Podróż w mikro świecie - transport przez błony biologiczne
Ciuch, ciuch! Nasz pociąg właśnie odjeżdża, a my razem z nim! Dziś udamy się w podróż do wnętrza komórki, by odkryć sekrety transportu błonowego i poznać kolejne cenne pojęcia. Zapraszam! 
Dlaczego tak się dzieje?
By zrozumieć cały mechanizm transportu, najpierw musimy poznać pewne kluczowe pojęcia. Są one związane ze środowiskiem, w którym zachodzi wymiana substancji przez błonę, a dokładniej z ich stężeniem.
1. HIPERTONIA, IZOTONIA I HIPOTONIA
Środowisko:
a) hipertoniczne - to środowisko, w którym występuje większe stężenie danego gradientu niż po drugiej stronie błony
b) izotoniczne - to środowisko, w którym stężenie gradientu jest takie samo albo bardzo zbliżone do stężenia gradientu występującego po drugiej stronie błony
c) hipotoniczne - środowisko, w którym stężenie gradientu jest mniejsze niż po drugiej stronie błony
Kluczowa zasada!!!
Przy transporcie biernym (o którym zaraz opowiem więcej) przepływ substancji przez błonę zachodzi zgodnie z różnicą stężeń - to pojęcie oznacza, że substancje przepływają Ze środowiska hipertonicznego DO środowiska hipotonicznego (tę zasadę warto zapamiętać!)
2. TRANSPORT BIERNY I CZYNNY
Oba sposoby na transportowanie substancji do i z komórki, różnią się pod pewnymi względami, a także umożliwiają przepływ przez błonę związkom/pierwiastkom różniącym się m.in. ładunkiem czy "rozmiarem".
a) transport bierny - zachodzi zgodnie z różnicą stężeń (ze środowiska hipertonicznego do środowiska hipotonicznego) I nie wymaga nakładu energii
b) transport aktywny - zachodzi WBREW różnicy stężeń i wymaga nakładu energii
Co zaliczamy do transportu biernego, a co do transportu aktywnego?
1. TRANSPORT BIERNY
a) dyfuzja prosta
Niewielkie cząsteczki przenikają BEZPOŚREDNIO przez błonę, poruszając się zgodnie z różnicą stężeń.
Zazwyczaj mówimy tu o gazach czy związkach bez ładunku.
Tak porusza się, np: H20, CO2 czy O2.
b) dyfuzja ułatwiona (wspomagana)
Dalej transport substancji zachodzi zgodnie z różnicą stężeń, tyle, że związki przenoszone nie są w stanie bezpośrednio przenikać przez błonę. Dlatego używają białek transbłonowych (przechodzących "na wylot" błony), których zadaniem jest transport substancji. (O tym, jakie białka wspomają przenoszenie takich substancji, opowiem potem).
Na drodze dyfuzji ułatwionej transportowane są substancje z ładunkiem (np.jony) czy też cząsteczki o nieco większych rozmiarach (np. cząsteczki związków organicznych).
2.TRANSPORT AKTYWNY
Tutaj nie wyróżniamy szczegółowo sposobów transportu substancji, który zachodzi aktywnie.
Przy dostarczaniu związków używa się specjalnych kompleksów białkowych (najczęściej są to różnego rodzaju pompy), które aktywnie pompują/wyrzucają substancje do/po drugiej stronie błony. Cały proces zachodzi wbrew gradientowi stężeń i wymaga nakładu energii (najczęściej w postaci ATP).
BIAŁKA TRANSPORTUJĄCE
Tak jak wspominałam wcześniej, są to białka transbłonowe, które mają za zadanie wspomóc transport substancji.
W przypadku transportu biernego (dokładnie dyfuzji ułatwionej) mogą to być: białka kanałowe lub białka nośnikowe.
Natomiast w transporcie aktywnym mamy do czynienia z: białkami nośnikowymi lub pompami.
Główne różnice występujące pomiędzy białkami kanałowymi i białkami nośnikowymi przedstawiłam poniżej:
SPRZĘŻENIE ZWROTNE
Niektóre białka nośnikowe czy pompy działają na zasadzie sprzężenia zwrotnego. Można powiedzieć, że przenoszenie przez nie substancji zależy od równoczesnego przenoszenia cząsteczek innej substancji. Może to zachodzić w 2 kierunkach:
a) Symport-mamy z nim do czynienia, kiedy 2 substancje są transportowane, w tym samym kierunku
b) Antyport- mamy z nim do czynienia, kiedy 2 substancje są transportowane w przeciwnych kierunkach
Istnieją szczególne sposoby transportu substancji przez błonę, które jednocześnie mogą być sposobem odżywiania się niektórych organizmów, np. protistów.
