Через какие участки мембраны проводятся вода: Тема №12589 Ответы к тесту по биологии 5 тем

Тема №12589 Ответы к тесту по биологии 5 тем

«Мембранные структуры»

1.Какие особенности животной клетки зависят от функционирования биологических мембран:

А)Избирательная проницаемость;

Б)поглощение и удержание воды;

В)ионный обмен;

Г)изоляция от окружающей среды и связь с ней

2.Из каких молекул состоит биологическая мембрана:

А)белки;

Б)липиды;

В)углеводы;

Г)вода;

Д)АТФ

3.Какой из компонентов мембраны обусловливает свойство избирательной проницаемости:

А)белки;

Б)липиды

4.Каково строение липидного слоя в мембране:

А)мономолекулярный;

Б)бимолекулярный;

В)прерывный;

Г)прерван липидными порами;

Д)частично прерван полупогруженными молекулами углеводов

5.Через какие участки мембраны проводится вода:

А)липидный слой;

Б)белковые поры

6.Через какие участки мембраны проводятся ионы:

А)липидный слой;

Б)белковые поры

7. Каким образом проходят через мембрану крупные белковые молекулы и частицы:

А)фагоцитоз;

Б)пиноцитоз

8.Какие органоиды цитоплазмы имеют одномембранное строение:

А)наружная клеточная мембрана;

Б)ЭПС;

В)митохондрии;

Г)пластиды;

Д)рибосомы;

Е)комплекс Гольджи;

Ж)лизосомы

9.Какие органоиды цитоплазмы имеют двумембранное строение:

А)ЭПС;

Б)митохондрии;

В)пластиды;

Г)комплекс Гольджи

10.Какие органоиды цитоплазмы имеют немембранное строение:

А)ЭПС;

Б)митохондрии;

В)пластиды;

Г)рибосомы;

Д)лизосомы

11.Чем отделена цитоплазма клетки от окружающей среды:

А)мембранами ЭПС;

Б)наружной клеточной мембраной

12.У каких клеток поверх наружной клеточной мембраны находится целлюлозная стенка:

А)растительная ;

Б)животная

13.Какрй органоид связывает клетку в единое целое, осуществляет транспорт веществ, участвует в синтезе белков, жиров, сложных углеводов:

А)наружная клеточная мембрана;

Б)ЭПС;

В)комплекс Гольджи

 

 

 

«Рибосомы»

1.

Какое строение имеют рибосомы:

А)одномембранное;

Б)двумембранное;

В)немембранное

2.Из скольких субъединиц состоит рибосома:

А)1;

Б)2;

В)3

3.Где образуются субъединицы рибосомы:

А)цитоплазма;

Б)ядро;

В)вакуоли

4.В какой из ядерных структур идет сборка субъединиц рибосом:

А)ядерный сок;

Б)ядрышко;

В)ядерная оболочка

5.Что входит в состав рибосом:

А)белки;

Б)липиды;

В)ДНК;

Г)РНК

6.В каких органеллах клетки находятся рибосомы:

А)цитоплазма;

Б)гладка ЭПС;

В)шероховатая ЭПС;

Г)митохондрии;

Д)пластиды;

Е)ядерная оболочка

7.Какую функцию выполняют рибосомы:

А)фотосинтез;

Б)синтез белков;

В)синтез жиров;

Г)синтез АТФ;

Д)транспортная функция

 

 

 

«Митохондрии»

1.Какое строение имеют митохондрии:

А)одномембранное;

Б)двумембранное;

В)немембранное

2. Как называются внутренние структуры митохондрий:

А)граны;

Б)кристы;

В)матрикс

3.В какой части митохондрий происходит окисление органических веществ:

А)кристы;

Б)матрикс;

В)наружная мембрана;

Г)вне митохондрии

4.Где происходит синтез АТФ:

А)кристы;

Б)матрикс;

В)наружная мембрана;

Г)вне митохондрии

5.Где происходит расщепление АТФ:

А)кристы;

Б)матрикс;

В)наружная мембрана;

Г)вне митохондрии

6.Где в митохондриях находятся молекулы ДНК, РНК, рибосомы:

А)кристы;

Б)матрикс;

В)наружная мембрана;

7. Почему митохондрии называют энергетическими станциями клеток:

А)осуществляют синтез белка;

Б)синтез АТФ;

В)синтез углеводов;

Г)расщепление АТФ

8.Какая функция митохондрий дала им название – дыхательный центр клетки:

А)синтез АТФ;

Б)окисление органических веществ до СО2 и Н2О;

В)расщепление АТФ;

Г)усвоение О2

 

 

«Пластиды»

1. Какие органоиды характерны только для растительных клеток:

А)ЭПС;

Б)рибосомы;

В)митохондрии;

Г)пластиды

2.Какие органоиды являются общими для растительной и животной клетки:

А)ЭПС;

Б)рибосомы;

В)митохондрии;

Г)пластиды

3.Какие из пластид имеют зеленый цвет:

А)лейкопласты;

Б)хромопласты;

В)хлоропласты

4.Какие из пластид имеют оранжево-красный цвет:

А)лейкопласты;

Б)хромопласты;

В)хлоропласты

5.Какие из пластид бесцветные:

А)лейкопласты;

Б)хромопласты;

В)хлоропласты

6.Какие пластиды содержат пигмент хлорофилл:

А)лейкопласты;

Б)хромопласты;

В)хлоропласты

7.К какой группе органелл относятся пластиды:

А)одномембранные;

Б)двумембранные;

В)немембранные

8. Какие структуры образованны внутренней мембраной хлоропласта:

А)тилакоиды гран;

Б)кристы

В)строма;

9.

В какой из мембран хлоропласта локализованы пигменты хлорофилл и каротин:

А)наружная мембрана;

Б)тилакоиды гран;

В)строма

10.В какой части хлоропласта находятся молекулы ДНК, РНК, рибосомы:

А)наружная мембрана;

Б)граны;

В)строма

11.Какие из пластид выполняют фотосинтез:

А)лейкопласты;

Б)хромопласты;

В)хлоропласты

12.Какие из пластид выполняют функцию накопление запасного крахмала:

А)лейкопласты;

Б)хромопласты;

В)хлоропласты

13.Какие из пластид отвечают за окраску лепестков, плодов и осенних листьев:

А)лейкопласты;

Б)хромопласты;

В)хлоропласты

 

 

«Ядро»

1.Для каких организмов характерно ядро:

А)прокариоты;

Б)эукариоты

2.С появлением какой структуры ядро обособилось от цитоплазмы:

А)хромосомы;

Б)ядрыщко;

В)ядерный сок;

Г)ядерная оболочка

3. Что представляет собой ядерная оболочка:

А)сплошная;

Б) пористая;

В)одномембранная;

Г)двумембранная

4.Какая ядерная структура несет наследственные свойства организма:

А)хромосомы;

Б)ядрыщко;

В)ядерный сок;

Г)ядерная оболочка

5. В какой части ядра находится молекула ДНК:

А)хромосомы;

Б)ядрыщко;

В)ядерный сок;

Г)ядерная оболочка

6.В каком состоянии находятся хромосомы к началу деления клеток:

А)спирализованные;

Б)деспирализованные;

В)однохроматидные;

Г)двухроматидные

7.Какая из ядерных структур принимает участие в сборке субъединиц рибосом:

А)ядерная оболочка;

Б)ядрышко;

В)ядерный сок

8.Каковы функции ядра:

А)хранение и передача наследственной информации;

Б)участие в делении клеток;

В)участие в биосинтезе белка;

Г)синтез ДНК, РНК

Д)формирование субъединиц рибосом

 

Контрольная работа № 1 «Мембранные структуры»

 

1	А,Б,В,Г
2	А,Б,В
3	Б
4	Б
5	Б
6	А
7	А
8	Б,Е,Ж
9	Б,В
10	Г
11	Б
12	А
13	Б

 

Контрольная работа № 2 «Рибосомы»

 

1	В
2	Б
3	Б
4	Б
5	А,Г
6	А,В,Г,Д
7	Б

 

Контрольная работа № 3 «Митохондрии»

 

1	Б
2	Б
3	Б
4	А
5	Г
6	Б
7	Б
8	Б

 

 

 

Контрольная работа № 4 «Пластиды»

 

1	Г
2	А,Б,В
3	В
4	Б
5	А
6	В
7	Б
8	А
9	Б
10	В
11	В
12	А
13	Б

 

Контрольная работа № 5«Ядро»

 

1	Б
2	Г
3	Б,Г
4	А
5	А
6	А,Г
7	Б
8	А,Б,В,Г,Д

 

 

Через какие участки мембраны проводится вода а)липические слои б)белковые поры

1. Кількість альтернативних ознак, яку враховують при моногібридному схрещуванні: а) 1; б) 2; в) 3; г) 4. 2. Ознаки гібрида, що проявляються в першому … поколінні, називають: а) домінантними; б) рецесивними. 3. Кількість типів гамет, що утворює гетерозиготний організм: а) один; б) два. 4. Зчепленими зі статтю генами у людини називають ті, що розташовані: а) в 21-й парі хромосом; б) в різних парах хромосом; в) в 23-й парі хромосом. 5. Ознаки людини, які успадковуються зчеплено зі статтю, – це: а) дальтонізм; б) група крові; в) гемофілія; г) колір очей. 6. Укажіть нітрогеновмісну основу рибонуклеотидів, якої немає в ДНК: а) аденін; б) тимін; в) гуанін; г) урацил. 7. Назвіть органоїди, який здійснюють кисневий етап енергетичного обміну: а) комплекс Гольджі; б) рибосоми; в) мітохондрії; г) ЕПС.

Відтворіть ланцюг молекули ДНК, що був синтезований під час самоподвоєння такого ланцюга: ГАТ – ЦГА – ЦАЦ – ЦГЦ – ЦЦТ – ААГ . Визначте відсотковий вмі … ст усіх нітратних основ даної молекули ДНК, якщо цитозин у ній становить 26%.

10. Установіть відповідність між класами органічних сполук та їх представниками: 1)білки; а) глюкоза; 2) вуглеводи; б) целюлоза; 3) ліпіди; в) маргари … н; г) інтерферон. 10. Назвіть комплементарні нітратні основи для РНК: Ц – А – 11. Відтворіть ланцюг молекули і-РНК, що синтезувався на такому ланцюгу ДНК: ААТ – ГЦГ – ТТА – ЦАЦ – ЦГГ – ТЦГ — ЦАГ

7. Назвіть речовини, які належать до ліпідів: а)оливкова олія ; б) крохмаль; в) смалець; г) вода. 8. Укажіть сполуки до складу яких входять нітратні о … снови аденін та цитозин: а) ДНК; б) білки; в) АТФ; г) РНК. 9. Які науки займаються вивченням організмового рівня організації живої матерії: а) зоологія; б) екологія; в)фізика; г) мікологія.

В чем состоят трудности применение близнецовый метод генетики человека ПОЖАЛУЙСТА

1. Назвіть нітратну основу, характерну лише для РНК: а) гуанін; б) цитозин; в) урацил; г) тимін. 2. Визначте найнижчий рівень організації живої матері … ї: а) популяційно-видовий; б) екосистемний; в) біосферний; г) організмовий. 3. Виявити наявність крохмалю у розчині можна за допомогою: а) етилового спирту; б) розчину Люголя; в) нашатирного спирту; г) розчину цукру. 4. Укажіть сполуки, при розщепленні яких виділяється найменше енергії: а) ліпіди; б) білки; в) вуглеводи; г) нуклеїнові кислоти. 5. Ферменти виконують таку функцію: а) енергетичну; б) каталітичну; в) структурну; г) теплоізоляційну. 6. Назвіть науку, яка вивчає процеси закономірності спадковості та мінливості організмів: а) зоологія; б) ботаніка; в)фізіологія; г) генетика.

13. Відтворіть ланцюг молекули ДНК, що був синтезований під час самоподвоєння такого ланцюга: ГЦГ – АТА – ААЦ – ЦГЦ – ТАТ – АЦГ . Визначте відсотковий … вміст усіх нітратних основ даної молекули ДНК, якщо гуанін у ній становить 26%

10. Установіть відповідність між класами органічних сполук та їх представниками: 1)білки; а) крохмаль; 2) вуглеводи; б) целюлоза; 3) ліпіди; в) соняшн … икова олія; г) інтерферон. 11. Назвіть комплементарні нітратні основи для ДНК: Г – А – 12. Відтворіть ланцюг молекули і-РНК, що синтезувався на такому ланцюгу ДНК: АГЦ – ТАГ – ГЦА – АТА – ГАА – ЦТГ – АТТ

Тести з кількома правильними відповідями. Одне правильно виконане завдання оцінюється в 1 бал. 7. Назвіть сполуки, які належать до вуглеводів: а) міоз … ин; б) крохмаль; в) глюкоза; г) вода. 8. Укажіть сполуки до складу яких входять нітратні основи аденін та гуанін: а) ДНК; б) білки; в) АТФ; г) РНК. 9. Які науки займаються вивченням організмового рівня організації живої матерії: а) зоологія; б) екологія; в)фізика; г) ботаніка

1. Назвіть організми, яким притаманні рефлекси: а) гриби; б) прокаріоти; в)тварини; г) рослини. 2. Визначте найвищий рівень організації живої матерії: … а) популяційно-видовий; б) екосистемний; в) біосферний; г) організмовий. 3. Укажіть атом, який входить до складу молекули гемоглобіну: а) Купрум; б) Калій; в) Фосфор; г) Ферум. 4. Укажіть сполуки, при розщепленні яких виділяється найбільше енергії: а) ліпіди; б) білки; в) вуглеводи; г) нуклеїнові кислоти. 5. Виявити наявність крохмалю у розчині можна за допомогою: а) етилового спирту; б) розчину Люголя; в) нашатирного спирту; г) розчину цукру. 6.Назвіть науку, яка вивчає процеси життєдіяльності організмів: а) зоологія; б) ботаніка; в)фізіологія; г) генетика.

1)каким образом проходят через мембрану крупные белковые частицы .2)через какие участки

Помогіте пожалуйста

что будет если насрать на знак «стоп»? Остановиться ли водитель? очень срочно даю 100 балов

ОЧЕНЬ СРОЧНО!!!! Укажи соответствие между животным и температурой его тела (Вставь соответствующие буквы в алфавитном порядке, без пробелов): А) квак … ша; Е) крокодил; О) бабочка репница; И) курица; Л) волк; С) тритон. Ответ: постоянная температура — ____ ; непостоянная температура — ____ .

Назовите культурные растения класса двудольные ( 7 шт.)

установи відповідність 1 мохоподібні А рекудовані листки 2 хвощі Б відсутність чергування поколінь 3 хвощі В мають вайї 4 папороті Г утворюють торф Д … мають додаткові корені ​

ДАМ 35 БАЛЛОВ ПОМОГИТЕ С БИОЛОГИЕЙ СРОЧНО УМОЛЯЮЮ ПЖЖЖЖСелекціонери створили найрізноманітніші сорти помідорів, що відрізняються забарвленням, розміра … ми плодів, термінами достигання тощо. Є серед них і сорти, створені для промислового вирощування. Вони рівномірно достигають, що спрощує і збір врожаю, але у таких сортів плоди мають гірші смакові якості. На цьому конкретному прикладі оцініть переваги й недоліки сучасної селекції.На русском:Селекционеры создали самые разнообразные сорта помидоров, отличающихся окраской, размерами плодов, сроками созревания и тому подобное. Есть среди них и сорта, предназначенные для промышленного выращивания. Они равномерно созревают, что упрощает и сбор урожая, но в таких сортов плоды имеют худшие вкусовые качества. На этом конкретном примере оцените преимущества и недостатки современной селекции.

Назовите семейства класса Однодольные и подберите для каждого семейства по три представителя

группы на которые подразделяют шляпочные грибы по строению нижнего слоя шляпки​

выберите утверждение которое точнее отражает взгляды Дарвина на эволюционные процессы: 1. любая изменчивость может служить материалом для эволюции2. м … атериалом для эволюции служит наследственная изменчивость3. причиной возникновения приспособления является прямая адаптация организмов к условиям среды4. борьба за существование — это основной результат эволюции​

Ответте, пожалуйста, биология 7 класс (фото прикрепила). В каждом вопросе по 3 правильных ответов.

Криодеструкция в Москве — Гинекологический центр «Здоровая Женщина»

Метод криодеструкции – это направленное воздействие на пораженные участки тканей человека низкой температурой. В процессе криодеструкции участки ткани разрушаются, а рост патологических клеток прекращается.

