velocità di trasferimento e, inoltre, svolgono selettivo trasporto. Si chiama trasporto passivo di sostanze per mezzo di vettori diffusione facilitata. Nella membrana sono incorporate proteine ​​trasportatrici speciali (permeasi). Le permeasi si legano selettivamente all'uno o all'altro ione o molecola e le trasferiscono attraverso la membrana. In questo caso, le particelle si muovono più velocemente rispetto alla diffusione convenzionale.

Osmosi - l'ingresso di acqua nelle cellule da una soluzione ipotonica.

Filtrazione - infiltrazioni di sostanze porose verso valori di pressione inferiori. Un esempio di filtrazione nel corpo è il trasferimento di acqua attraverso le pareti dei vasi sanguigni, spremendo il plasma sanguigno nei tubuli renali.

Riso. Movimento di cationi lungo un gradiente elettrochimico.

trasporto attivo. Se nelle cellule esistesse solo il trasporto passivo, le concentrazioni, le pressioni e altre quantità all'esterno e all'interno della cellula sarebbero uguali. Pertanto, esiste un altro meccanismo che funziona nella direzione contro il gradiente elettrochimico e si verifica con il dispendio di energia da parte della cellula. Il trasferimento di molecole e ioni contro il gradiente elettrochimico, effettuato dalla cellula per effetto dell'energia dei processi metabolici, è chiamato trasporto attivo ed è inerente solo alle membrane biologiche. Il trasferimento attivo di una sostanza attraverso la membrana avviene a causa dell'energia libera rilasciata durante le reazioni chimiche all'interno della cellula. Il trasporto attivo nel corpo crea gradienti di concentrazione, potenziali elettrici, pressioni, ad es. mantiene la vita nel corpo.

Il trasporto attivo consiste nel movimento di sostanze contro un gradiente di concentrazione con l'ausilio di proteine ​​di trasporto (porine, ATPasi, ecc.), che formano pompe a membrana, con il dispendio di energia ATP (pompa potassio-sodio, regolazione della concentrazione di ioni calcio e magnesio nelle cellule, assunzione di monosaccaridi, nucleotidi, aminoacidi). Sono stati studiati tre principali sistemi di trasporto attivo, che forniscono il trasferimento di ioni Na, K, Ca, H attraverso la membrana.

Meccanismo. Gli ioni K + e Na + sono distribuiti in modo non uniforme su diversi lati della membrana: la concentrazione di Na + all'esterno > K + ioni e all'interno della cellula K + > Na + . Questi ioni si diffondono attraverso la membrana nella direzione del gradiente elettrochimico, che porta al suo allineamento. Le pompe Na-K fanno parte delle membrane citoplasmatiche e funzionano grazie all'energia di idrolisi delle molecole di ATP con la formazione di molecole di ADP e fosfato inorganico F n: ATP \u003d ADP + P n. La pompa funziona in modo reversibile: i gradienti di concentrazione ionica promuovono la sintesi di molecole di ATP da mol-l ADP e F n: ADP + F n \u003d ATP.

La pompa Na + /K + è una proteina transmembrana capace di cambiamenti conformazionali, in conseguenza dei quali può legare sia "K +" che "Na +". In un ciclo di funzionamento, la pompa rimuove tre "Na +" dalla cellula e avvia due "K +" a causa dell'energia della molecola di ATP. La pompa sodio-potassio consuma quasi un terzo di tutta l'energia necessaria alla vita della cellula.

Non solo le singole molecole, ma anche i solidi possono essere trasportati attraverso la membrana ( fagocitosi), soluzioni ( pinocitosi). Fagocitosi – cattura e assorbimento di particelle di grandi dimensioni(cellule, parti cellulari, macromolecole) e pinocitosi – catturare e assorbire materiale liquido(soluzione, soluzione colloidale, sospensione). I vacuoli pinocitici risultanti variano in dimensioni da 0,01 a 1-2 micron. Quindi il vacuolo si immerge nel citoplasma e si stacca. Allo stesso tempo, la parete del vacuolo pinocitico conserva completamente la struttura della membrana plasmatica che l'ha originata.