Ten temat poruszę jednak w późniejszym czasie. Narazie chciałabym zatrzymać się tutaj i wyjaśnić jeszcze 1 pojęcie, gdyż moje doświadczenie w główniej mierze będzie poświęcone temu zjawisku (tyle, że po lekkich modyfikacjach).
ZJAWISKO OSMOZY - A KOMÓRKI
Czym jest?
Osmoza- zjawisko to, ma na celu wyrównanie stężeń po obu stronach błony, polega na przepływie wody przez
pół-przepuszczalną błonę z miejsca, gdzie jest jej więcej (środowisko hipotoniczne) do środowiska, gdzie jest jej mniej (środowisko hipertoniczne).
Zanim omówię, jak osmoza wpływa na różne komórki (zwierzęcą, roślinną i grzybową), to dodam jeszcze 1 ważną informację:
Nawet, gdy środowiska są względem siebie izotoniczne, to NADAL ten przepływ wody zachodzi, tyle, że:
- w przeciwnych kierunkach
- w tym samym czasie
- w takiej samej ilości
WPŁYW OSMOZY NA KOMÓRKI:
a) Komórka zwierzęca
Gdy umieścimy taką komórkę w środowisku izotonicznym, naturalnie nie zauważymy żadnych spektakularnych zmian.
Natomiast, gdy taka komórka znajdzie się w środowisku hipotonicznym to (zgodnie z naszą wiedzą na temat osmozy) woda napłynie do komórki, by wyrównać różnicę stężeń. Całkiem prawdopodobne jest, że komórka napęcznieje do takich rozmiarów, że pęknie.
W środowisku hipertonicznym byłoby nieco inaczej. Przede wszystkim zmieniłby się kierunek napływu wody ( z komórki do środowiska). Mogłoby dojść do jej skurczenia, a ostatecznie rozpadu.
b) Komórka roślinna
Komórka w środowisku izotonicznym nie wykaże żadnych zmian.
W przypadku dwóch pozostałych rodzajów środowisk, zachowa się już nieco inaczej niż komórka zwierzęca.
W roztworze hipotonicznym komórka napęcznieje do pewnych rozmiarów (aż osiągnie stan maksymalnej jędrności), ale nie pęknie!
Z kolei w roztworze hipertonicznym komórka odda osmotycznie wodę do otoczenia, co spowoduje odwodnienie cytozolu i zmniejszenie objętości wakuoli. Dlatego też protoplast skurczy się i będzie odstawał od sztywnej ściany komórkowej.
Proces ten nazywamy plazmolizą*.
* Gdybyśmy wrzucili splazmolizowaną komórkę do środowiska hipotonicznego to zaszłaby jej deplazmoliza, czyli powrót do pierwotnego stanu.
c) Komórka grzybowa
Będzie się zachowywała bardzo podobnie, jak komórka roślinna zarówno w roztworze izotonicznym, hipotonicznym jak i hipertonicznym. Natomiast nie wyróżniamy tutaj takich zjawisk jak plazmoliza czy deplazmoliza. Ponad to cały proces przyjmowania jak i oddawania wody do środowiska będzie zachodził bardziej opornie u grzybów niż u roślin.
Dlaczego tak się dzieje?Co powoduje, że reakcja np.komórki roślinnej na zmianę stężenia różni się diametralnie od reakcji komórki zwierzęcej? Otóż komórka roślinna w przeciwieństwie do komórki zwierzęcej posiada sztywną, a zarazem elastyczną ścianę komórkową, która chroni komórkę przed pęknięciem lub zapobiega nadmiernemu oddawaniu wody do środowiska (uczestniczy w utrzymywaniu prawidłowego ciśnienia w komórce- turgoru).
Grzyby również mają ścianę komórkową, dlatego będą zachowywały się podobnie do komórek roślinnych. Ponad to grzyby są bardziej oporne na przyjmowanie i oddawanie wody.
W przypadku komórek bakteryjnych sprawa jest nieco bardziej skomplikowana, gdyż to w jaki sposób zachowa się bakteria jest zależne od wielu czynników. Oprócz tego żywe bakterie stosują różne mechanizmy, które pozwalają zapobiec oddawaniu lub przyjmowaniu wody w sytuacji zmiany stężenia środowiska.
Źródła:
Podręcznik do biologii zakres rozszerzony, Nowa Era
Strona internetowa: Khan Academy i Zintegrowana Platforma Edukacyjna