Как правило, для проведения данной методики гинекологи Москвы используют жидкий азот. Благодаря его свойствам вода внутри клеток мгновенно замерзает, повреждаются внутриклеточные мембраны, что приводит к клеточному разрушению.

Под воздействием низких температур происходит образование так называемой зоны крионекроза, когда поврежденные участки тканей разрушаются, и этот процесс необратим. Это вызывает определенные трудности при проведении процедуры, так как гинеколог клиники должен точно определить границы обрабатываемом азотом области во избежании повреждения здоровых участков.

Как проводится процедура криодеструкции:

Гинеколог клиники «Здоровая женщина» использует специальный наконечник, который необходимо разместить непосредственно на пораженный участок ткани. Он подходит к эпидермису, начинает поступать жидкий азот, температура при этом достигает -80 градусов.

Воздействие на ткань продолжается от нескольких секунд до пары минут.

После прижигания в области раны могут появляться водянистые выделения, которые окончательно прекращаются на 20-25 день. Эпителий матки заживает в период 6-8 недель.

Процедура криодеструкции имеет ряд преимуществ:

— отсутствие кровотечений

— легкость проведения и отсутствие специальной подготовки к процедуре

— нет необходимости приема обезволивающих средств, так как криодеструкция безболезненна

— не остается шрамов и рубцов

— минимальный риск рецидива

— отсутствие специального ухода после проведения процедуры

Одним из важнейших преимуществ является то, что на месте пораженных клеток быстро образуется здоровая ткань эпидермиса.

Однако существует и ряд минусов криодеструкции:

— под воздействие азота попадают и здоровые ткани, поэтому период полного заживления может быть продолжительным, особенно если обрабатываемая поверхность обширна

— иногда после проведения криодеструкции необходимо хирургическое вмешательство для полного удаления пораженной ткани. Такое происходит, если участок поражения слишком большой или до места поражения трудно добраться.

Гинекологи в Москве чаще всего используют метод криодеструкции при лечении патологических изменений шейки матки, удалении новообразований (папилломы, кондиломы, бородавки).

Сфера применения криодеструкции в гинекологии обширна:

— удаление папиллом и кондилом влагалища и вульвы;

— лечение эрозии и псевдоэрозии;

— лечение лейкоплакии шейки матки;

— удаление полипов цервикального канала;

— удаление кист шейки;

— применение при дисплазии шейки матки 1 и 2 степени развития.

Несмотря на широкий круг применения, криодеструкция имеет противопоказания, при которых гинеколог клиники выберет иной метод лечения:

— наличие венерических заболеваний

— воспалительные заболевания в острой стадии

— наличие плохих результатов при анализе мазка на микрофлору

— хронические заболевания в области гинекологии

— миома матки

— установленный эндометриоз

Поэтому перед проведением процедуры криодеструкции гинеколог клиники «Здоровая Женщина» проведет осмотр, а также ряд необходимых анализов. После получения результатов может быть назначена криодеструкция.

Время проведения обязательно оговаривается с пациенткой, так как при лечении эрозии и удаления новообразований необходимо провести криодеструкцию в 5-10 дни менструального цикла.

Ошибка 404: страница не найдена!

К сожалению, запрошенный вами документ не найден. Возможно, вы ошиблись при наборе адреса или перешли по неработающей ссылке. Для поиска нужной страницы, воспользуйтесь картой сайта ниже или перейдите на главную страницу сайта. Поиск по сайту Карта сайта О Ростехнадзоре Информация Деятельность Проведение проверок Нормативные правовые акты, устанавливающие обязательные требования, соблюдение которых проверяется при проведении проверок Нормативные правовые акты, являющиеся общими для различных областей надзора и устанавливающие обязательные требования, соблюдение которых поверяется при проведении проверок Нормативные правовые акты, устанавливающие обязательные требования, соблюдение которых проверяется при осуществлении федерального государственного надзора в области использования атомной энергии Нормативные правовые акты, устанавливающие обязательные требования, соблюдение которых проверяется при осуществлении федерального государственного надзора в области промышленной безопасности Нормативные правовые акты, устанавливающие обязательные требования, соблюдение которых проверяется при осуществлении государственного горного надзора Нормативные правовые акты, устанавливающие обязательные требования, соблюдение которых проверяется при осуществлении федерального государственного энергетического надзора Нормативные правовые акты, устанавливающие обязательные требования, соблюдение которых проверяется при осуществлении федерального государственного надзора в области безопасности гидротехнических сооружений Нормативные правовые акты, устанавливающие обязательные требования, соблюдение которых проверяется при осуществлении федерального государственного строительного надзора Перечни правовых актов, содержащих обязательные требования, соблюдение которых оценивается при проведении мероприятий по контролю Ежегодные планы проведения плановых проверок юридических лиц и индивидуальных предпринимателей Статистическая информация, сформированная федеральным органом исполнительной власти в соответствии с федеральным планом статистических работ, а также статистическая информация по результатам проведенных плановых и внеплановых проверок Ежегодные доклады об осуществлении государственного контроля (надзора) и об эффективности такого контроля Информация о проверках деятельности органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации и органов местного самоуправления, а также о направленных им предписаниях Форма расчета УИН Нормотворческая деятельность Международное сотрудничество Государственные программы Российской Федерации Профилактика нарушений обязательных требований Аттестация работников организаций Государственная служба Исполнение бюджета Госзакупки Информация для плательщиков Порядок привлечения общественных инспекторов в области промышленной безопасности Информатизация Службы Сведения о тестовых испытаниях кумулятивных зарядов Анализ состояния оборудования энергетического, бурового и тяжелого машиностроения в организациях ТЭК Судебный и административный порядок обжалования нормативных правовых актов и иных решений, действий (бездействия) Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору Прием отчетов о производственном контроле Общественный совет Противодействие коррупции Нормативные правовые и иные акты в сфере противодействия коррупции Антикоррупционная экспертиза Методические материалы Формы документов против коррупции для заполнения Сведения о доходах, расходах, об имуществе и обязательствах имущественного характера Сведения о доходах, имуществе и обязательствах имущественного характера гражданских служащих Ростехнадзора за 2019 год Сведения о доходах, расходах, об имуществе и обязательствах имущественного характера гражданских служащих Ростехнадзора за 2018 год Сведения о доходах, расходах, об имуществе и обязательствах имущественного характера гражданских служащих Ростехнадзора за 2017 год Сведения о доходах, расходах, об имуществе и обязательствах имущественного характера гражданских служащих Ростехнадзора за 2016 год Сведения о доходах, расходах, об имуществе и обязательствах имущественного характера гражданских служащих Ростехнадзора за 2015 год Сведения о доходах, расходах, об имуществе и обязательствах имущественного характера гражданских служащих Ростехнадзора за 2014 год Сведения о доходах, расходах, об имуществе и обязательствах имущественного характера гражданских служащих Ростехнадзора за 2013 год Сведения о доходах, имуществе и обязательствах имущественного характера гражданских служащих Ростехнадзора за 2012 год Сведения о доходах, имуществе и обязательствах имущественного характера гражданских служащих Ростехнадзора за 2011 год Сведения о доходах, имуществе и обязательствах имущественного характера гражданских служащих Ростехнадзора за 2010 год Сведения о доходах, имуществе и обязательствах имущественного характера гражданских служащих Ростехнадзора за 2009 год Комиссия по соблюдению требований к служебному поведению и урегулированию конфликта интересов Доклады, отчеты, обзоры, статистическая информация Обратная связь для сообщений о фактах коррупции Информация для подведомственных Ростехнадзору организаций Материалы антикоррупционного просвещения Иная информация Открытый Ростехнадзор Промышленная безопасность Ядерная и радиационная безопасность Энергетическая безопасность Федеральный государственный энергетический надзор Нормативные правовые и правовые акты Основные функции и задачи Информация о субъектах электроэнергетики, теплоснабжающих организациях, теплосетевых организациях и потребителях электрической энергии, деятельность которых отнесена к категории высокого и значительного риска Уроки, извлеченные из аварий и несчастных случаев Перечень вопросов Отраслевой комиссии Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору по проверке знаний норм и правил в области энергетического надзора Перечень вопросов (тестов), применяемых в отраслевой комиссии Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору по проверке знаний норм и правил в области энергетического надзора Перечень вопросов (тестов), применяемых в отраслевой комиссии Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору по проверке знаний норм и правил в области энергетического надзора для инспекторского состава территориальных органов Ростехнадзора О проведении проверок соблюдения обязательных требований субъектами электроэнергетики, теплоснабжающими организациями, теплосетевыми организациями и потребителями электрической энергии в 2020 году Контакты Федеральный государственный надзор в области безопасности гидротехнических сооружений Ведение государственного реестра саморегулируемых организаций в области энергетического обследования Строительный надзор

Дренажная мембрана

Для создания комфортных условий эксплуатации зданий обустройство дренажной системы на некоторых участках имеет огромное значение. Более того, на некоторых участках для комфортного проживания качественно выполненный дренаж становится необходимым условием. Чаще всего от повышенной влажности грунта страдают участки, где грунтовые воды находятся слишком близко к поверхности, из-за чего фундамент и стены подвальных помещений могут покрываться пятнами сырости и даже трещинами. Защитить бетонные конструкции от увлажнения и разрушения поможет гидроизоляция и дренажная мембрана. Благодаря особому строению этот материал не только создает барьер для проникновения грунтовых вод, но и защищает конструкцию от механического повреждения.

Дренажная мембрана – это профилированный материал, который изготовлен из полиэтилена. Выступы в форме усеченного конуса и впадины на поверхности мембраны снижают давление грунтовой воды на поверхность гидроизоляции фундамента, тем самым повышая ее долговечность. Некоторые виды дренажных мембран имеют более сложную конструкцию. Например, дренажная мембрана с геотекстилем. Применение такого материала в качестве горизонтальной или вертикальной защиты позволяет сэкономить на покупке большого количества фильтрующего материала. Геотекстиль в этом случае препятствует попаданию частиц почвы, а полиэтиленовая мембрана благодаря воздушной прослойке между выступами способствует отведению воды.

Для чего применяют дренажные мембраны

В силу своих высоких характеристик прочности и долговечности этот материал используется для различных защитных и строительных работ:

• защита гидроизоляционного слоя фундамента и подземных поверхностей;
• снижение нагрузки на слой гидроизоляции, который создается грунтовыми водами и твердыми частицами грунта;
• выполнение дренажной функции для сбора воды, ее фильтрации от грунта и выведения в специальные магистрали;
• применение в кровельных работах для защиты гидроизоляционного материала от повреждений;
• использование для выравнивания поверхности при укладке монолитных плит.
• создание вентилируемого слоя при монтаже полов.

Материал мембраны для дренажа безопасен для окружающей среды, так как не содержит в своем составе токсичных веществ. Эластичность и прочность позволяют использовать мембрану для решения самых разных задач. В сочетании с песком, арматурой или гидроизоляционными материалами она может обеспечить надежную и долговечную защиту конструкций.

Преимущества применения дренажной мембраны

За счет использования прочного и эластичного полиэтилена защитно-дренажная мембрана обладает множеством достоинств:

• долговечность – если соблюдаются все требования технологии укладки и хранения до монтажа, материал может использоваться более 50 лет;
• устойчивость к механическим повреждениям и нагрузкам;
• легкий монтаж в любых климатических условиях;
• обеспечение дополнительного гидроизолирующего эффекта;
• отсутствие необходимости предварительной подготовки поверхности;
• термозащитные свойства;
• устойчивость к солнечному УФ- излучению;
• эластичность, что обеспечивает целостность при усадке почвы или смещениях грунта;
• устойчивость к агрессивным веществам (солевым растворам, кислотам, щелочам).

Защита фундамента с использованием мембранного дренажа

Защита фундамента при помощи гидроизоляции и дренажной мембраны рекомендуется в любом случае, даже если нет подвальных или цокольных помещений в здании. Это поможет сохранить строительный материал фундамента и уберечь отделку и стены от разрушений. Мембранная защита создает надежный барьер для просачивающейся из грунта влаги и помогает водоотведению с участка.

Для обработки поверхности фундамента используют один из видов гидроизоляционного материала, укрепляя толстый слой армированием. Если для этих целей применяется битумная мастика, достаточно формирования покрытия толщиной 2 мм. После застывания битумного слоя гидроизоляции фундамент необходимо покрыть дренажной профилированной мембраной.

Этот материал продается в рулонах, что облегчает его использование. Рулон достаточно раскатать по поверхности и зафиксировать его дюбелями с обязательной герметизацией. Важно при этом создавать как можно меньше швов и тщательно их соединять клеевыми составами. Мембрану монтируют таким образом, чтобы плоская сторона находилась на защищаемой поверхности. Просачиваясь через слой геотекстиля, влага останавливается слоем полиэфирного материала и стекает по пустотам между выступами мембраны, попадая в дренажную систему.

Монтаж дренажной мембраны удобен тем, что исключает необходимость устройства глиняного замка по периметру здания. Такие масштабные земляные работы требует местность, где есть риск повышения уровня грунтовых вод, особенно в весенний период. В случае применения мембранного дренажа технология защиты подвальных помещений и всей конструкции дома ограничивается лишь выполнением внешней гидроизоляции (проще всего это сделать битумной мастикой) и покрытием поверхности фундамента дренажной мембраной.

Роль мембранной защиты в формировании дизайна участка

Применение такого технологичного материала как дренажная мембрана помогает сохранить рельеф садового участка и повысить долговечность садовых дорожек. Основой для мембраны служит высококачественный полиэтилен, к которому обычно приклеен геотекстиль. Под воздействием статических или вибрационных нагрузок свойства этих защитных материалов не меняются. Благодаря плитке на дорожке влага удаляется с поверхности, а часть просочившейся попадает на мембрану и стекает в дренажную систему или за пределы дорожки. Такой способ укладки способствует эффективному водоотведению, а также препятствует смещению элементов дорожки под воздействием потока воды во время проливных дождей.

Пустоты между выступами дренажной мембраны выполняют функцию гравия в дренажных системах. Но их преимущество в том, что под воздействием температурных колебаний и влаги грунта материал не подвержен рассыпанию и разрушению. А забивание пустот между шипами в этом случае предотвращает слой геотекстиля, обладающий высокими фильтрующими свойствами.

Мембранная защита применяется не только для водоотведения в подземных системах, но и для защиты кровли и стен. Она незаменима в том случае, если важно не только снизить показатели увлажненности грунта, но и обеспечить стабильность и исключение смещений.

Существует много разновидностей дренажных мембран, отличающихся конструкцией, количеством слоев и плотностью. Прочность на сжатие такого материала может быть от 15 до 40 тонн на 1 кв.м. Но даже под влиянием статической нагрузки мембрана сохраняет свои защитные характеристики. Применение ее в комплексной защите фундамента и подземных сооружений позволяет исключить подтопление помещений и разрушение строительного материала корнями растений и вредителями.

Высокая термоустойчивость обеспечивает прочность мембраны при промерзании грунта, а химическая инертность позволяет сохранять эластичность при длительном воздействии кислот и щелочей в почве, а аткже при постоянном увлажнении.

Полезная информация для застройщиков с описанием основных требований при устройстве кровли. — Список статей — Главная — Департамент государственного жилищного и строительного надзора Свердловской области Официальный сайт

 Мембранные кровли.

В отечественной технической литературе принято выделять три разновидности мягких кровель, отличающиеся по составу гидроизоляционных покрытий: битумно-полимерные или рулонные кровли, мастичные кровли и мембранные кровли. Иногда встречаются тексты, где мембранами называют битумно-полимерные материалы. Для сложившихся стандартов русскоязычных технических текстов это неправильно, а ошибка вызвана тем, что в англоязычной технической литературе термином мембрана называют все типы рулонных кровельных материалов, в том числе и битумно-полимерные. В зависимости от полимерного материала, составляющего основание полотна, кровельные мембраны разделяют на три типа ЭПДМ, ПВХ и ТПО.

Мембраны из ПВХ производятся из пластифицированного поливинилхлорида, армированного полиэфирной сеткой.

Для придания мембранам большей эластичности в ПВХ добавляют летучие пластификаторы.Из ПВХ-мембран получается достаточно прочная и надежная мембранная кровля — монтаж поливинилхлоридных кровельных мембран производится с помощью сварки, и стыки между полотнами по прочности не уступают целостным участкам. Недостатки ПВХ мембран состоят в недостаточной устойчивости к битумным материалам, маслам и растворителям. Летучие фракции, входящие в состав поливинилхлорида делают этот материал проблемным с точки зрения экологии. Кроме того, по мере испарения пластификаторов ухудшаются механические характеристики мембранного полтона.