Se una sostanza viene trasportata nella cellula, viene chiamata questa modalità di trasporto endocitosi ( trasferimento nella cellula per pino diretto o fagocitosi), se all'esterno, allora - esocitosi ( trasporto fuori dalla cellula mediante pino inverso - o fagocitosi). Nel primo caso si forma un'invaginazione sul lato esterno della membrana, che gradualmente si trasforma in una bolla. La bolla si stacca dalla membrana all'interno della cellula. Tale vescicola contiene una sostanza trasportata circondata da una membrana bilipidica (vescicola). Successivamente, la vescicola si fonde con alcuni organelli cellulari e ne rilascia il contenuto. Nel caso dell'esocitosi, il processo avviene nell'ordine inverso: la vescicola si avvicina alla membrana dall'interno della cellula, si fonde con essa ed espelle il suo contenuto nello spazio intercellulare.

Nella membrana ci sono 2 tipi di sistemi proteici integrali specializzati che assicurano il trasporto di ioni attraverso la membrana cellulare: pompe ioniche e canali ionici. Cioè, ci sono 2 tipi principali di trasporto ionico attraverso la membrana: passivo e attivo.

Pompe ioniche e gradienti ionici transmembrana

Pompe ioniche (pompe)- proteine ​​integrali che forniscono il trasporto attivo di ioni contro il gradiente di concentrazione. L'energia per il trasporto è l'energia dell'idrolisi dell'ATP. Ci sono pompa Na + / K + (pompa Na + fuori dalla cella in cambio di K +), pompa Ca ++ (pompa Ca ++ fuori dalla cella), pompa Cl– (pompa Cl - fuori dalla cella) .

Come risultato del funzionamento delle pompe ioniche, vengono creati e mantenuti gradienti ionici transmembrana:

• la concentrazione di Na+, Ca++, Cl è più bassa all'interno della cellula che all'esterno (nel liquido interstiziale);
• la concentrazione di K+ all'interno della cellula è maggiore che all'esterno.

Il meccanismo della pompa sodio-potassio. NCH ​​in un ciclo trasferisce 3 ioni Na+ dalla cellula e 2 ioni K+ nella cellula. Ciò è dovuto al fatto che la molecola proteica integrale può essere in 2 posizioni. La molecola proteica che forma il canale ha un sito attivo che lega Na+ o K+. In posizione (conformazione) 1, è rivolto all'interno della cella e può attaccare Na+. Viene attivato l'enzima ATPasi, che scompone l'ATP in ADP. Di conseguenza, la molecola viene convertita nella conformazione 2. Nella posizione 2, è rivolta verso l'esterno della cellula e può attaccare K+. Quindi la conformazione cambia di nuovo e il ciclo si ripete.

canali ionici

canali ionici- proteine ​​integrali che forniscono il trasporto passivo di ioni lungo il gradiente di concentrazione. L'energia per il trasporto è la differenza nella concentrazione di ioni su entrambi i lati della membrana (gradiente ionico transmembrana).

I canali non selettivi hanno le seguenti proprietà:

• passano tutti i tipi di ioni, ma la permeabilità per gli ioni K + è molto più alta rispetto ad altri ioni;
• sono sempre aperti.

I canali selettivi hanno le seguenti proprietà:

• passare solo un tipo di ioni; ogni tipo di ione ha il proprio tipo di canali;
• può essere in uno dei 3 stati: chiuso, attivato, disattivato.

Viene fornita la permeabilità selettiva del canale selettivo filtro selettivo, che è formato da un anello di atomi di ossigeno caricati negativamente, che si trova nel punto più stretto del canale.

Il cambio di stato del canale è fornito dal funzionamento meccanismo del cancello, che è rappresentato da due molecole proteiche. Queste molecole proteiche, le cosiddette porte di attivazione e porte di inattivazione, modificando la loro conformazione, possono bloccare il canale ionico.