ЭПДМ-мембраны изготавливают на основе синтетического каучука. Армирование этих мембран также проводится с использованием полиэфирных нитей.

ЭПДМ мембраны отличаются относительно невысокой стоимостью, долгим сроком эффективной эксплуатации, высокой эластичностью. К недостаткам ЭПДМ мембран обычно относят клеевую технологию соединения полотен с помощью специальной клеевой ленты. Понятно, что прочность клеевого соединения обычно меньше сварного. Некоторые производители ЭПДМ мембран выпускают мембранные кровли, соединяемые методом вулканизации при помощи сварки горячем воздухом (500 С). Эластичность шва в этом случае получается такой же, как и основного полотна. В итоге стыки мембран становятся наиболее «проблемным» местом, и ремонт мембранной кровли из ЭПДМ мембран необходимо производить чаще, так как именно на стыках возникают протечки.

ТПО-мембраны производятся из термопластичных олефинов. Мембраны ТПО выпускают как неармированными, так и с армировкой из стекловолокна или полиэстера.

Для соединения полотен ТПО мембран используют сварку горячим воздухом, либо механически закрепляют внахлест (не менее 12 мм). Прочность сварных швов для ТПО мембран вдвое превышает прочностные характеристики самого полотна мембраны Единственным недостатком этих мембран является их меньшая (по сравнению с мембранами из ПВХ и ЭПДМ) эластичность.

Основные требования при устройстве кровли

Основание под кровлю:

Основанием под кровли могут служить ровные поверхности, которые должны удовлетворять следующим требованиям:

1.Ровность — плавно нарастающие неровности не более 10 мм по высоте между основанием и контрольной рейкой длиной 2 метра;

2. Толщина стяжки+40 мм плюс минус 10%

3.Прочность на сжатие стяжки больше или равно50 кгс/кв.см.

4. Влажность по массе меньше или равно 5%

На основании под кровлю не должно быть пятен от масел продуктов нефтепереработки, жиров различного происхождения. При наличии таких загрязнений их необходимо удалить. При применении в качестве несущего основания профилированного листа его толщина должна быть не менее 0,75 мм.

Пароизоляционный слой

-пароизоляция укладывается с нахлестом не менее 100 мм;

-в местах окончания утеплителя вдоль примыканий, пароизоляционный слой заводится на высоту не меньшую, чем общая толщина утеплителя.

Теплоизоляционный слой

Теплоизоляцию устраивают из минераловатных плит с укладкой их в два слоя: нижний слой-с меньшей плотностью, верхний слой с большей плотностью. Каждый слой утеплителя укладывается в «разбежку», в одном направлении, стыки между каждыми двумя плитами должны отстоять друг от друга не менее 100 мм. Расстояния между любыми соседними стыками каждых двух слоев утеплителя должно составлять не менее 100мм. Каждый слой укладывается перпендикулярно предыдущему. Зазор между плитами должен составлять не более 3 мм. Количество точек крепления-2 штуки на одну плиту утеплителя.

При применении плит экструдированного полистирола или пенополистирола необходимо использовать разделительный слой из геотекстиля

Водоизоляционный ковер

В качестве основного водоизоляционного слоя служит мембрана. Сварка ковра осуществляется при любых погодных условиях, однако влага не должна попадать в зону сварного шва. Поверхности мембраны, которые подвергаются сварке, должны быть сухими и чистыми. Для получения качественной сварки необходимо чтобы в процессе работы край насадки выходил на 3 мм из – под края мембраны.

Основные характеристики:

— Сопротивление статическому продавливанию- 250 Н в течении 24 часов необходимо выдерживание испытания на водонепроницаемость.

— Водонепроницаемость при давлении не менее 0,001МПА в течении 72 часов- отсутствие признаков воды.

Контроль качества сварного шва необходимо проводить в начале рабочего дня, после каждой перенастройки параметров сварки, а также через каждые 150 метров шва.

Проверка качества шва:

-визуально- для выявления «внутренних » дефектов стыка мембраны(появление ксладок, пустот в шве, разрушение верхнего слоя материала до армирующего слоя

-инструментально-с использованием тонкой шлицевой отвертки или инструмента проверяется качество сварки вдоль края шва.

Надежность сварного шва и правильность подбора параметров сварки определяют испытанием на разрыв вырезанного участка шва шириной 50мм путем нагружения образца весом 15 кг в течении 10 секунд. Шов считается качественным, если тестируемый образец шва не расслаивается. После этого испытания образец шва рекомендуется разорвать и исследовать его.

При обнаружении дефектов необходимо выполнить дополнительные работы с помощью сварочного оборудования. При обнаружении складок, пустот, а также нарушений целостности самой мембраны необходимо выполнить ремонт таких участков наложением заплат размером не менее 150 мм в диаметре, при этом расстояние по всем направления от места повреждения до края заплат должно быть не менее 50 мм. Ширина сварного шва в любом направлении от края мембраны или среза края мембраны должна быть не менее 40 мм.

Клеточная мембрана — анатомия и физиология

Одним из величайших чудес клеточной мембраны является ее способность регулировать концентрацию веществ внутри клетки. Эти вещества включают ионы, такие как Ca ⁺⁺ , Na ⁺ , K ⁺ и Cl ^—; питательные вещества, включая сахара, жирные кислоты и аминокислоты; и продукты жизнедеятельности, особенно диоксид углерода (CO ₂ ), которые должны покидать ячейку.

Двухслойная липидная структура мембраны обеспечивает первый уровень контроля.Фосфолипиды плотно упакованы вместе, и мембрана имеет гидрофобную внутреннюю часть. Эта структура делает мембрану избирательно проницаемой. Мембрана, обладающая избирательной проницаемостью, позволяет без посторонней помощи проходить через нее только веществам, отвечающим определенным критериям. В случае клеточной мембраны только относительно небольшие неполярные материалы могут перемещаться через липидный бислой (помните, липидные хвосты мембраны неполярны). Некоторыми примерами этого являются другие липиды, кислород и углекислый газ, а также спирт.Однако водорастворимые материалы, такие как глюкоза, аминокислоты и электролиты, нуждаются в некоторой помощи для прохождения через мембрану, потому что они отталкиваются гидрофобными хвостами фосфолипидного бислоя. Все вещества, которые проходят через мембрану, делают это одним из двух общих методов, которые подразделяются на категории в зависимости от того, требуется ли энергия или нет. Пассивный транспорт — это движение веществ через мембрану без затрат клеточной энергии. Напротив, активный транспорт — это движение веществ через мембрану с использованием энергии аденозинтрифосфата (АТФ).

Пассивный транспорт

Чтобы понять , как вещества пассивно перемещаются через клеточную мембрану, необходимо понимать градиенты концентрации и диффузию. Градиент концентрации — это разница в концентрации вещества в пространстве. Молекулы (или ионы) будут распространяться / диффундировать от места, где они более сконцентрированы, к месту, где они менее концентрированы, до тех пор, пока они не будут равномерно распределены в этом пространстве. (Когда молекулы движутся таким образом, они, как говорят, перемещаются на вниз на своего градиента концентрации.) Диффузия — это перемещение частиц из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией. Несколько общих примеров помогут проиллюстрировать эту концепцию. Представьте, что вы находитесь в закрытой ванной. Если распылить флакон духов, молекулы аромата естественным образом распространятся из места, где они оставили флакон, во все углы ванной комнаты, и это распространение будет продолжаться до тех пор, пока градиент концентрации не исчезнет. Другой пример — ложка сахара, помещенная в чашку чая.В конце концов сахар будет распространяться по всему чаю, пока не исчезнет градиент концентрации. В обоих случаях, если в комнате теплее или чай горячее, диффузия происходит еще быстрее, поскольку молекулы сталкиваются друг с другом и распространяются быстрее, чем при более низких температурах. Таким образом, внутренняя температура тела около 98,6 ^° F также способствует диффузии частиц внутри тела.

Посетите эту ссылку, чтобы увидеть диффузию и то, как она приводится в движение кинетической энергией молекул в растворе.Как температура влияет на скорость диффузии и почему?

Когда какое-либо вещество существует в большей концентрации на одной стороне полупроницаемой мембраны, такой как клеточные мембраны, любое вещество, которое может двигаться вниз по градиенту своей концентрации через мембрану, будет делать это. Рассмотрим вещества, которые могут легко диффундировать через липидный бислой клеточной мембраны, такие как газы кислород (O ₂ ) и CO ₂ . O ₂ обычно диффундирует в клетки, потому что он более сконцентрирован вне них, а CO ₂ обычно диффундирует из клеток, потому что он более сконцентрирован внутри них.Ни один из этих примеров не требует энергии со стороны клетки, и поэтому они используют пассивный транспорт для перемещения через мембрану.

Прежде чем двигаться дальше, необходимо рассмотреть газы, которые могут диффундировать через клеточную мембрану. Поскольку клетки быстро потребляют кислород во время метаболизма, обычно внутри клетки концентрация O ₂ ниже, чем снаружи. В результате кислород будет диффундировать из межклеточной жидкости непосредственно через липидный бислой мембраны в цитоплазму внутри клетки.С другой стороны, поскольку клетки продуцируют CO ₂ в качестве побочного продукта метаболизма, концентрации CO ₂ повышаются в цитоплазме; следовательно, CO ₂ будет перемещаться из клетки через липидный бислой в интерстициальную жидкость, где его концентрация ниже. Этот механизм движения молекул через клеточную мембрану со стороны, где они более сконцентрированы, в сторону, где они менее сконцентрированы, представляет собой форму пассивного транспорта, называемого простой диффузией ((Рисунок)).

Простая диффузия через клеточную (плазменную) мембрану

Структура липидного бислоя позволяет небольшим незаряженным веществам, таким как кислород и углекислый газ, и гидрофобным молекулам, таким как липиды, проходить через клеточную мембрану вниз по градиенту их концентрации путем простой диффузии.

Большие полярные или ионные молекулы, которые являются гидрофильными, не могут легко пересечь фосфолипидный бислой. Очень маленькие полярные молекулы, такие как вода, могут пересекаться посредством простой диффузии из-за своего небольшого размера.Заряженные атомы или молекулы любого размера не могут пересечь клеточную мембрану посредством простой диффузии, поскольку заряды отталкиваются гидрофобными хвостами внутри бислоя фосфолипидов. Растворенные вещества, растворенные в воде по обе стороны от клеточной мембраны, будут стремиться диффундировать вниз по градиенту их концентрации, но поскольку большинство веществ не могут свободно проходить через липидный бислой клеточной мембраны, их движение ограничивается белковыми каналами и специализированными транспортными механизмами в мембране .Облегченная диффузия — это процесс диффузии, используемый для тех веществ, которые не могут пересекать липидный бислой из-за своего размера, заряда и / или полярности ((Рисунок)). Типичным примером облегченной диффузии является перемещение глюкозы в клетку, где она используется для производства АТФ. Хотя глюкоза может быть более сконцентрирована вне клетки, она не может пересекать липидный бислой посредством простой диффузии, поскольку он является одновременно большим и полярным. Чтобы решить эту проблему, специальный белок-носитель, называемый переносчиком глюкозы, будет переносить молекулы глюкозы в клетку, чтобы облегчить ее внутреннюю диффузию.

Облегченная диффузия

(a) Облегченная диффузия веществ через клеточную (плазматическую) мембрану происходит с помощью белков, таких как канальные белки и белки-носители. Канальные белки менее селективны, чем белки-носители, и обычно легко различают свой груз в зависимости от размера и заряда. (б) Белки-носители более селективны, часто позволяя пересекаться только одному конкретному типу молекул.

В качестве примера, хотя ионы натрия (Na ⁺ ) сильно сконцентрированы вне клеток, эти электролиты заряжены и не могут проходить через неполярный липидный бислой мембраны.Их диффузии способствуют мембранные белки, которые образуют натриевые каналы (или «поры»), так что ионы Na ⁺ могут перемещаться вниз по градиенту их концентрации из-за пределов клеток внутрь клеток. Есть много других растворенных веществ, которые должны пройти через облегченную диффузию, чтобы попасть в клетку, например, аминокислоты, или выйти из клетки, например, отходы. Поскольку облегченная диффузия — это пассивный процесс, он не требует затрат энергии клеткой.

Вода также может свободно перемещаться через клеточную мембрану всех клеток либо через белковые каналы, либо скользя между липидными хвостами самой мембраны.Осмос — это диффузия воды через полупроницаемую мембрану ((рисунок)).

Осмос

Осмос — это диффузия воды через полупроницаемую мембрану вниз по градиенту ее концентрации. Если мембрана проницаема для воды, но не для растворенного вещества, вода выровняет свою концентрацию, диффундируя в сторону более низкой концентрации воды (и, следовательно, в сторону более высокой концентрации растворенного вещества). В стакане слева раствор с правой стороны мембраны гипертонический.

Движение молекул воды само по себе не регулируется клетками, поэтому важно, чтобы клетки подвергались воздействию среды, в которой концентрация растворенных веществ вне клеток (во внеклеточной жидкости) равна концентрации растворенных веществ внутри клеток. (в цитоплазме). Два раствора с одинаковой концентрацией растворенных веществ называются изотоническими (равное натяжение). Когда клетки и их внеклеточная среда изотоничны, концентрация молекул воды одинакова снаружи и внутри клеток, и клетки сохраняют свою нормальную форму (и функцию).

Осмос возникает, когда существует дисбаланс растворенных веществ вне клетки по сравнению с внутри клетки. Раствор, который имеет более высокую концентрацию растворенных веществ, чем другой раствор, называется гипертоническим, а молекулы воды имеют тенденцию диффундировать в гипертонический раствор ((рисунок)). Клетки в гипертоническом растворе будут сморщиваться, когда вода покидает клетку посредством осмоса. Напротив, раствор, который имеет более низкую концентрацию растворенных веществ, чем другой раствор, считается гипотоническим, а молекулы воды имеют тенденцию диффундировать из гипотонического раствора.Клетки в гипотоническом растворе будут поглощать слишком много воды и набухать, что в конечном итоге может привести к разрыву. Важнейшим аспектом гомеостаза живых существ является создание внутренней среды, в которой все клетки тела находятся в изотоническом растворе. Различные системы органов, особенно почки, работают над поддержанием этого гомеостаза.

Концентрация растворов

Гипертонический раствор имеет более высокую концентрацию растворенного вещества, чем другой раствор. Изотонический раствор имеет концентрацию растворенного вещества, равную другому раствору.Гипотонический раствор имеет меньшую концентрацию растворенного вещества, чем другой раствор.

Другой механизм помимо диффузии для пассивной транспортировки материалов между отсеками — фильтрация. В отличие от диффузии вещества, от более концентрированного до менее концентрированного, фильтрация использует градиент гидростатического давления, который выталкивает жидкость — и растворенные в ней вещества — из области с более высоким давлением в область с более низким давлением. Фильтрация — чрезвычайно важный процесс в организме.Например, кровеносная система использует фильтрацию для перемещения плазмы и веществ через эндотелиальную выстилку капилляров в окружающие ткани, снабжая клетки питательными веществами. Давление фильтрации в почках обеспечивает механизм удаления отходов из кровотока.

Активный транспорт

Для всех способов транспортировки, описанных выше, ячейка не расходует энергию. Мембранные белки, которые помогают в пассивном переносе веществ, делают это без использования АТФ.Во время активного транспорта АТФ требуется для перемещения вещества через мембрану, часто с помощью белков-переносчиков, и обычно против его градиента концентрации.

Один из наиболее распространенных типов активного транспорта включает белки, которые служат насосами. Слово «насос», вероятно, вызывает в воображении мысли об использовании энергии для накачки шины велосипеда или баскетбольного мяча. Точно так же энергия АТФ требуется этим мембранным белкам для переноса веществ — молекул или ионов — через мембрану, обычно против градиентов их концентрации (из области с низкой концентрацией в область с высокой концентрацией).

Натрий-калиевый насос, который также называется Na ⁺ / K ⁺ АТФаза, транспортирует натрий из клетки, одновременно перемещая калий в клетку. Насос Na ⁺ / K ⁺ — это важный ионный насос, обнаруженный в мембранах многих типов клеток. Эти насосы особенно распространены в нервных клетках, которые постоянно выкачивают ионы натрия и притягивают ионы калия для поддержания электрического градиента через клеточные мембраны. Электрический градиент — это разница в электрическом заряде в пространстве.В случае нервных клеток, например, существует электрический градиент между внутренней и внешней частью клетки, при этом внутренняя часть заряжена отрицательно (около -70 мВ) относительно внешней стороны. Отрицательный электрический градиент сохраняется, потому что каждый насос Na ⁺ / K ⁺ перемещает три иона Na ⁺ из ячейки и два иона K ⁺ в ячейку для каждой используемой молекулы АТФ ((Рисунок) ). Этот процесс настолько важен для нервных клеток, что на него приходится большая часть использования ими АТФ.

Натрий-калиевый насос

Натрий-калиевый насос находится во многих клеточных (плазматических) мембранах. Насос, работающий от АТФ, перемещает ионы натрия и калия в противоположных направлениях, каждый против своего градиента концентрации. За один цикл насоса три иона натрия вытесняются из ячейки, а два иона калия импортируются в ячейку.

Активные транспортные насосы могут также работать вместе с другими активными или пассивными транспортными системами для перемещения веществ через мембрану.Например, натрий-калиевый насос поддерживает высокую концентрацию ионов натрия вне клетки. Следовательно, если клетке нужны ионы натрия, все, что ей нужно сделать, это открыть пассивный натриевый канал, поскольку градиент концентрации ионов натрия заставит их диффундировать в клетку. Таким образом, действие активного транспортного насоса (натрий-калиевый насос) обеспечивает пассивный транспорт ионов натрия, создавая градиент концентрации. Когда активный транспорт обеспечивает перенос другого вещества таким образом, это называется вторичным активным транспортом.

Симпортеры — это вторичные активные переносчики, которые перемещают два вещества в одном направлении. Например, симпортер натрий-глюкоза использует ионы натрия, чтобы «втягивать» молекулы глюкозы в клетку. Поскольку клетки хранят глюкозу для получения энергии, глюкоза обычно находится в более высокой концентрации внутри клетки, чем снаружи. Однако из-за действия натрий-калиевого насоса ионы натрия легко диффундируют в клетку при открытии симпортера. Поток ионов натрия через симпортер обеспечивает энергию, которая позволяет глюкозе перемещаться через симпортер в клетку против градиента ее концентрации.

И наоборот, антипортеры — это вторичные активные транспортные системы, которые транспортируют вещества в противоположных направлениях. Например, антипортер ионов натрия-водорода использует энергию поступающего внутрь потока ионов натрия для перемещения ионов водорода (H +) из клетки. Натрий-водородный антипортер используется для поддержания pH внутри клетки.

Другие формы активного транспорта не связаны с мембранными переносчиками. Эндоцитоз (попадание «в клетку») — это процесс поглощения клеткой материала путем охвата его частью своей клеточной мембраны с последующим отщипыванием этой части мембраны ((Рисунок)).После защемления часть мембраны и ее содержимое становятся независимыми внутриклеточными пузырьками. Везикула — это перепончатый мешок — сферическая полая органелла, ограниченная двухслойной липидной мембраной. Эндоцитоз часто приносит в клетку материалы, которые необходимо расщепить или переварить. Фагоцитоз («поедание клеток») — это эндоцитоз крупных частиц. Многие иммунные клетки участвуют в фагоцитозе вторгающихся патогенов. Как и маленькие пакмены, их работа — патрулировать ткани тела на предмет нежелательных веществ, таких как вторжение в бактериальные клетки, фагоцитировать и переваривать их.В отличие от фагоцитоза, пиноцитоз («питье клетки») переносит жидкость, содержащую растворенные вещества, в клетку через мембранные везикулы.

Три формы эндоцитоза

Эндоцитоз — это форма активного транспорта, при котором клетка окружает внеклеточные материалы, используя свою клеточную мембрану. (а) При фагоцитозе, который является относительно неселективным, клетка поглощает крупную частицу. (б) При пиноцитозе клетка поглощает мелкие частицы жидкости. (c) Напротив, рецептор-опосредованный эндоцитоз довольно селективен.Когда внешние рецепторы связывают определенный лиганд, клетка отвечает эндоцитозом лиганда.

Фагоцитоз и пиноцитоз захватывают большие части внеклеточного материала, и они, как правило, не обладают высокой селективностью в отношении веществ, которые они вносят. Клетки регулируют эндоцитоз определенных веществ через рецептор-опосредованный эндоцитоз. Рецептор-опосредованный эндоцитоз — это эндоцитоз части клеточной мембраны, которая содержит множество рецепторов, специфичных для определенного вещества.Как только поверхностные рецепторы свяжут достаточное количество специфического вещества (лиганда рецептора), клетка будет эндоцитозировать часть клеточной мембраны, содержащую комплексы рецептор-лиганд. Таким образом, эритроциты эндоцитируют железо, необходимый компонент гемоглобина. Железо связано с белком, который называется трансферрином в крови. Специфические рецепторы трансферрина на поверхности эритроцитов связывают молекулы железо-трансферрин, и клетка эндоцитирует комплексы рецептор-лиганд.

В отличие от эндоцитоза, экзоцитоз (изъятие «из клетки») — это процесс экспорта материала клеткой с использованием везикулярного транспорта ((Рисунок)). Многие клетки производят вещества, которые необходимо секретировать, как фабрика, производящая продукт на экспорт. Эти вещества обычно упакованы в мембраносвязанные везикулы внутри клетки. Когда мембрана везикулы сливается с клеточной мембраной, везикула выпускает свое содержимое в интерстициальную жидкость. Затем везикулярная мембрана становится частью клеточной мембраны.Клетки желудка и поджелудочной железы производят и секретируют пищеварительные ферменты посредством экзоцитоза ((рисунок)). Эндокринные клетки производят и секретируют гормоны, которые разносятся по всему телу, а некоторые иммунные клетки производят и секретируют большое количество гистамина, химического вещества, важного для иммунных реакций.

Экзоцитоз

Экзоцитоз во многом похож на эндоцитоз в обратном направлении. Материал, предназначенный для экспорта, упаковывается в пузырьки внутри клетки. Мембрана везикулы сливается с клеточной мембраной, и содержимое выходит во внеклеточное пространство.

Ферментные продукты клеток поджелудочной железы

Ацинарные клетки поджелудочной железы производят и секретируют множество ферментов, переваривающих пищу. Крошечные черные гранулы на этой электронной микрофотографии представляют собой секреторные везикулы, заполненные ферментами, которые будут выводиться из клеток посредством экзоцитоза. LM × 2900. (Микрофотография предоставлена ​​Медицинской школой Риджентс Мичиганского университета © 2012)

Болезни…

Клетка

: Муковисцидоз Муковисцидоз (МВ) поражает примерно 30 000 человек в Соединенных Штатах, при этом ежегодно регистрируется около 1000 новых случаев.Это генетическое заболевание наиболее известно своим поражением легких, вызывающим затрудненное дыхание и хронические легочные инфекции, но оно также поражает печень, поджелудочную железу и кишечник. Всего около 50 лет назад прогноз для детей, рожденных с МВ, был очень мрачным — ожидаемая продолжительность жизни редко превышала 10 лет. Сегодня, с развитием медицины, многие пациенты с МВ доживают до 30 лет.

Симптомы CF являются результатом неисправности мембранного ионного канала, называемого регулятором трансмембранной проводимости при муковисцидозе, или CFTR.У здоровых людей белок CFTR является интегральным мембранным белком, который переносит ионы Cl ^– из клетки. У человека с CF ген CFTR мутирован, таким образом, клетка вырабатывает дефектный белок канала, который обычно не включается в мембрану, а вместо этого разрушается клеткой.

CFTR требует ATP для работы, что делает его транспорт Cl ^– формой активного транспорта. Эта характеристика долгое время озадачивала исследователей, потому что ионы Cl ^— на самом деле текут на вниз по градиенту их концентрации при выходе из клеток.Активный транспорт обычно перекачивает ионы против их градиента концентрации, но CFTR представляет собой исключение из этого правила.

В нормальной легочной ткани движение Cl ^– из клетки поддерживает обогащенную Cl ^– отрицательно заряженную среду непосредственно за пределами клетки. Это особенно важно в эпителиальной выстилке дыхательной системы. Клетки респираторного эпителия выделяют слизь, которая улавливает пыль, бактерии и другой мусор.Реснички (множественное число = реснички) — это один из волосовидных придатков, обнаруженных на определенных клетках. Реснички на эпителиальных клетках перемещают слизь и ее захваченные частицы по дыхательным путям от легких к внешней стороне. Для эффективного продвижения вверх слизь не может быть слишком вязкой; скорее, он должен иметь жидкую водянистую консистенцию. Транспорт Cl ^— и поддержание электроотрицательной среды вне клетки привлекают положительные ионы, такие как Na ⁺ , во внеклеточное пространство.Накопление ионов Cl ^— и Na ⁺ во внеклеточном пространстве приводит к образованию слизи, богатой растворенными веществами, с низкой концентрацией молекул воды. В результате через осмос вода перемещается из клеток и внеклеточного матрикса в слизь, «разжижая» ее. Вот как в нормальной дыхательной системе слизь остается достаточно разбавленной, чтобы ее можно было вытолкнуть из дыхательной системы.

Если канал CFTR отсутствует, ионы Cl ^— не выводятся из клетки в достаточном количестве, что не позволяет им вытягивать положительные ионы.Отсутствие ионов в секретируемой слизи приводит к отсутствию нормального градиента концентрации воды. Таким образом, отсутствует осмотическое давление, втягивающее воду в слизь. Образующаяся слизь густая и липкая, и мерцательный эпителий не может эффективно удалить ее из дыхательной системы. Проходы в легких блокируются слизью вместе с мусором, который она переносит. Бактериальные инфекции возникают легче, потому что бактериальные клетки не выводятся из легких эффективно.

3.1 Клеточная мембрана — анатомия и физиология

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Опишите молекулярные компоненты, составляющие клеточную мембрану
• Связать структуры клеточной мембраны с ее функциями
• Опишите, как молекулы пересекают клеточную мембрану в зависимости от их свойств и градиентов концентрации
• Сравните и сопоставьте различные типы пассивного транспорта с активным транспортом, приведя примеры каждого из них

Несмотря на различия в структуре и функциях, все живые клетки в многоклеточных организмах имеют окружающую клеточную мембрану.Подобно тому, как внешний слой вашей кожи отделяет ваше тело от окружающей среды, клеточная мембрана (также известная как плазматическая мембрана) отделяет внутреннее содержимое клетки от внешней среды. Эта клеточная мембрана обеспечивает защитный барьер вокруг клетки и регулирует, какие материалы могут проходить внутрь или наружу.

Структура и состав клеточной мембраны

Клеточная мембрана представляет собой чрезвычайно гибкую структуру, состоящую в основном из двух слоев фосфолипидов («бислой»).Холестерин и различные белки также встроены в мембрану, давая мембране множество функций, описанных ниже.

Одна молекула фосфолипида имеет фосфатную группу на одном конце, называемую «головкой», и две расположенные рядом друг с другом цепи жирных кислот, которые составляют липидные «хвосты» (рис. 3.1.1). Липидные хвосты одного слоя обращены к липидным хвостам другого слоя, встречаясь на границе двух слоев. Головки фосфолипидов обращены наружу, один слой открыт для внутренней части клетки, а другой — снаружи (Рисунок 3.1.1).

Рисунок 3.1.1 — Структура и бислой фосфолипидов: Молекула фосфолипида состоит из полярной фосфатной «головы», которая является гидрофильной, и неполярного липидного «хвоста», которая является гидрофобной. Ненасыщенные жирные кислоты приводят к изгибам гидрофобных хвостов. Фосфолипидный бислой состоит из двух смежных листов фосфолипидов, расположенных хвостом к хвосту. Гидрофобные хвосты соединяются друг с другом, образуя внутреннюю часть мембраны. Полярные головки контактируют с жидкостью внутри и снаружи ячейки.

Фосфатная группа заряжена отрицательно, что делает голову полярной и гидрофильной — или «водолюбивой». Гидрофильная молекула (или часть молекулы) притягивается к воде. Таким образом, фосфатные головки притягиваются к молекулам воды как внеклеточной, так и внутриклеточной среды. Липидные хвосты, с другой стороны, не заряжены или неполярны и гидрофобны — или «боятся воды». Гидрофобная молекула (или участок молекулы) отталкивается водой.Таким образом, фосфолипиды представляют собой амфипатические молекулы. Амфипатическая молекула — это молекула, которая содержит как гидрофильную, так и гидрофобную области. Фактически, мыло удаляет масляные и жирные пятна, потому что оно обладает амфипатическими свойствами. Гидрофильная часть может растворяться в воде для стирки, в то время как гидрофобная часть может удерживать жир в пятнах, которые затем можно смыть. Аналогичный процесс происходит в вашей пищеварительной системе, когда желчные соли (состоящие из холестерина, фосфолипидов и соли) помогают расщеплять проглоченные липиды.

Поскольку фосфатные группы полярны и гидрофильны, они притягиваются к воде во внутриклеточной жидкости. Внутриклеточная жидкость (ICF) — это жидкость внутри клетки. Фосфатные группы также притягиваются к внеклеточной жидкости. Внеклеточная жидкость (ECF) — это жидкая среда вне оболочки клеточной мембраны (см. Рисунок выше). Поскольку липидные хвосты гидрофобны, они встречаются во внутренней области мембраны, исключая водянистую внутриклеточную и внеклеточную жидкость из этого пространства.Помимо фосфолипидов и холестерина, клеточная мембрана содержит множество белков, подробно описанных в следующем разделе.

Мембранные белки

Липидный бислой составляет основу клеточной мембраны, но он полностью усеян различными белками. Два разных типа белков, которые обычно связаны с клеточной мембраной, — это интегральный белок и периферический белок (рис. 3.1.2). Как следует из названия, интегральный белок — это белок, который встроен в мембрану.Существует множество различных типов интегральных белков, каждый из которых выполняет свои функции. Например, интегральный белок, который расширяет отверстие через мембрану для ионов, чтобы войти или выйти из клетки, известен как белок канала. Периферические белки обычно находятся на внутренней или внешней поверхности липидного бислоя, но также могут быть прикреплены к внутренней или внешней поверхности интегрального белка.

Рис. 3.1.2. Клеточная мембрана: Клеточная мембрана клетки представляет собой фосфолипидный бислой, содержащий множество различных молекулярных компонентов, включая белки и холестерин, некоторые с присоединенными углеводными группами.

Некоторые интегральные белки служат в качестве белков распознавания клеток , или поверхностных белков идентичности, которые маркируют идентичность клетки, чтобы ее могли распознать другие клетки. Некоторые интегральные белки действуют как ферменты или в клеточной адгезии между соседними клетками. Рецептор представляет собой тип белка распознавания, который может избирательно связывать определенную молекулу вне клетки, и это связывание вызывает химическую реакцию внутри клетки. Некоторые интегральные белки выполняют двойную роль как рецептор, так и ионный канал.Одним из примеров взаимодействия рецептор-канал являются рецепторы нервных клеток, которые связывают нейротрансмиттеры, такие как дофамин. Когда молекула дофамина связывается с белком рецептора дофамина, канал в трансмембранном белке открывается, позволяя определенным ионам проникать в клетку. Периферические белки часто связаны с интегральными белками на внутренней клеточной мембране, где они играют роль в передаче клеточных сигналов или прикреплении к внутренним клеточным компонентам (то есть: цитоскелет, обсуждаемый позже).

Некоторые интегральные мембранные белки являются гликопротеинами.Гликопротеин — это белок, к которому прикреплены молекулы углеводов, которые распространяются во внеклеточную среду. Прикрепленные углеводные метки на гликопротеинах помогают в распознавании клеток. Углеводы, которые происходят из мембранных белков и даже из некоторых мембранных липидов, вместе образуют гликокаликс. Гликокаликс представляет собой нечеткое покрытие вокруг клетки, образованное из гликопротеинов и других углеводов, прикрепленных к клеточной мембране. Гликокаликс может выполнять разные роли.Например, он может иметь молекулы, которые позволяют клетке связываться с другой клеткой, он может содержать рецепторы гормонов или может содержать ферменты, расщепляющие питательные вещества. Гликокализы, обнаруженные в организме человека, являются продуктами его генетической структуры. Они придают каждой из триллионов клеток человека «идентичность» принадлежности к его телу. Эта идентичность — основной способ, которым клетки иммунной защиты человека «знают» не атаковать клетки собственного тела человека, но это также причина, по которой органы, пожертвованные другим человеком, могут быть отвергнуты.