A riposo il cancello di attivazione è chiuso, il cancello di disattivazione è aperto (il canale è chiuso). Quando viene applicato un segnale al sistema di gate, il gate di attivazione si apre e inizia il trasporto di ioni attraverso il canale (il canale viene attivato). Con una significativa depolarizzazione della membrana cellulare, il gate di inattivazione si chiude e il trasporto ionico si interrompe (il canale è inattivato). Quando il livello del potenziale di riposo viene ripristinato, il canale torna al suo stato originale (chiuso).

A seconda del segnale che provoca l'apertura della porta di attivazione, i canali ionici selettivi si dividono in:

• canali chemiosensibili– un segnale per aprire il gate di attivazione è un cambiamento nella conformazione della proteina recettore associata al canale a seguito dell'attaccamento ad esso di un ligando;
• canali sensibili alla tensione- un segnale per aprire il cancello di attivazione è una diminuzione del potenziale di riposo (depolarizzazione) della membrana cellulare a un certo livello, che viene chiamato livello critico di depolarizzazione(KUD).

Esistono diversi meccanismi per il trasporto di sostanze attraverso la membrana.

Diffusione- la penetrazione di sostanze attraverso la membrana lungo il gradiente di concentrazione (dalla zona in cui la loro concentrazione è maggiore alla zona in cui la loro concentrazione è minore). Il trasporto diffuso di sostanze (acqua, ioni) viene effettuato con la partecipazione di proteine ​​di membrana, che hanno pori molecolari, o con la partecipazione della fase lipidica (per le sostanze liposolubili).

A diffusione facilitata speciali proteine ​​​​di trasporto della membrana si legano selettivamente all'uno o all'altro ione o molecola e le trasportano attraverso la membrana lungo un gradiente di concentrazione.

trasporto attivoè associato ai costi energetici e serve a trasportare le sostanze contro il loro gradiente di concentrazione. Lui svolto da speciali proteine ​​veicolanti, che formano le cosiddette pompe ioniche. La più studiata è la pompa Na-/K- nelle cellule animali, che pompa attivamente gli ioni Na+ verso l'esterno, mentre assorbe gli ioni K. A causa di ciò, nella cellula vengono mantenute una grande concentrazione di K- e una minore concentrazione di Na+ rispetto all'ambiente. Questo processo consuma l'energia di ATP. Come risultato del trasporto attivo con l'aiuto di una pompa a membrana, anche la concentrazione di Mg2- e Ca2+ viene regolata nella cellula. ionico a diffusione cellulare di membrana

Nel processo di trasporto attivo di ioni nella cellula, vari zuccheri, nucleotidi e amminoacidi penetrano attraverso la membrana citoplasmatica.

Le macromolecole di proteine, acidi nucleici, polisaccaridi, complessi lipoproteici, ecc. non attraversano le membrane cellulari, a differenza di ioni e monomeri. Il trasporto di macromolecole, loro complessi e particelle nella cellula avviene in un modo completamente diverso: attraverso l'endocitosi. In endocitosi (endo... - all'interno) una certa sezione della membrana plasmatica cattura e, per così dire, avvolge il materiale extracellulare, racchiudendolo in un vacuolo di membrana che si è formato a seguito dell'invaginazione della membrana. Successivamente, un tale vacuolo è collegato a un lisosoma, i cui enzimi scompongono le macromolecole in monomeri.

Il processo inverso dell'endocitosi è esocitosi (es... - fuori). Grazie a lui la cellula rimuove i prodotti intracellulari o i residui non digeriti racchiusi in vacuoli o vescicole. La vescicola si avvicina alla membrana citoplasmatica, si fonde con essa e il suo contenuto viene rilasciato nell'ambiente. Come vengono escreti gli enzimi digestivi, gli ormoni, l'emicellulosa, ecc.