Транспорт через клеточную мембрану

Одно из величайших чудес клеточной мембраны — это ее способность регулировать концентрацию веществ внутри клетки. Эти вещества включают ионы, такие как Ca ⁺⁺ , Na ⁺ , K ⁺ и Cl ^—, питательные вещества, включая сахара, жирные кислоты и аминокислоты, а также продукты жизнедеятельности, особенно диоксид углерода (CO ₂ ), который должен покинуть камеру.

Двухслойная липидная структура мембраны обеспечивает первый уровень контроля.Фосфолипиды плотно упакованы вместе, и мембрана имеет гидрофобную внутреннюю часть. Эта структура делает мембрану избирательно проницаемой. Мембрана с селективной проницаемостью позволяет только веществам, отвечающим определенным критериям, проходить через нее без посторонней помощи. В случае клеточной мембраны только относительно небольшие неполярные материалы могут перемещаться через липидный бислой (помните, липидные хвосты мембраны неполярны). Некоторыми примерами этого являются другие липиды, кислород и углекислый газ, а также спирт.Однако водорастворимые материалы, такие как глюкоза, аминокислоты и электролиты, нуждаются в некоторой помощи для прохождения через мембрану, потому что они отталкиваются гидрофобными хвостами фосфолипидного бислоя. Все вещества, которые проходят через мембрану, делают это одним из двух общих методов, которые подразделяются на категории в зависимости от того, требуется ли энергия или нет. Пассивный транспорт — это движение веществ через мембрану без затрат клеточной энергии. Напротив, активный транспорт — это движение веществ через мембрану с использованием энергии аденозинтрифосфата (АТФ).

Пассивный транспорт

Чтобы понять , как вещества пассивно перемещаются через клеточную мембрану, необходимо понимать градиенты концентрации и диффузию. Градиент концентрации — это разница в концентрации вещества в пространстве. Молекулы (или ионы) будут распространяться / диффундировать от места, где они более сконцентрированы, к месту, где они менее концентрированы, до тех пор, пока они не будут равномерно распределены в этом пространстве. (Когда молекулы движутся таким образом, они, как говорят, перемещаются на вниз на своего градиента концентрации, от высокой концентрации к низкой.) Диффузия — это перемещение частиц из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией. Несколько общих примеров помогут проиллюстрировать эту концепцию. Представьте, что вы находитесь в закрытой комнате. Если распылить флакон духов, молекулы запаха естественным образом распространятся из места, где они оставили флакон, во все углы комнаты, и это распространение будет продолжаться до тех пор, пока молекулы не будут равномерно распределены в комнате. Другой пример — ложка сахара, помещенная в чашку чая.В конце концов сахар будет распространяться по всему чаю, пока не исчезнет градиент концентрации. В обоих случаях, если в комнате теплее или чай горячее, диффузия происходит еще быстрее, поскольку молекулы сталкиваются друг с другом и распространяются быстрее, чем при более низких температурах.

Внешний веб-сайт

Посетите эту ссылку, чтобы увидеть диффузию и то, как она приводится в движение кинетической энергией молекул в растворе. Как температура влияет на скорость диффузии и почему?

Когда какое-либо вещество существует в большей концентрации на одной стороне полупроницаемой мембраны, такой как клеточные мембраны, любое вещество, которое может двигаться вниз по градиенту своей концентрации через мембрану, будет делать это.Если вещества могут перемещаться через клеточную мембрану без затрат энергии клетки, движение молекул называется пассивным переносом. Рассмотрим вещества, которые могут легко диффундировать через липидный бислой клеточной мембраны, такие как кислород (O ₂ ) и углекислый газ (CO ₂ ). Эти маленькие жирорастворимые газы и другие маленькие жирорастворимые молекулы могут растворяться в мембране и входить в клетку или выходить из нее в соответствии с градиентом их концентрации. Этот механизм движения молекул через клеточную мембрану со стороны, где они более сконцентрированы, в сторону, где они менее сконцентрированы, представляет собой форму пассивного транспорта, называемого простой диффузией . O ₂ обычно диффундирует в клетки, потому что он более сконцентрирован вне них, а CO ₂ обычно диффундирует из клеток, потому что он более сконцентрирован внутри них.

Прежде чем двигаться дальше, важно понять, что градиенты концентрации кислорода и углекислого газа всегда будут существовать в живой клетке и никогда не будут иметь равного распределения. Это связано с тем, что клетки быстро потребляют кислород во время метаболизма, и поэтому обычно внутри клетки концентрация O ₂ ниже, чем снаружи.В результате кислород будет диффундировать извне клетки напрямую через липидный бислой мембраны в цитоплазму внутри клетки. С другой стороны, поскольку клетки продуцируют CO ₂ в качестве побочного продукта метаболизма, концентрации CO ₂ повышаются в цитоплазме; следовательно, CO ₂ будет перемещаться из клетки через липидный бислой во внеклеточную жидкость, где его концентрация ниже. (Рисунок 3.1.3).

Рисунок 3.1.3 — Простая диффузия через клеточную (плазменную) мембрану: Структура липидного бислоя позволяет небольшим незаряженным веществам, таким как кислород и углекислый газ, и гидрофобным молекулам, таким как липиды, проходить через клеточную мембрану вниз. их градиент концентрации путем простой диффузии.

Большие полярные или ионные молекулы, которые являются гидрофильными, не могут легко пересечь фосфолипидный бислой. Заряженные атомы или молекулы любого размера не могут пересечь клеточную мембрану посредством простой диффузии, поскольку заряды отталкиваются гидрофобными хвостами внутри бислоя фосфолипидов. Растворенные вещества, растворенные в воде по обе стороны от клеточной мембраны, будут стремиться диффундировать вниз по градиенту их концентрации, но поскольку большинство веществ не могут свободно проходить через липидный бислой клеточной мембраны, их движение ограничивается белковыми каналами и специализированными транспортными механизмами в мембране . Облегченная диффузия — это процесс диффузии, используемый для тех веществ, которые не могут пересекать липидный бислой из-за своего размера, заряда и / или полярности, но делают это вниз по градиенту их концентрации (рис. 3.1.4). Например, хотя ионы натрия (Na ⁺ ) сильно сконцентрированы вне клеток, эти электролиты заряжены и не могут проходить через неполярный липидный бислой мембраны. Их диффузии способствуют мембранные белки, которые образуют натриевые каналы (или «поры»), так что ионы Na + могут перемещаться вниз по градиенту их концентрации из-за пределов клеток внутрь клеток.Типичным примером облегченной диффузии с использованием белка-носителя является перемещение глюкозы в клетку, где она используется для производства АТФ. Хотя глюкоза может быть более концентрированной вне клетки, она не может пересекать липидный бислой посредством простой диффузии, потому что она и большая, и полярная, и, следовательно, отталкивается фосфолипидной мембраной. Чтобы решить эту проблему, специальный белок-носитель, называемый переносчиком глюкозы, будет переносить молекулы глюкозы в клетку, чтобы облегчить ее внутреннюю диффузию.Разница между каналом и носителем состоит в том, что носитель обычно меняет форму в процессе диффузии, а канал — нет. Есть много других растворенных веществ, которые должны пройти через облегченную диффузию, чтобы попасть в клетку, например, аминокислоты, или выйти из клетки, например, отходы.

Рисунок 3.1.4 — Облегченная диффузия: (a) Облегченная диффузия веществ, пересекающих клеточную (плазматическую) мембрану, происходит с помощью белков, таких как канальные белки и белки-переносчики.Канальные белки менее селективны, чем белки-носители, и обычно легко различают свой груз в зависимости от размера и заряда. (б) Белки-носители более селективны, часто позволяя пересекаться только одному конкретному типу молекул.

Осмос

Специализированный пример облегченного транспорта — вода, движущаяся через клеточную мембрану всех клеток через белковые каналы, известные как аквапорины. Осмос — это диффузия воды через полупроницаемую мембрану от места, где относительная вода больше, к месту, где относительная вода меньше (вниз по градиенту концентрации воды) (Рисунок 3.1.5).

Рисунок 3.1.5 — Осмос: Осмос — это диффузия воды через полупроницаемую мембрану вниз по градиенту ее концентрации. Если мембрана проницаема для воды, но не для растворенного вещества, вода выровняет свою концентрацию, диффундируя в сторону более низкой концентрации воды (и, следовательно, в сторону более высокой концентрации растворенного вещества). В стакане слева раствор с правой стороны мембраны гипертонический.

Сами по себе клетки не могут регулировать движение молекул воды через свою мембрану, поэтому важно, чтобы клетки подвергались воздействию среды, в которой концентрация растворенных веществ вне клеток (во внеклеточной жидкости) равна концентрации растворенные вещества внутри клеток (в цитоплазме).Два раствора, которые имеют одинаковую концентрацию растворенных веществ, называются изотоническими (равное натяжение). Когда клетки и их внеклеточная среда изотоничны, концентрация молекул воды одинакова снаружи и внутри клеток, и клетки сохраняют свою нормальную форму (и функцию).

Осмос возникает, когда существует дисбаланс растворенных веществ вне клетки по сравнению с внутри клетки. Раствор, который имеет более высокую концентрацию растворенных веществ, чем другой раствор, называется гипертоническим , а молекулы воды имеют тенденцию диффундировать в гипертонический раствор (рис.1.6). Клетки в гипертоническом растворе будут сморщиваться, когда вода покидает клетку посредством осмоса. Напротив, раствор, который имеет более низкую концентрацию растворенных веществ, чем другой раствор, называется гипотоническим , и молекулы воды имеют тенденцию диффундировать из гипотонического раствора. Клетки в гипотоническом растворе будут поглощать слишком много воды и набухать, что в конечном итоге может привести к разрыву. Важнейшим аспектом гомеостаза живых существ является создание внутренней среды, в которой все клетки тела находятся в изотоническом растворе.Различные системы органов, особенно почки, работают над поддержанием этого гомеостаза.

Рисунок 3.1.6 — Концентрация раствора: Гипертонический раствор имеет более высокую концентрацию растворенного вещества, чем другой раствор. Изотонический раствор имеет концентрацию растворенного вещества, равную другому раствору. Гипотонический раствор имеет меньшую концентрацию растворенного вещества, чем другой раствор.

Активный транспорт

Для всех способов транспортировки, описанных выше, ячейка не расходует энергию.Мембранные белки, которые помогают в пассивном переносе веществ, делают это без использования АТФ. Во время первичного активного транспорта АТФ требуется для перемещения вещества через мембрану с помощью мембранного белка и против его градиента концентрации.

Один из наиболее распространенных типов активного транспорта включает белки, которые служат насосами. Слово «насос», вероятно, вызывает в воображении мысли об использовании энергии для накачки шины велосипеда или баскетбольного мяча. Точно так же энергия АТФ требуется этим мембранным белкам для переноса веществ — молекул или ионов — через мембрану против градиентов их концентрации (из области с низкой концентрацией в область с высокой концентрацией).

Натрий-калиевый насос , который также называется Na ⁺ / K ⁺ АТФаза, транспортирует натрий из клетки, одновременно перемещая калий в клетку. Насос Na ⁺ / K ⁺ — это важный ионный насос, присутствующий в мембранах всех клеток. Активность этих насосов в нервных клетках настолько велика, что на нее приходится большая часть использования ими АТФ.

Рисунок 3.1.7 Натрий-калиевый насос находится во многих клеточных (плазматических) мембранах.Насос, работающий от АТФ, перемещает ионы натрия и калия в противоположных направлениях, каждый против своего градиента концентрации. За один цикл насоса три иона натрия вытесняются из ячейки, а два иона калия импортируются в ячейку.

Активные транспортные насосы могут также работать вместе с другими активными или пассивными транспортными системами для перемещения веществ через мембрану. Например, натрий-калиевый насос поддерживает высокую концентрацию ионов натрия вне клетки. Следовательно, если клетке нужны ионы натрия, все, что ей нужно сделать, это открыть пассивный натриевый канал, поскольку градиент концентрации ионов натрия заставит их диффундировать в клетку.Таким образом, действие активного транспортного насоса (натрий-калиевый насос) обеспечивает пассивный транспорт ионов натрия, создавая градиент концентрации. Когда активный транспорт обеспечивает перенос другого вещества таким образом, это называется вторичным активным транспортом.

Симпортеры — это вторичные активные переносчики, которые перемещают два вещества в одном направлении. Например, симпортер натрий-глюкоза использует ионы натрия, чтобы «втягивать» молекулы глюкозы в клетку. Поскольку клетки запасают глюкозу для получения энергии, глюкоза обычно находится в более высокой концентрации внутри клетки, чем снаружи; однако из-за действия натрий-калиевого насоса ионы натрия легко диффундируют в клетку при открытии симпортера.Поток ионов натрия через симпортер обеспечивает энергию, которая позволяет глюкозе перемещаться через симпортер в клетку против градиента ее концентрации.

И наоборот, антипортеры — это вторичные активные транспортные системы, которые транспортируют вещества в противоположных направлениях. Например, антипортер ионов натрия-водорода использует энергию поступающего внутрь потока ионов натрия для перемещения ионов водорода (H ⁺ ) из клетки. Натрий-водородный антипортер используется для поддержания pH внутри клетки.

Другие формы мембранного транспорта

Другие формы активного транспорта не связаны с мембранными переносчиками. Эндоцитоз (внесение «в клетку») — это процесс поглощения клеткой материала путем охвата его частью своей клеточной мембраны и последующего отщипывания этой части мембраны (рис. 3.1.8). После защемления часть мембраны и ее содержимое становятся независимыми внутриклеточными пузырьками. Везикула представляет собой мембранный мешок — сферическую и полую органеллу, ограниченную двухслойной липидной мембраной.Эндоцитоз часто приносит в клетку материалы, которые необходимо расщепить или переварить. Фагоцитоз («поедание клеток») — это эндоцитоз крупных частиц. Многие иммунные клетки участвуют в фагоцитозе вторгающихся патогенов. Как и маленькие пакмены, их работа — патрулировать ткани тела на предмет нежелательных веществ, таких как вторжение в бактериальные клетки, фагоцитировать и переваривать их. В отличие от фагоцитоза, пиноцитоз («питье клетки») переносит жидкость, содержащую растворенные вещества, в клетку через мембранные везикулы.

Рисунок 3.1.8 — Три формы эндоцитоза: Эндоцитоз — это форма активного транспорта, при котором клетка окружает внеклеточные материалы, используя свою клеточную мембрану. (а) При фагоцитозе, который является относительно неселективным, клетка поглощает крупные частицы в более крупные пузырьки, известные как вакуоли. (б) При пиноцитозе клетка поглощает мелкие частицы жидкости. (c) Напротив, рецептор-опосредованный эндоцитоз довольно селективен. Когда внешние рецепторы связывают определенный лиганд, клетка отвечает эндоцитозом лиганда.

Фагоцитоз и пиноцитоз захватывают большие части внеклеточного материала, и они, как правило, не обладают высокой селективностью в отношении веществ, которые они вносят. Клетки регулируют эндоцитоз определенных веществ через рецептор-опосредованный эндоцитоз. Эндоцитоз, опосредованный рецепторами — это эндоцитоз части клеточной мембраны, которая содержит множество рецепторов, специфичных для определенного вещества. Как только поверхностные рецепторы свяжут достаточное количество специфического вещества (лиганда рецептора), клетка будет эндоцитозировать часть клеточной мембраны, содержащую комплексы рецептор-лиганд.Таким образом, эритроциты эндоцитируют железо, необходимый компонент гемоглобина. Железо связано с белком, который называется трансферрином в крови. Специфические рецепторы трансферрина на поверхности эритроцитов связывают молекулы железо-трансферрин, и клетка эндоцитирует комплексы рецептор-лиганд.

В отличие от эндоцитоза, экзоцитоз (извлечение «из клетки») представляет собой процесс экспорта материала клеткой с использованием везикулярного транспорта (рис. 3.1.9). Многие клетки производят вещества, которые необходимо секретировать, как фабрика, производящая продукт на экспорт.Эти вещества обычно упакованы в мембраносвязанные везикулы внутри клетки. Когда мембрана везикулы сливается с клеточной мембраной, везикула выделяет свое содержимое в интерстициальную жидкость. Затем везикулярная мембрана становится частью клеточной мембраны.

Конкретные примеры экзоцитоза включают клетки желудка и поджелудочной железы, производящие и секретирующие пищеварительные ферменты посредством экзоцитоза (рис. 3.1.10), а также эндокринные клетки, производящие и секретирующие гормоны, которые распространяются по всему телу.