Pertanto, le membrane biologiche, in quanto principali elementi strutturali della cellula, servono non solo come confini fisici, ma anche come superfici funzionali dinamiche. Sulle membrane degli organelli vengono effettuati numerosi processi biochimici, come l'assorbimento attivo di sostanze, la conversione di energia, la sintesi di ATP, ecc.

• · barriera - fornisce un metabolismo regolato, selettivo, passivo e attivo con l'ambiente. Ad esempio, la membrana del perossisoma protegge il citoplasma dai perossidi che sono pericolosi per la cellula. Permeabilità selettiva significa che la permeabilità di una membrana a vari atomi o molecole dipende dalle loro dimensioni, carica elettrica e proprietà chimiche. La permeabilità selettiva garantisce la separazione cellulare e compartimenti cellulari dall'ambiente e fornire loro le sostanze necessarie.
• · trasporto - attraverso la membrana c'è un trasporto di sostanze nella cellula e fuori dalla cellula. Il trasporto attraverso le membrane prevede: l'apporto di nutrienti, la rimozione dei prodotti finali del metabolismo, la secrezione di varie sostanze, la creazione di gradienti ionici, il mantenimento di un pH ottimale nella cellula e la concentrazione di ioni necessari per il funzionamento di enzimi cellulari. Particelle che per qualche ragione non sono in grado di attraversare il doppio strato fosfolipidico (per esempio, a causa delle proprietà idrofile, poiché la membrana è idrofobica all'interno e non consente il passaggio di sostanze idrofile, o per le loro grandi dimensioni), ma necessarie per la cellula , possono penetrare nella membrana attraverso speciali proteine ​​di trasporto (trasportatori) e proteine ​​canale o per endocitosi.

In trasporto passivo le sostanze attraversano il doppio strato lipidico senza spendere energia lungo il gradiente di concentrazione per diffusione. Una variante di questo meccanismo è la diffusione facilitata, in cui una specifica molecola aiuta una sostanza a passare attraverso la membrana. Questa molecola può avere un canale che consente il passaggio di un solo tipo di sostanza.

trasporto attivo richiede energia, poiché si verifica contro il gradiente di concentrazione. Sulla membrana sono presenti speciali proteine ​​di pompaggio, tra cui l'ATPasi, che pompa attivamente ioni potassio (K+) nella cellula e pompa ioni sodio (Na+) fuori da essa.

• • matrice - fornisce una certa posizione relativa e orientamento delle proteine ​​di membrana, la loro interazione ottimale.
• Meccanico: garantisce l'autonomia della cellula, le sue strutture intracellulari e la connessione con altre cellule (nei tessuti). Le pareti cellulari svolgono un ruolo importante nel fornire la funzione meccanica e negli animali - sostanza intercellulare.
• energia - durante la fotosintesi nei cloroplasti e la respirazione cellulare nei mitocondri, i sistemi di trasferimento di energia operano nelle loro membrane, a cui partecipano anche le proteine;
• Recettore: alcune proteine ​​situate nella membrana sono recettori (molecole con cui la cellula percepisce determinati segnali).

Ad esempio, gli ormoni che circolano nel sangue agiscono solo sulle cellule bersaglio che hanno recettori corrispondenti a quegli ormoni. Neurotrasmettitori ( sostanze chimiche, che assicurano la conduzione degli impulsi nervosi) si legano anche a specifiche proteine ​​recettoriali delle cellule bersaglio.

• enzimatico - le proteine ​​di membrana sono spesso enzimi. Ad esempio, le membrane plasmatiche delle cellule epiteliali intestinali contengono enzimi digestivi.
• · Implementazione della generazione e conduzione di biopotenziali.

Con l'aiuto della membrana, nella cellula viene mantenuta una concentrazione costante di ioni: la concentrazione dello ione K + all'interno della cellula è molto più alta che all'esterno e la concentrazione di Na + è molto più bassa, il che è molto importante, poiché questo mantiene la differenza di potenziale attraverso la membrana e genera un impulso nervoso.

marcatura cellulare - ci sono antigeni sulla membrana che fungono da marcatori - "etichette" che consentono di identificare la cellula. Si tratta di glicoproteine ​​(cioè proteine ​​con catene laterali di oligosaccaridi ramificate ad esse attaccate) che svolgono il ruolo di "antenne". A causa della miriade di configurazioni della catena laterale, è possibile creare un marcatore specifico per ogni tipo di cellula. Con l'aiuto dei marcatori, le cellule possono riconoscere altre cellule e agire di concerto con esse, ad esempio durante la formazione di organi e tessuti. Consente inoltre al sistema immunitario di riconoscere gli antigeni estranei.

Estratto della lezione numero 3.

Argomento. Livelli subcellulari e cellulari di organizzazione dei viventi.

La struttura delle membrane biologiche.

La base della membrana biologica di tutti gli organismi viventi è una doppia struttura fosfolipidica. I fosfolipidi delle membrane cellulari sono i trigliceridi, di cui uno di acidi grassi sostituito da acido fosforico. Le "teste" idrofile e le "code" idrofobiche delle molecole di fosfolipidi sono orientate in modo che appaiano due file di molecole, le cui teste coprono le "code" dall'acqua.

Proteine ​​di varie dimensioni e forme sono integrate in una tale struttura fosfolipidica.

Le singole proprietà e caratteristiche della membrana sono determinate principalmente dalle proteine. La diversa composizione proteica determina la differenza nella struttura e nelle funzioni degli organelli di qualsiasi specie animale. L'effetto della composizione lipidica della membrana sulle loro proprietà è molto più basso.

Trasporto di sostanze attraverso membrane biologiche.

Il trasporto di sostanze attraverso la membrana si divide in passivo (senza costi energetici lungo il gradiente di concentrazione) e attivo (con costi energetici).

Trasporto passivo: diffusione, diffusione facilitata, osmosi.

La diffusione è il movimento di particelle disciolte nel mezzo da una zona ad alta concentrazione a una zona a bassa concentrazione (dissoluzione dello zucchero in acqua).

La diffusione facilitata è la diffusione con l'aiuto di una proteina canale (ingresso del glucosio negli eritrociti).

L'osmosi è il movimento di particelle di solvente da un'area con una concentrazione inferiore di un soluto a un'area con un'alta concentrazione (un eritrocita si gonfia e scoppia in acqua distillata).

Il trasporto attivo si divide in trasporto associato a un cambiamento nella forma della membrana e trasporto da parte di proteine-enzimi-pompe.

A sua volta, il trasporto associato a un cambiamento nella forma delle membrane è diviso in tre tipi.

La fagocitosi è la cattura di un substrato denso (il leucocita-macrofago cattura un batterio).

La pinocitosi è la cattura di liquidi (nutrizione delle cellule dell'embrione nelle prime fasi dello sviluppo intrauterino).

Il trasporto da parte di proteine-enzimi-pompe è il movimento di una sostanza attraverso la membrana con l'aiuto di proteine ​​di trasporto integrate nella membrana (trasporto di ioni sodio e potassio rispettivamente "da" e "dentro" la cellula).

Per direzione, il trasporto è diviso in esocitosi(fuori dalla cella) e endocitosi(in una cella).

Classificazione delle parti costitutive della cellula condotta secondo criteri diversi.

In base alla presenza di membrane biologiche, gli organelli sono divisi in due membrane, una membrana e non membrana.

In base alle loro funzioni, gli organelli possono essere suddivisi in aspecifici (universali) e specifici (specializzati).

Per valore in caso di danno a cose vitali e risarcibili.

Appartenendo a diversi gruppi di esseri viventi in piante e animali.

Gli organelli di membrana (a una e due membrane) hanno una struttura simile in termini di chimica.

organelli a doppia membrana.