Добавление новой мембраны к плазматической мембране обычно сопровождается эндоцитозом, так что клетка не увеличивается постоянно. Благодаря этим процессам клеточная мембрана постоянно обновляется и изменяется по мере необходимости.

Рисунок 3.1.9 — Экзоцитоз: Экзоцитоз очень похож на эндоцитоз в обратном направлении. Материал, предназначенный для экспорта, упаковывается в пузырьки внутри клетки. Мембрана везикулы сливается с клеточной мембраной, и содержимое выходит во внеклеточное пространство. Рисунок 3.1.10 — Ферментные продукты клеток поджелудочной железы: Ацинарные клетки поджелудочной железы производят и секретируют множество ферментов, которые переваривают пищу. Крошечные черные гранулы на этой электронной микрофотографии представляют собой секреторные везикулы, заполненные ферментами, которые будут выводиться из клеток посредством экзоцитоза. LM × 2900. (Микрофотография предоставлена ​​Медицинской школой Риджентс Мичиганского университета © 2012)

Заболевания клеток: муковисцидоз

Муковисцидоз (МВ) поражает примерно 30 000 человек в Соединенных Штатах, при этом ежегодно регистрируется около 1000 новых случаев.Это генетическое заболевание наиболее известно своим поражением легких, вызывающим затрудненное дыхание и хронические легочные инфекции, но оно также поражает печень, поджелудочную железу и кишечник. Всего около 50 лет назад прогноз для детей, рожденных с МВ, был очень мрачным — ожидаемая продолжительность жизни редко превышала 10 лет. Сегодня, с развитием медицины, многие пациенты с МВ доживают до 30 лет.

Симптомы МВ являются результатом неисправности мембранного ионного канала, называемого регулятором трансмембранной проводимости при муковисцидозе, или CFTR.У здоровых людей белок CFTR является интегральным мембранным белком, который переносит ионы Cl– из клетки. У человека с CF ген CFTR мутирован, таким образом, клетка вырабатывает дефектный белок канала, который обычно не включается в мембрану, а вместо этого разрушается клеткой.

CFTR требует ATP для функционирования, что делает его Cl– транспортной формой активного транспорта. Это долгое время озадачивало исследователей, потому что ионы Cl– на самом деле текут на вниз по градиенту их концентрации на , когда они переносятся из клеток.Активный транспорт обычно перекачивает ионы против их градиента концентрации, но CFTR представляет собой исключение из этого правила.

В нормальной ткани легких движение Cl– из клетки поддерживает богатую Cl – отрицательно заряженную среду непосредственно за пределами клетки. Это особенно важно в эпителиальной выстилке дыхательной системы. Клетки респираторного эпителия выделяют слизь, которая улавливает пыль, бактерии и другой мусор. Реснички (множественное число = реснички) — это один из волосовидных придатков, обнаруженных на определенных клетках.Реснички на эпителиальных клетках перемещают слизь и ее захваченные частицы по дыхательным путям от легких к внешней стороне. Для эффективного продвижения вверх слизь не может быть слишком вязкой, скорее, она должна иметь жидкую водянистую консистенцию. Транспорт Cl– и поддержание электроотрицательной среды вне клетки привлекает положительные ионы, такие как Na +, во внеклеточное пространство. Накопление ионов Cl– и Na + во внеклеточном пространстве создает богатую растворенными веществами слизь с низкой концентрацией молекул воды.В результате через осмос вода перемещается из клеток и внеклеточного матрикса в слизь, «разжижая» ее. В нормальной респираторной системе слизь остается достаточно разбавленной, чтобы ее можно было вытолкнуть из дыхательной системы.

Если канал CFTR отсутствует, ионы Cl– не выводятся из клетки в достаточном количестве, что мешает им вытягивать положительные ионы. Отсутствие ионов в секретируемой слизи приводит к отсутствию нормального градиента концентрации воды.Таким образом, отсутствует осмотическое давление, втягивающее воду в слизь. Образующаяся слизь густая и липкая, и мерцательный эпителий не может эффективно удалить ее из дыхательной системы. Проходы в легких блокируются слизью вместе с мусором, который она переносит. Бактериальные инфекции возникают легче, потому что бактериальные клетки не выводятся из легких эффективно.

Обзор главы

Клеточная мембрана обеспечивает барьер вокруг клетки, отделяя ее внутренние компоненты от внеклеточной среды.Он состоит из фосфолипидного бислоя с гидрофобными внутренними липидными «хвостами» и гидрофильными внешними фосфатными «головками». По всему бислою разбросаны различные мембранные белки, вставленные в него и прикрепленные к нему на периферии. Клеточная мембрана избирательно проницаема, позволяя лишь ограниченному количеству материалов диффундировать через ее липидный бислой. Все материалы, которые проходят через мембрану, делают это с использованием пассивных (не требующих энергии) или активных (энергозатратных) процессов переноса.Во время пассивного транспорта материалы перемещаются за счет простой диффузии или облегченной диффузии через мембрану вниз по градиенту их концентрации. Вода проходит через мембрану в процессе диффузии, называемом осмосом. Во время активного переноса энергия расходуется на содействие движению материала через мембрану в направлении против градиента их концентрации. Активный транспорт может происходить с помощью протеиновых насосов или везикул.

Вопросы по интерактивной ссылке

Посетите эту ссылку, чтобы увидеть диффузию и то, как она приводится в движение кинетической энергией молекул в растворе.Как температура влияет на скорость диффузии и почему?

Более высокие температуры ускоряют диффузию, потому что молекулы обладают большей кинетической энергией при более высоких температурах.

Контрольные вопросы

Вопросы о критическом мышлении

Какие материалы могут легко диффундировать через липидный бислой и почему?

Только материалы, которые относительно малы и неполярны, могут легко диффундировать через липидный бислой.Крупные частицы не могут поместиться между отдельными фосфолипидами, которые упакованы вместе, а полярные молекулы отталкиваются гидрофобными / неполярными липидами, выстилающими внутреннюю часть бислоя.

Почему рецептор-опосредованный эндоцитоз считается более избирательным, чем фагоцитоз или пиноцитоз?

Эндоцитоз, опосредованный рецепторами

, является более избирательным, поскольку вещества, которые попадают в клетку, являются специфическими лигандами, которые могут связываться с рецепторами, подвергающимися эндоцитозу.С другой стороны, фагоцитоз или пиноцитоз не обладают такой рецепторно-лигандной специфичностью и приносят любые материалы, которые оказываются близко к мембране, когда она покрывается оболочкой.

Что общего между осмосом, диффузией, фильтрацией и движением ионов от одного заряда? Чем они отличаются?

Эти четыре явления похожи в том смысле, что они описывают движение веществ по определенному типу градиента. Осмос и диффузия включают движение воды и других веществ вниз по градиенту их концентрации, соответственно.Фильтрация описывает движение частиц вниз по градиенту давления, а движение ионов от одноименного заряда описывает их движение вниз по их электрическому градиенту.

Мембранный транспорт | Анатомия и физиология I

Избирательная проницаемость

Плазматическая мембрана — граница клетки; он определяет, что входит и выходит из клетки, и как это взаимодействует с окружающей средой. Клетки окружены жидкостью, называемой внеклеточной или интерстициальной жидкостью.Эта жидкость содержит тысячи веществ, и клетка должна быть разборчивой в том, что она пропускает через клеточную мембрану. Клеточные мембраны пропускают только некоторые молекулы. Эта характеристика является причиной избирательной проницаемости клеточных мембран. Они не являются ни непроницаемыми (не пропускают ничего), ни свободно проницаемыми (пропускают все). Это качество позволяет клетке контролировать, что входит в нее и выходит из нее. В этом разделе курса мы дополнительно исследуем пути, которыми молекулы могут проходить через мембрану.

Пассивное и активное прохождение через клеточную мембрану

Есть две категории, используемые для описания прохождения веществ через клеточную мембрану. Они классифицируются как пассивные (ячейка не должна использовать АТФ), но требует какой-то движущей силы, и активные (ячейка должна использовать АТФ). Далее мы рассмотрим оба эти вопроса.

Как уже упоминалось, пассивные процессы не используют ATP, но им нужна какая-то движущая сила. Обычно это кинетическая энергия в виде градиента концентрации.Молекулы будут иметь тенденцию переходить от высоких к низким концентрациям за счет беспорядочного движения молекул. Есть 3 основных типа пассивных процессов.

1. Диффузия и облегченная диффузия
2. Осмос и тоничность
3. Фильтрация

Распространение

Диффузия зависит от кинетической энергии и градиента концентрации. На кинетическую энергию влияют температура, размер молекул, крутизна градиента и среда, в которой находятся молекулы. Все, что увеличивает кинетическую энергию молекул, увеличивает скорость диффузии.

Диффузия — это перемещение молекул из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией. Существуют разные типы диффузии: простая, при которой молекула проходит непосредственно через бислой фосфолипидов, и облегченная, при которой в качестве каналов используются интегральные мембранные белки. Простая диффузия происходит, когда молекулы либо очень малы, либо растворимы в липидах и проходят через фосфолипидный бислой клеточной мембраны. Некоторыми примерами веществ, которые используют этот процесс, являются кислород (O ₂ ), диоксид углерода (CO ₂ ) и липиды.

Молекулы будут перемещаться из области с высокой концентрацией вниз по градиенту диффузии (или концентрации) к более низкой концентрации, пока не будет достигнуто равновесие. Как только концентрация становится одинаковой на обеих сторонах мембраны, молекулы продолжают движение, но при равновесии поддерживают одинаковые уровни.

Вы когда-нибудь испытывали приятный сюрприз, просыпаясь от запаха кофе или бекона? Это диффузия химических веществ (отдушек), перемещающихся от более высокой концентрации на вашей кухне к вам! В организме человека диффузия O ₂ и CO ₂ имеет решающее значение для газообмена.Уровень O ₂ в вашей артериальной крови выше, чем в клетках тканей, поэтому O ₂ будет диффундировать из крови в ваши клетки. CO2 имеет противоположный градиент концентрации. Уровни CO ₂ являются самыми высокими в ваших клетках (ваши митохондрии производят CO2 в качестве побочного продукта клеточного дыхания), а CO ₂ диффундирует из клетки в кровь. Эти молекулы достаточно малы, чтобы проходить через бислой фосфолипидов, и являются примерами простой диффузии. Помните, что все, что увеличивает кинетическую энергию, также увеличивает скорость диффузии.

Диффузия через мембрану

Молекулы можно разделить на четыре категории в зависимости от их способности пересекать плазматическую мембрану. Первая категория — это неполярные молекулы. Эти гидрофобные молекулы могут легко пересекать мембрану, поскольку они благоприятно взаимодействуют с неполярными липидами. Обратите внимание, что эти молекулы могут накапливаться в мембране, потому что они так хорошо взаимодействуют с липидами. Вторая категория — это небольшие полярные молекулы. Хотя они не взаимодействуют с липидами, их небольшой размер позволяет им проходить через небольшие временные отверстия в мембране.Третья категория — большие полярные молекулы. Им трудно пересекать мембрану из-за своего размера и плохого взаимодействия с липидами. Последняя категория — ионные соединения. Их заряд очень неблагоприятно взаимодействует с липидами, из-за чего им очень трудно пересечь мембрану.

Когда три разные молекулы движутся, они сталкиваются с липидным бислоем, изображенным горизонтальной мембраной в центре сцены на предыдущей анимации. Обратите внимание, что один тип молекулы свободно проходит через липидный бислой, в то время как второй тип молекулы только изредка проходит через мембрану, а липидный бислой полностью непроницаем для третьего типа молекул.Размер, полярность и заряд вещества будут определять, сможет ли вещество пересечь клеточную мембрану путем диффузии. Холестерин был примером липида и хорошо растворим в неполярной среде липидного бислоя. На анимации выше вы видели, как холестерин свободно переходит в гидрофобную среду мембраны. Холестерин свободно распределяется в мембране, а затем некоторая его фракция растворяется в водной среде цитоплазмы. С другой стороны, вода, хотя и полярная, мала и поэтому может свободно пересекать мембрану.Липидный бислой гораздо менее проницаем для иона из-за своего заряда и большего размера. Как правило, заряженные молекулы гораздо менее проницаемы для липидного бислоя.

Облегченная диффузия

Клетки должны иметь возможность перемещать большие полярные и заряженные молекулы через липидный бислой мембраны для осуществления жизненных процессов. Чтобы позволить этим молекулам, которые не растворимы в липидном бислое, пройти через гидрофобный барьер, необходимо обеспечить порты, каналы или отверстия через мембрану.Молекулы по-прежнему будут спонтанно двигаться вниз по градиенту концентрации от высокой до низкой. Некоторые из этих каналов могут оставаться открытыми все время, позволяя молекулам свободно перемещаться в соответствии с градиентом концентрации. Другие могут быть закрытыми каналами, которые открываются и закрываются в ответ на потребности ячейки. В большинстве случаев эти каналы очень избирательны и пропускают только определенные молекулы. Процесс перемещения непроницаемых молекул через мембрану (вниз по градиенту их концентрации) с использованием каналов или пор называется облегченной диффузией.Поскольку молекулы движутся вниз по градиенту концентрации, процесс управляется простой диффузией и не требует ввода дополнительной энергии от клетки.

Мембранный транспорт

Клетки постоянно сталкиваются с изменениями во внешней среде. Большинство клеток имеют похожую смесь растворенных веществ внутри них, но интерстициальная или внеклеточная жидкость может различаться. Что произойдет, если существует сильный градиент концентрации между внутренней частью клетки и внешней жидкостью? Как вы знаете, молекулы будут стремиться двигаться вниз по градиенту концентрации, пока не будет достигнуто равновесие.Вы можете подумать, что растворенные вещества будут поступать в нашу клетку до тех пор, пока концентрации растворенных веществ на мембране не станут равными. Однако не все молекулы могут проходить через клеточную мембрану. Плазматическая мембрана (липидный бислой) значительно менее проницаема для большинства растворенных веществ, чем для воды. Следовательно, ВОДА имеет тенденцию течь таким образом, чтобы обеспечивать равную концентрацию растворенных веществ по обе стороны от мембраны. Вода течет вниз по собственному градиенту концентрации с чистым движением к области с более высокой концентрацией растворенных веществ.Это движение воды через полупроницаемую мембрану в ответ на дисбаланс растворенного вещества называется осмосом.

Отношение между концентрацией растворенного вещества и количеством воды является обратной зависимостью. Чем более концентрированный раствор, тем меньше в нем воды. Чем меньше растворенных веществ, тем больше воды, т. Е. Она более разбавлена. Вода следует градиентам и перемещается из области с большим количеством воды в область с меньшим количеством воды, но в действительности вода перемещается в область с большим количеством растворенных веществ.Это создает давление, называемое осмотическим давлением. Клетки не могут активно перемещать воду, она должна следовать осмотическим градиентам. Растворы с более высокой концентрацией растворенных веществ вытягивают воду за счет осмотического давления. Это зависит от общего количества растворенных веществ, а не от типа. Обратите внимание, что часть воды может проходить через клеточную мембрану, но большая часть воды проходит через каналы белковой мембраны, называемые аквапоринами

.

Клетки могут оказаться в трех различных решениях. Термины изотонический, гипертонический и гипотонический относятся к концентрации растворенных веществ вне клетки по сравнению с концентрацией растворенных веществ внутри клетки.В изотоническом растворе растворенные вещества и вода одинаково концентрируются внутри и вне клетки. Обычно используются изотонические растворы 0,9% NaCl (физиологический раствор) и 5% декстроза. Клетку омывают раствором с концентрацией растворенного вещества, аналогичной ее собственной цитоплазме. Многие медицинские препараты (физиологические растворы для назальных спреев, глазные капли и препараты для внутривенного введения) разработаны так, чтобы быть изотоничными для наших клеток. Гипотонический раствор имеет низкую концентрацию растворенного вещества и высокую концентрацию воды по сравнению с цитоплазмой клетки.Дистиллированная (чистая) вода — это идеальный гипотонический раствор. Если клетку поместить в гипотонический раствор, она будет набирать воду. Растворенные вещества будут «оставаться на месте» внутри клетки, но молекулы воды будут диффундировать так, что их чистый поток будет направлен в область с более высокой концентрацией растворенных веществ. Гипертонический раствор имеет высокую концентрацию растворенного вещества (более низкую концентрацию воды) по сравнению с цитоплазмой клетки. Очень соленые или сладкие растворы (рассолы или сиропы) обладают гипертонусом для живых клеток. Если ячейку поместить в такой раствор, вода имеет тенденцию самопроизвольно вытекать из ячейки.