Nucleo. Se le cellule di un organismo hanno un nucleo, vengono chiamate eucarioti. L'involucro nucleare ha due membrane ravvicinate. Tra di loro c'è lo spazio perinucleare. Ci sono buchi nell'involucro nucleare - pori. I nucleoli sono le parti del nucleo responsabili della sintesi dell'RNA. Nei nuclei di alcune cellule femminili, viene normalmente secreto il corpo di 1 Barr, un cromosoma X inattivo. Quando il nucleo si divide, tutti i cromosomi diventano visibili. Al di fuori della divisione, i cromosomi di solito non sono visibili. Succo nucleare - carioplasma. Il nucleo fornisce l'archiviazione e il funzionamento delle informazioni genetiche.

Mitocondri. La membrana interna ha creste che aumentano la superficie interna per gli enzimi di ossidazione aerobica. I mitocondri hanno il loro DNA, RNA, ribosomi. La funzione principale è il completamento dell'ossidazione e della fosforilazione dell'ADP

ADP+P=ATP.

Plastidi (cloroplasti, cromoplasti, leucoplasti). I plastidi hanno i loro acidi nucleici e ribosomi. Nello stroma dei cloroplasti sono presenti membrane a forma di disco raccolte in pile, dove si trova la clorofilla responsabile della fotosintesi.

I cromoplasti hanno pigmenti che determinano il colore giallo, rosso, arancione di foglie, fiori e frutti.

I leucoplasti immagazzinano i nutrienti.

Organelli a membrana singola.

La membrana citoplasmatica esterna separa la cellula da ambiente esterno. La membrana contiene proteine ​​che svolgono diverse funzioni. Ci sono proteine ​​recettore, proteine ​​enzimatiche, proteine ​​di pompa e proteine ​​di canale. La membrana esterna ha una permeabilità selettiva, consentendo il trasporto di sostanze attraverso la membrana.

In alcune membrane sono isolati elementi del complesso sopra-membrana: la parete cellulare nelle piante, il glicocalice e i microvilli delle cellule epiteliali intestinali nell'uomo.

Esiste un apparato per il contatto con le cellule vicine (ad esempio i desmosomi) e un complesso sottomembrana (strutture fibrillari) che garantisce la stabilità e la forma della membrana.

Il reticolo endoplasmatico (ER) è un sistema di membrane che formano serbatoi e canali per le interconnessioni all'interno della cellula.

Ci sono EPS granulari (ruvidi) e lisci.

Il reticolo endoplasmatico granulare contiene ribosomi dove avviene la sintesi proteica.

Sul RE liscio vengono sintetizzati lipidi e carboidrati, il glucosio viene ossidato (uno stadio privo di ossigeno) e le sostanze endogene ed esogene (xenobiotiche-estranee, comprese quelle medicinali) vengono neutralizzate. Per la neutralizzazione su un RE liscio, esistono proteine ​​enzimatiche che catalizzano 4 tipi principali di reazioni chimiche: ossidazione, riduzione, idrolisi, sintesi (metilazione, acetilazione, solfatazione, glucuronidazione). In collaborazione con l'apparato di Golgi, ER partecipa alla formazione di lisosomi, vacuoli e altri organelli a membrana singola.

L'apparato di Golgi (complesso lamellare) è un sistema compatto di serbatoi a membrana piatta, dischi, vescicole, che è strettamente correlato all'EPS. Il complesso lamellare partecipa alla formazione di membrane (ad esempio per lisosomi e granuli secretori) che separano enzimi idrolitici e altre sostanze dal contenuto della cellula.

I lisosomi sono vescicole con enzimi idrolitici. I lisosomi sono attivamente coinvolti nella digestione intracellulare, nella fagocitosi. Digeriscono gli oggetti catturati dalla cellula, fondendosi con le vescicole pinocitiche e fagocitiche. Possono digerire i propri organelli consumati. I lisosomi fagici forniscono protezione immunitaria. I lisosomi sono pericolosi perché quando la loro membrana viene distrutta, può verificarsi l'autolisi (autodigestione) della cellula.

I perossisomi sono piccoli organelli a membrana singola contenenti l'enzima catalasi, che neutralizza il perossido di idrogeno. I perossisomi sono organelli che proteggono le membrane dalla perossidazione dei radicali liberi.

I vacuoli sono organelli a membrana singola caratteristici delle cellule vegetali. Le loro funzioni sono associate al mantenimento del turgore e (o) allo stoccaggio di sostanze.

organelli non di membrana.

I ribosomi sono ribonucleoproteine ​​costituite da subunità di rRNA grandi e piccole. I ribosomi sono il sito di assemblaggio delle proteine.

Le strutture fibrillari (filamentose) sono microtubuli, filamenti intermedi e microfilamenti.

Microtubuli. Nella struttura, assomigliano a perline, il cui filo è arricciato in una densa spirale primaverile. Ogni "perla" è una proteina tubulina. Il diametro del tubo è di 24 nm. I microtubuli fanno parte di un sistema di canali che forniscono il trasporto intracellulare di sostanze. Rafforzano il citoscheletro, prendono parte alla formazione del fuso di divisione, dei centrioli del centro cellulare, dei corpi basali, delle ciglia e dei flagelli.

Il centro cellulare è una sezione del citoplasma con due centrioli formati da 9 triplette (3 microtubuli ciascuna). Pertanto, ogni centriolo è costituito da 27 microtubuli. Si ritiene che il centro cellulare sia la base per la formazione dei filamenti del fuso della divisione cellulare.

I corpi basali sono le basi delle ciglia e dei flagelli. Nella sezione trasversale, ciglia e flagelli hanno nove paia di microtubuli attorno alla circonferenza e una coppia al centro, per un totale di 18+2=20 microtubuli. Ciglia e flagelli forniscono il movimento di microrganismi e cellule (spermatozoi) nel loro habitat.

I filamenti intermedi hanno un diametro di 8-10 nm. Forniscono le funzioni del citoscheletro.

I microfilamenti con un diametro di 5-7 nm sono costituiti principalmente da proteina actina. In interazione con la miosina, sono responsabili non solo delle contrazioni muscolari, ma anche dell'attività contrattile delle cellule non muscolari. Pertanto, i cambiamenti nella forma della membrana durante la fagocitosi e l'attività dei microvilli sono spiegati dal lavoro dei microfilamenti.

A volte è necessario che dentro concentrazione cellulare di una sostanza era elevato anche a basse concentrazioni nel liquido extracellulare (ad esempio, per gli ioni potassio). Al contrario, è importante mantenere bassa la concentrazione di altri ioni all'interno della cellula, nonostante le loro elevate concentrazioni all'esterno della cellula (ad esempio, per gli ioni sodio). In nessuno di questi due casi ciò può essere ottenuto per semplice diffusione, il cui risultato è sempre un'equalizzazione della concentrazione di ioni su entrambi i lati della membrana. Per creare un movimento in eccesso di ioni potassio nella cellula e ioni sodio verso l'esterno, è necessaria una certa fonte di energia. Il processo di movimento di molecole o ioni attraverso la membrana cellulare contro un gradiente di concentrazione (o contro un gradiente elettrico, così come un gradiente di pressione) è chiamato trasporto attivo.

Alle sostanze, attive trasportabile attraverso almeno alcune membrane cellulari, includono sodio, potassio, calcio, ferro, idrogeno, cloro, iodio, acido urico, alcuni zuccheri e la maggior parte degli aminoacidi.