Фильтрация

Фильтрация — это еще один пассивный процесс перемещения материала через клеточную мембрану. В то время как диффузия и осмос зависят от градиентов концентрации, фильтрация использует градиент давления. Молекулы переместятся из области с более высоким давлением в область с более низким давлением. Фильтрация неспецифична. Это означает, что он не сортирует молекулы, они проходят из-за градиентов давления и их размера. Если молекулы достаточно малы, чтобы проходить через мембрану, они пройдут. Сила, толкающая молекулы, называется гидростатическим давлением.

Одним из примеров фильтрации является приготовление кофе. Представьте себе кофейный фильтр как клеточную мембрану, а кофейную гущу, ароматизатор и кофеин — как молекулы. Давление создается водой из машины. Он проталкивает материалы через кофейный фильтр в кофейник. Маленькие молекулы, такие как кофеин, вода и ароматизатор, проходят через фильтр, а кофейная гуща — нет. Они слишком большие. Если проткнуть фильтр дырками, кофейная гуща попадет в кофе! Кофейный фильтр представляет собой фильтрующую мембрану, которая обычно представляет собой слой клеток.

Фильтрация — один из основных методов капиллярного обмена. Артериальное давление обеспечивает движущую силу или гидростатическое давление для вытеснения материалов из капилляров в клетки или для образования фильтрата (жидкости в нефроне почек). Гидростатическому давлению противодействует осмотическое давление. Помните, что осмотическое давление создается из-за повышенной концентрации растворенных веществ и притягивает воду к области с более высокими растворенными веществами. Эти два давления должны быть уравновешены для гомеостаза объемов жидкости.В нашем организме большие молекулы, такие как белки плазмы и красные кровяные тельца, не должны выходить из крови через клеточные мембраны, выстилающие капилляры. Если они проходят и попадают в ткани или почки, а затем в мочу, это ненормально и является признаком болезни.

Активный транспорт

Вы только что закончили исследовать пассивные методы транспортировки, теперь давайте посмотрим на активные методы. В активных методах клетка должна расходовать энергию (АТФ), чтобы выполнять работу по перемещению молекул.Активный транспорт часто происходит, когда молекула движется против градиента ее концентрации или когда очень большие молекулы перемещаются внутрь нас из клетки. Есть 3 основных типа активных процессов.

1. Первичный активный транспортный насос или насосы для растворенного вещества
2. Эндоцитоз и экзоцитоз

Первичный активный транспортный насос или насосы для растворенного вещества

Одна из форм активного переноса включает перемещение ионов из области с низкой концентрацией в область с более высокой концентрацией.Если вам нужно катить камень, гораздо проще катить его под гору, чем в гору, верно? Активный транспорт перемещает скалу в гору, и для этого требуется энергия. Лучшим примером этого является обменный насос натрия (Na ⁺ ) / калия (K ⁺ ). Внутри клетки концентрация Na ⁺ ниже по сравнению с внеклеточной жидкостью. Внутри клетки (внутриклеточная жидкость или ICF) содержится больше K ⁺ , чем во внеклеточной жидкости (ECF). Это создает дисбаланс этих ионов.Na ⁺ имеет градиент концентрации для проникновения в клетку, поскольку в ECF больше Na ⁺ . K ⁺ имеет градиент концентрации для выхода из клетки. Клеточная мембрана не является непроницаемой для этих ионов, и некоторые из них улетучиваются вслед за градиентами их концентрации или диффузии. Позже вы узнаете, почему важно поддерживать эти концентрации ионов. Насос Na ⁺ / K ⁺ — это активный транспортный насос, который перемещает Na ⁺ «вверх по холму» обратно из ячейки против его градиента концентрации и в то же время перемещает K ⁺ обратно в ячейку против него. градиент концентрации.Этому насосу для работы необходимы АТФ, переносчик мембранного белка и ферменты.

Другой вид активного транспорта называется вторичным активным транспортом. В то время как первичный активный транспорт напрямую использует АТФ, вторичный активный транспорт полагается на энергию от электрохимических градиентов, чтобы перемещать молекулы против их градиентов. Первичный активный транспорт устанавливает это, потому что он активно выкачивает ионы, такие как Na ⁺ , из клетки, тем самым создавая электрохимический градиент для Na ⁺ через клеточную мембрану.Белковые переносчики в клеточной мембране используют энергию электрохимических градиентов для транспортировки молекул. Если молекулы движутся в одном направлении, это называется котранспортом или симпортом. Если они перемещаются в противоположных направлениях, это называется контртранспортом или антипортом. Одним из распространенных явлений в организме человека является транспортный белок Na ⁺ / глюкоза, известный как SGLT1, который совместно транспортирует 1 глюкозу и 2 иона натрия в клетку. Электрохимический градиент Na ⁺ в клетке позволяет глюкозе перемещаться вместе с ней.Когда глюкоза перемещается в клетку, она использует энергию «хвостов оболочки ионов натрия».

Эндоцитоз и экзоцитоз

Облегченная диффузия и активный транспорт — не единственные пути, которыми материалы могут проникать в клетки или покидать их. Посредством процессов эндоцитоза и экзоцитоза материалы могут захватываться или выбрасываться в большом количестве, не проходя через плазматическую мембрану клетки.

При эндоцитозе материал захватывается складками плазматической мембраны и затем попадает в клетку внутри цитоплазматической везикулы.Чтобы начать эндоцитоз, частица встречает поверхность клетки и производит ямку или ямку на мембране. Ямка углубляется, инвагинируется дальше и, наконец, отщипывается, образуя пузырек в цитоплазме клетки. Обратите внимание, что во время процесса внутренняя поверхность новообразованной везикулы совпадает с внешней поверхностью клетки. Таким образом сохраняется целостность цитоплазмы и ориентация плазматической мембраны. После интернализации эта новая везикула, содержащая внеклеточные материалы, может сливаться с лизосомой, так что ее твердое содержимое переваривается.Полученные молекулы могут высвобождаться в цитоплазму для использования внутри клетки.

Есть две основные формы эндоцитоза: фагоцитоз и пиноцитоз. Фагоцитоз — это поглощение крупных твердых частиц, таких как бактерии или клеточный мусор. Пиноцитоз — это поглощение жидкости и любых растворенных в ней небольших молекул. Клетки также способны распознавать определенные частицы и более целенаправленно поглощать их — процесс, называемый рецептор-опосредованным эндоцитозом.В этом случае частица сначала связывается с рецептором мембранного белка на поверхности клетки. Связывание частицы-мишени побуждает клетку поглотить ее.

Экзоцитоз — это полная противоположность эндоцитозу. При экзоцитозе внутренний пузырек сливается с плазматической мембраной и высвобождает ее содержимое наружу. Баланс экзоцитоза и эндоцитоза сохраняет размер плазматической мембраны и поддерживает постоянный размер клетки.

Насколько важны эндоцитоз и экзоцитоз в повседневной жизни? Иммунные клетки защищают животных, распознавая и уничтожая посторонние предметы, такие как бактерии.Бактерии, вызывающие заболевания, распознаются белками, называемыми рецепторами на поверхности иммунной клетки. Затем фагоцитарная иммунная клетка поглощает бактериальные клетки (фагоцитоз). Везикула, содержащая эти бактериальные клетки, называется фагосомой («фаго» означает «поедание», а «-какое-то» означает «тело»). Затем фагосома сливается с лизосомами. Наконец, переваренные бактериальные продукты выводятся из организма в процессе экзоцитоза.

Фагоцитоз бактерии

мембран

мембран Мембраны

Напомним, что фосфолипиды имеют гидрофобный конец и гидрофильный конец и что при помещении в воду они будут ориентироваться соответственно (5.11 стр.79). Это основа плазматической мембраны клетка. Клеточная мембрана состоит из бислоя фосфолипидов с внедренными белки. Обратимся к современной концептуальной модели клеточной мембраны. как модель «жидкой мозаики», поскольку фосфолипиды способны перемещаться на поверхности мембраны (жидкости) и белков много и разнообразный (мозаичный) (5.12).

Присоединяется к некоторым белкам и некоторым фосфолипидам олигосахариды (короткие полисахариды). Когда в белке есть олигосахарид прикрепленный он называется гликопротеином.Гликолипиды — это фосфолипиды с добавлены сахарные цепочки. Эти олигосахариды находятся снаружи мембраны и используются в клетке для распознавания клетки. Они различаются между видов, среди особей и внутри особей.

Мембранные белки могут иметь ряд функций, например: как транспортные белки, ферменты (подробнее об этом чуть позже), рецепторные участки, адгезия клеток, прикрепление к цитоскелету. (5.13)

Самое главное в мембранах то, что они регулировать то, что входит и выходит из клетки.Мембрана избирательно проницаема. потому что вещества не пересекают его без разбора.

Некоторые молекулы, например углеводороды и кислород, могут пересекаться мембрана. Многие большие молекулы (например, глюкоза и другие сахара) не могут. Вода может проходить между липидами. Ионы, такие как H + или Na +, не могут.

Транспортные белки делают возможным прохождение молекул и ионы, которые не могут проходить через простой фосфолипидный бислой. Некоторые транспортные белки имеют через себя гидрофильный туннель, который позволяет полярная молекула или ионы, чтобы пройти.Другие на самом деле связываются с молекулами и переместите их через мембрану. В любом случае транспортные белки очень конкретный.

Пассивный транспорт

Диффузия и осмос

Диффузия — это тенденция молекул любого вещества разложить по доступному пространству. Хотя каждая молекула движется случайным образом разброс часто бывает направленным, так как молекулы движутся из области от высокой концентрации до более низкой концентрации. Это называется перемещением вдоль (или вниз) градиента концентрации.Это не требует затрат энергии и когда это происходит через клеточную мембрану, это называется пассивным транспортом. Многие вещества перемещаются через клеточные мембраны до тех пор, пока не достигнет одинаковой концентрации. по обе стороны. (5.14)

Осмос — это особый случай диффузии. (5.15) Во-первых, представьте себе полупроницаемую мембрану, которая будет пропускать воду через но сохраняется в растворенных молекулах (называемых растворенными веществами). Во-вторых, представьте, что в воде с одной стороны эта мембрана, чем на другой.Растворенные вещества не могут перемещаться с одной стороны на другую. другой из-за мембраны. Но вода может.

Помните, что молекулы, как правило, уходят из областей с высоким концентрации в областях с низкой концентрацией самостоятельно. Обратите внимание на воду по обе стороны от мембраны. Одна сторона мембраны содержит много растворенных веществ и меньше воды по сравнению с другими сторона, которая имеет несколько растворенных веществ и больше воды. Вода будет спускаться по ее градиент концентрации. Он будет двигаться со стороны мембраны вместе с с низким содержанием растворенных веществ (относительно более высокая концентрация воды) в области с высоким растворенные вещества (относительно более низкая концентрация воды).Это известно как осмос.

Немного терминологии:

— Раствор с высокой концентрацией растворенных веществ считается ГИПЕРТОНИЧЕСКИМ по сравнению с раствором с низкой концентрацией растворенных веществ. (в классе я использовал аналогичный термин гиперосмотический. То же самое.)

— раствор ГИПОТОНИКА имеет относительно низкую концентрацию. растворенных веществ.

— Растворы равных концентраций называются ИЗОТОННЫМИ. Эти термины относительны.

Пару мелочей. 1) Хотя это легко представить что области с высокой концентрацией растворенных веществ — это области с низкой концентрацией воды, растворенные вещества не так сильно влияют на концентрацию воды.Однако они влияют на количество «свободной» воды, которая не собирается плотно вокруг растворенные вещества. На рис. 5.15b, я думаю, это очень хорошо показано. 2) Это не так независимо от того, какие типы растворенных веществ находятся по обе стороны от мембраны. Мы обеспокоены с концентрацией воды, в конце концов. Это то, что движется.

Осморегуляция

Осморегуляция — это контроль водного баланса (5.16). Клетке в изосмотической среде не о чем беспокоиться, вода входит и вода уходит с той же скоростью.Но предположим, что ячейка находится в гиперосмотический раствор. Вода выйдет из клетки, оставив сморщенный вверх по ячейке. Это плохо для клетки. В клетках растений плазматическая мембрана фактически отодвигается от стенки (так называемый плазмолиз) и клетки умирает. Если ячейку поместить в гипоосмотический раствор, вода хочет получить внутри. Это тоже нехорошо, по крайней мере, для клеток животных. Растительные клетки имеют стенки ячеек, сдерживающие давление поступающей воды. Они используют это давление, чтобы клетки оставались набухшими, что помогает обеспечить механическую поддержку завода.

Облегченная диффузия.

Облегченная диффузия — это процесс, при котором растворенные вещества диффундируют через мембраны, через которые они обычно не проходят самостоятельно. Они проходят через транспортные белки. (5.17) белки являются «субстрат-специфичными», что означает, что они настроены на транспортировку только определенных молекул или ионов и блокируют остальные. Как и в случае «обычной» диффузии, растворенные вещества движутся по градиенту концентрации.

Диффузия, осмос и облегченная диффузия являются пассивными означает переносить вещи через мембрану.Есть энергозатратные средства также. Они подпадают под категорию активного транспорта.

Активный транспорт

Активный транспорт использует энергию клетки для перемещения веществ против их градиентов концентрации. Содержимое ячейки обычно различается из окрестностей. Активный транспорт — средство, с помощью которого это поддерживается. Транспортные белки делают эту работу. Примером может служить натриево-калиевый насос. используется при передаче нервных импульсов. Используя АТФ в качестве источника энергии, специальные транспортные белки перемещают Na + из клетки, а K + в клетку.(5.18 показывает гипотетический пример и роль фосфата из СПС)

Экзоцитоз и эндоцитоз

Действительно важные вещества (например, белки и полисахариды) не попадает в клетку и не выходит из нее, проходя через мембрану. Экзоцитоз это процесс, при котором большие молекулы покидают клетку. Пузыри изнутри сливаются с плазматической мембраной и опорожняют их содержимое. При эндоцитозе плазматическая мембрана образует везикулу вокруг частицы. Примеры экзоцитоза: Секреторные клетки поджелудочной железы экспортируют инсулин, нервные клетки выделяют химические вещества. сигналы через синапс, растения создают клеточные стенки.

Эндоцитоз можно разделить на три типа. Фагоцитоз, пиноцитоз и рецепторно-опосредованный эндоцитоз. Фагоцитоз — это поглощение процесс, о котором мы уже говорили. При пиноцитозе клетка «глотает» каплю. окружающей жидкости. (5.19 a и b) Эндоцитоз, опосредованный рецепторами (часть 3 из 5.19c) аналогична, за исключением внешней части ячейки, которая Втягивается имеет определенные рецепторы, которые связываются только с определенными веществами. Это позволяет клетке вводить только то вещество, которое она хочет, часто в гораздо более высокая концентрация, чем окружающая жидкость.(сравните это с пиноцитоз).

Диффузия и осмос — Биология LibreTexts

1. Описание диффузии и осмоса

Водный раствор, содержащий питательные вещества, отходы, газы, соли и другие вещества, окружает клетки. Это внешняя среда ячейки. Наружная поверхность плазматической мембраны клетки находится в контакте с этой внешней средой, а внутренняя поверхность находится в контакте с цитоплазмой. Таким образом, плазматическая мембрана контролирует то, что входит и выходит из клетки.

Мембрана пропускает некоторые материалы, но не все. Считается, что клеточная мембрана избирательно проницаема, . Например, небольшие молекулы могут проходить через мембрану. Если для прохождения веществ через мембрану не требуется энергия, процесс называется пассивным переносом . В этом руководстве мы обсудим два примера пассивного транспорта: диффузионный и осмос .

Распространение
Хотя вы можете не знать, что такое диффузия, вы испытали этот процесс.Можете ли вы вспомнить, как вы вошли в парадную дверь своего дома и почувствовали приятный аромат, исходящий из кухни? Это была диффузия молекул из кухни к входной двери дома, которая позволяла обнаруживать запахи.

Диффузия определяется как чистое перемещение молекул из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией .

Молекулы в газе, жидкости или твердом теле находятся в постоянном движении благодаря своей кинетической энергии .Молекулы находятся в постоянном движении и сталкиваются друг с другом. Эти столкновения заставляют молекулы двигаться в случайных направлениях. Однако со временем больше молекул будет перемещаться в менее концентрированную область. Таким образом, чистое движение молекул всегда происходит от более плотно упакованных областей к менее плотно упакованным областям. Многие вещи могут распространяться. Запахи распространяются по воздуху, соль распространяется через воду, а питательные вещества распространяются из крови в ткани тела.

Это распространение частиц за счет случайного движения из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией известно как диффузия.Это неравномерное распределение молекул называется градиентом концентрации . Когда молекулы становятся равномерно распределенными, существует динамическое равновесие . Равновесие называется динамическим, потому что молекулы продолжают двигаться, но, несмотря на это изменение, нет чистого изменения концентрации с течением времени. И живые, и неживые системы испытывают процесс диффузии. В живых системах диффузия отвечает за перемещение большого количества веществ, таких как газы и небольшие незаряженные молекулы, в клетки и из них.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \). (CC BY-NC-SA)

Осмос

Осмос — это особый тип диффузии; это прохождение воды из области с высокой концентрацией воды через полупроницаемую мембрану в область с низкой концентрацией воды.

Полупроницаемые мембраны представляют собой очень тонкие слои материала, которые позволяют некоторым вещам проходить сквозь них, но не позволяют другим вещам проходить сквозь них.Клеточные мембраны являются примером полупроницаемых мембран. Клеточные мембраны пропускают небольшие молекулы, такие как кислород, водный углекислый газ и глюкоза, но не позволяют более крупным молекулам, таким как сахароза, белки и крахмал, проникать непосредственно в клетку.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \). (CC BY-NC-SA)

Пример : Если бы существовала полупроницаемая мембрана с большим количеством молекул воды с одной стороны, чем с другой, молекулы воды перетекли бы со стороны с высокой концентрацией воды в сторону с более низкой концентрацией воды.Это будет продолжаться до тех пор, пока концентрация воды с обеих сторон мембраны не станет одинаковой (установится динамическое равновесие).

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \). (CC BY-NC-SA)

Осмотическое давление
Добавление сахаров в воду приведет к снижению концентрации воды, поскольку молекулы сахара вытесняют молекулы воды.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \). осмотическое давление (CC BY-NC-SA; LadyOfHats)

Если два контейнера соединены, но разделены полупроницаемой мембраной, молекулы воды будут течь из области с высокой концентрацией воды (раствор, не содержащий сахара) в область с более низкой концентрацией воды (раствор, содержащий сахар).

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \). осмотическое давление (CC BY-NC-SA; LadyOfHats)

Это движение воды будет продолжаться до тех пор, пока концентрация воды на обеих сторонах мембраны не станет равной, что приведет к изменению объема двух сторон. Сторона, содержащая сахар, будет иметь больший объем.

Рисунок \ (\ PageIndex {6} \). осмотическое давление (CC BY-NC-SA; LadyOfHats)

Водные растворы очень важны в биологии.Когда вода смешивается с другими молекулами, эта смесь называется раствором . Вода представляет собой растворитель , а растворенное вещество — растворенное вещество . Раствор характеризуется растворенным веществом. Например, вода и сахар можно охарактеризовать как раствор сахара.

Классический пример, используемый для демонстрации осмоса и осмотического давления, — это погружение эритроцитов в растворы сахара различной концентрации. Есть три возможных отношения, с которыми могут столкнуться клетки, помещенные в сахарный раствор.

1. Концентрация растворенного вещества в растворе может быть равной концентрации растворенного вещества в клетках. В этой ситуации ячейка находится в изотоническом растворе (iso = равно или такое же, как обычно). В этой среде эритроцит сохранит свою нормальную форму, поскольку количество воды, поступающей в клетку, равно количеству, покидающему клетку.

2. Концентрация растворенного вещества в растворе может быть на больше, чем на концентрация растворенного вещества в клетках.Эта ячейка описывается как находящаяся в гипертоническом растворе (гипер = больше нормы). В этой ситуации кажется, что красная кровь сжимается по мере того, как вода вытекает из клетки в окружающую среду.

3. Концентрация растворенного вещества в растворе может быть на меньше, чем на концентрация растворенного вещества в клетках. Эта клетка находится в гипотоническом растворе (гипо = меньше нормы). Красные кровяные тельца в этой среде станут заметно набухшими и потенциально разорвутся, когда вода попадет в клетку.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \). (CC BY-NC-SA)

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \). (CC BY-NC-SA)

Aquaporin — обзор | ScienceDirect Topics

2.2.4 Концепция направленных водных каналов

Концепция направленных водных каналов связана с открытием структуры белков аквапоринов, сосуществующих с фосфолипидным бислоем, которым удостоились лауреаты Нобелевской премии 2003 года. Размер песочных часов — фасонный канал в самом узком месте равен 0.30 нм [96–98], следовательно, молекулы воды (0,28 нм) могут избирательно проходить через эти белковые каналы, в то время как другие молекулы или ионы — нет. В качестве приложения белки аквапорины были включены в барьерный слой мембраны, которая показывала в 80–1000 раз более высокий поток воды, чем обычные мембраны [99]. Водные каналы также могут быть обнаружены в выровненных мембранах на основе углеродных нанотрубок, где внутренний диаметр нанотрубки 2 нм может быть использован для избавления от загрязняющих веществ из воды с вдвое более высоким потоком, чем у коммерчески доступных мембран [100].Другие материалы, содержащие нанопористую структуру, такие как жидкие кристаллы с определенной фазой [101], нанолисты оксида графена [102], цеолиты [103] и синтезированные трубчатые молекулы [104], также предоставляют различные варианты интеграции направленных водных каналов с барьерным слоем. мембраны.

К сожалению, все вышеупомянутые методы имеют большие проблемы для практического применения, учитывая технологичность, надежность и стоимость изготовления. Например, плотность направленных водных каналов из белка аквапорина, встроенного в барьерный слой мембраны, была очень ограничена, что значительно снижает водопроницаемость и долговечность мембраны.Кроме того, углеродные нанотрубки должны быть выращены in situ на подложке с последующим выравниванием и связыванием вместе для получения мембраны, что должно резко увеличить стоимость изготовления и риск возникновения дефектов. Кроме того, мембрана на основе цеолитов с извилистой пористой структурой повышает гидравлическое сопротивление; в результате тариф на водный транспорт будет увеличен ограниченно. В частности, когда оксид графена использовался для приготовления барьерного слоя мембраны для процесса обработки воды, требовалась дополнительная иммобилизация, и, следовательно, стоимость изготовления неизбежно возрастет.Более того, условия образования конкретной жидкокристаллической фазы являются критическими и их трудно масштабировать. Наконец, трубчатые молекулы с водными каналами, синтезированные в несколько этапов, экономически эффективны для практического производства. Следовательно, ожидается, что в барьерном слое RO ​​/ FO мембран будут легко и широко создаваться настраиваемые водные каналы, которые решают все вышеупомянутые проблемы [105,106].

Наша исследовательская группа расширила концепцию направленных водных каналов и продемонстрировала прорыв в области высокопроницаемых нановолоконных мембран.Были изготовлены мембраны TFNC с нанокомпозитным барьерным слоем, где барьерный слой был интегрирован с нановолоконными каркасами и сшитой полимерной матрицей. Как упоминалось ранее, электропряденые нановолокна могут быть встроены в полимерную матрицу и образовывать интегрированный верхний барьерный слой мембраны, где волокно окружено полимерными цепями [69,77,107]. Направленные водные каналы естественным образом образуются за счет разделения фаз между нановолоконным каркасом и полимерной матрицей, где промежуток между двумя фазами может использоваться в качестве каналов для разделения воды и других молекул загрязняющих веществ на основе механизма исключения размера [78,106].Структура мембраны TFNC на основе трехслойной структуры с верхним нанокомпозитным слоем, состоящим из направленных водных каналов, показана на рис. 8.

Рис. 8. Типичная структура мембраны TFNC, где направленные водные каналы образованы электропрядеными нановолокнами и полимером. матрица в барьерном слое.

Перепечатано из Ref. [78], Copyright (2014), с разрешения Elsevier и перепечатано с разрешения (ACS Macro Lett., 2012, 1, 723–726.). Авторское право (2012) Американское химическое общество.

Круговая диаграмма на рис. 8 схематически иллюстрирует образование направленных водных каналов в барьерном слое мембраны TFNC с типичной трехуровневой структурой. На диаграмме (часть с увеличением) нановолокна целлюлозы (желтые) работают как одна непрерывная фаза, образуя трехмерный каркас, а полимерная матрица (розовая), окружающая каркас, работает как другая непрерывная фаза. Между двумя фазами соединены полые цилиндрические зазоры, которые рассматриваются как направленные водные каналы (синий цвет).Следует отметить, что вода также может переноситься через молекулярные полости в полимерной матрице, как показано на рис. 8, однако направленные водные каналы являются предпочтительными вариантами из-за низкого гидравлического сопротивления. Преимущества направленных водных каналов перед молекулярными полостями полимерной матрицы очевидны: (1) направленные водные каналы теоретически могут быть образованы между любыми бинепрерывными фазами путем разделения фаз в барьерном слое, не ограничиваясь нановолокнами и полимерной матрицей; (2) размер направленных водных каналов можно гибко регулировать, регулируя разделение фаз между двумя фазами, поэтому можно получить разные типы мембран для множества применений; (3) свойства поверхности направленных водных каналов также можно изменить, просто украсив поверхность зазора, например, гидрофобными или гидрофильными, заряженными или нейтральными частицами; и (4) плотность направленных водных каналов можно регулировать путем включения нановолоконных каркасов в полимерную матрицу, которые не только могут обеспечивать направленные пути для транспортировки воды, но также улучшают механические свойства мембраны и сохраняют высокую пористость, поэтому необходимо резко увеличить проницаемость.

Образование направленных водных каналов в барьерном слое мембраны не ограничивается электропряденными нановолокнами, любые другие наноразмерные материалы, такие как углеродные нанотрубки [105,107] или нановолокна целлюлозы [106,108–110], также могут быть использованы для создания направленных водные каналы. Эта новая конструкция мембраны особенно подходит для приложений NF, RO и FO. Все мембраны, содержащие направленные водные каналы, могут иметь в 2–5 раз больший поток проницаемости, чем соответствующая мембрана без водных каналов [39].

Диффузия и осмос | Протокол

Клеточные мембраны и диффузия

Для того, чтобы функционировать, клетки должны перемещать материалы в свою цитоплазму и из нее через клеточные мембраны. Эти мембраны являются полупроницаемыми, что означает, что одни молекулы могут проходить сквозь них, но не другие. Это движение молекул опосредуется фосфолипидным бислоем и встроенными в него белками, некоторые из которых действуют как транспортные каналы для молекул, которые в противном случае не могли бы проходить через мембрану, таких как ионы и углеводы.

Размер ячейки и отношение площади поверхности к объему

Одна из причин, по которой клетки настолько малы, — это необходимость транспортировать молекулы внутрь клетки и из нее. На клетки накладывается геометрическое ограничение из-за взаимосвязи между площадью поверхности и объемом, которое ограничивает способность вносить достаточное количество питательных веществ для поддержания большего размера клеток. Соотношение между площадью поверхности и объемом (SA: V) уменьшается по мере увеличения размера ячейки из-за различных коэффициентов масштабирования площади поверхности и объема.Это означает, что по мере роста клетки уменьшается площадь мембраны, способная доставлять питательные вещества в больший объем клетки.

Некоторые ионы попадают в клетку за счет диффузии, которая представляет собой чистое перемещение частиц из области с высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией. Это известно как движение вниз по градиенту концентрации. Распространение чисто направленное; в то время как чистое движение частиц идет вниз по градиенту концентрации, они постоянно движутся в обоих направлениях из-за случайного движения частиц.Это означает, что частицы в растворах при равновесии все еще движутся, но с постоянной скоростью обмена, поэтому раствор остается равномерно перемешанным. В водной среде, такой как клетка, этот процесс включает растворенные ионы, известные как растворенные вещества, движущиеся через воду, растворитель. Это может происходить в открытой среде, например, при распространении красителя через химический стакан, или через клеточную мембрану, например, при перемещении ионов через белковый канал.

Осмос и движение воды

Вода перемещается через клеточные мембраны путем диффузии в процессе, известном как осмос.Осмос относится, в частности, к движению воды через полупроницаемую мембрану, при этом растворитель (например, вода) перемещается из области с низкой концентрацией растворенного вещества (растворенного материала) в область с высокой концентрацией растворенного вещества. В этом случае полупроницаемая мембрана не пропускает растворенное вещество. Это можно представить как движение воды вниз по собственному градиенту концентрации, и в нем участвует тот же случайный процесс, что и диффузия.

Растворы, разделенные полупроницаемыми мембранами, могут быть описаны как гипертонические, гипотонические или изотонические в зависимости от относительных концентраций растворенных веществ в каждом из них.Гипертонический раствор ( hyper- означает «сверху» по-гречески) имеет более высокую концентрацию растворенных веществ, чем соседний раствор, в то время как гипотонический раствор ( hypo- означает «ниже» по-гречески) имеет более низкую концентрацию растворенных веществ. . В этой ситуации вода будет переходить из гипотонического раствора в гипертонический до тех пор, пока концентрации растворенного вещества не станут равными. Изотонические растворы ( iso- , что по-гречески означает «равный») имеют равные концентрации растворенных веществ и, следовательно, не имеют градиента концентрации ¹ .

Осмос и растительная клетка

Способность воды проникать в клетки различается между растительными и животными клетками из-за наличия у растений клеточной стенки. Стенки клетки жесткие и проницаемы только для очень маленьких молекул. Когда вода попадает в клетку, мембрана прижимается к клеточной стенке, создавая гидростатическое или тургорное давление. Это давление ограничивает скорость и количество воды, которая может попасть в ячейку. Вероятность попадания воды в ячейку называется водным потенциалом, количественно определяемым как потенциал давления плюс потенциал растворенного вещества.Потенциал давления зависит от давления внутри ячейки, а потенциал растворенного вещества зависит от концентрации растворенного вещества в ячейке.

Водный потенциал можно наблюдать в действии в живой растительной клетке, такой как Elodea , водное растение. Под микроскопом можно наблюдать явление, называемое потоком цитоплазмы, или циклозом, при котором цитоплазма и органеллы, такие как хлоропласты, перемещаются по клетке. Этот процесс заметно меняется, когда клетки погружаются в разные растворы.Интересно, что это движение позволяет хлоропластам более эффективно функционировать в фотосинтезе; они входят и выходят из тени, собирая фотоны, когда они снова входят в освещенные области ячеек ³ .

Процесс осмоса необходим для механизма, посредством которого растения получают воду от корней до листьев даже на высоте нескольких десятков футов над уровнем земли. Короче говоря, растения транспортируют сахар и другие растворенные вещества к своим корням, чтобы создать градиент между внутренней и внешней частью корня; вода из почвы затем попадает в корень путем осмоса.С этого момента процесс, называемый транспирацией, приводит к тому, что вода поднимается вверх по трубкам внутри растения, называемым ксилемой, и испаряет листья. В идеале, как только этот водяной столб установлен, он остается неповрежденным на протяжении всей жизни растения. ⁴

Это естественное явление было использовано для разработки ценных технологий. Один из примеров — очистка воды. Недавно НАСА начало изучение использования процесса прямого осмоса для очистки и повторного использования сточных вод на борту Международной космической станции, а также для приложений, связанных с Землей. ² В этом процессе используются полупроницаемые мембраны для удаления примесей из воды, что делает ее безопасной для питья. Эта технология была недавно применена для оказания помощи при сильном наводнении в Западной Кении ⁵ .

Список литературы

1. Сульт, Эллисон. LibreTexts, Химия. 8.4 Осмос и диффузия. [Online] 19 октября 2017 г. https://chem.libretexts.org/LibreTexts/University_of_Kentucky/UK%3A_CHE_103_-_Chemistry_for_Allied_Health_(Soult)/Chapters/Chapter_8%3A_Properties_8_Solutions/4% 3A_Osmosis_and_Diffusion.
2. Левин, Ховард. Сумка для прямого осмоса НАСА. Космический центр Кеннеди НАСА, мыс Канаверал, Флорида, США. [Online] 11 июля 2018 г. https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/846.html.
3. Додонова С.О., Булычев А.А. (2011). «Влияние потока цитоплазмы на фотосинтетическую активность хлоропластов в междоузлиях Chara Corallina ». Российский журнал физиологии растений . 59 : 35–41.DOI: 10,1134 / S1021443711050050.
4. Осмос и питание растений.