Principalmente attivo e trasporto attivo secondario. A seconda della fonte di energia utilizzata, il trasporto attivo si divide in due tipi: attivo primario e attivo secondario. Per il trasporto attivo primario, l'energia viene estratta direttamente dalla scomposizione dell'adenosina trifosfato o di altri composti fosfatici ad alta energia. Il trasporto attivo secondario è fornito dall'energia secondaria, accumulata sotto forma di una differenza nelle concentrazioni di sostanze laterali, molecole o ioni, su entrambi i lati della membrana cellulare creata inizialmente dal trasporto attivo primario. In entrambi i casi, come nella diffusione facilitata, il trasporto dipende dalle proteine ​​carrier che penetrano nella membrana cellulare. Tuttavia, le funzioni delle proteine ​​trasportatrici durante il trasporto attivo differiscono dalla diffusione facilitata, poiché nel primo caso le proteine ​​sono in grado di trasferire energia alla sostanza trasportata per spostarla contro il gradiente elettrochimico. Di seguito sono riportati esempi di trasporto attivo primario e secondario attivo con spiegazioni più dettagliate dei principi del loro funzionamento.

Pompa sodio-potassio

Per sostanze, che vengono trasportati attraverso il trasporto attivo primario, includono sodio, potassio, calcio, idrogeno, cloro e alcuni altri ioni.
Meccanismo di trasporto attivo meglio studiato per la pompa sodio-potassio (Na+/K+-pompa), un processo di trasporto che pompa ioni sodio attraverso la membrana cellulare verso l'esterno e allo stesso tempo pompa ioni potassio nella cellula. Questa pompa è responsabile del mantenimento di diverse concentrazioni di ioni sodio e potassio su entrambi i lati della membrana, nonché della presenza di un potenziale elettrico negativo all'interno delle cellule. (Il capitolo 5 mostrerà che è anche la base del processo di trasmissione degli impulsi nel sistema nervoso.)

Proteina vettore rappresentato da un complesso di due proteine ​​globulari separate: una più grande, detta subunità alfa, con un peso molecolare di circa 100.000, ed una più piccola, detta subunità beta, con un peso molecolare di circa 55.000. la proteina più piccola è sconosciuta (tranne che potrebbe ancorare il complesso proteico nella membrana lipidica), la proteina grande ha tre caratteristiche specifiche che sono importanti per la funzione della pompa.

1. Sulla parte della proteina che sporge nella cellula, ci sono tre siti recettoriali per il legame degli ioni sodio.
2. Sulla parte esterna della proteina sono presenti due siti recettoriali per il legame degli ioni potassio.
3. La parte interna della proteina, situata vicino ai siti di legame degli ioni sodio, ha attività ATPasi.

Considera il funzionamento della pompa. Quando 2 ioni potassio si legano alla proteina vettore dall'esterno e 3 ioni sodio si legano ad essa all'interno, la funzione ATPasi della proteina viene attivata. Ciò porta alla scissione di 1 molecola di ATP in ADP, rilasciando l'energia di un legame fosfato ad alta energia. Si ritiene che questa energia rilasciata provochi un cambiamento chimico e conformazionale nella molecola della proteina portatrice, a seguito della quale 3 ioni sodio si muovono verso l'esterno e 2 ioni potassio si muovono nella cellula.

Come altri enzimi, Na-K+-ATP-aza può funzionare anche al contrario. Con un aumento sperimentale dei gradienti elettrochimici per Na + e K + a valori tali che l'energia accumulata in essi diventa superiore all'energia chimica dell'idrolisi dell'ATP, questi ioni si sposteranno lungo i loro gradienti di concentrazione e Na + / K + -Hacoc sintetizzerà ATP da ADP e fosfato. Pertanto, la forma fosforilata della pompa Na+/K+ può essere un donatore di fosfato per la sintesi di ATP dall'ADP o utilizzare energia per cambiare la sua conformazione e pompare sodio fuori dalla cellula e potassio nella cellula. Le concentrazioni relative di ATP, ADP e fosfato, nonché i gradienti elettrochimici per sodio e potassio, determinano la direzione della reazione enzimatica. Per alcune cellule, come le cellule nervose elettricamente attive, dal 60 al 70% dell'energia totale consumata dalla cellula viene spesa per spostare fuori il sodio e il potassio dentro.