Як відбувається транспортування речовин крізь плазматичну мембрану?

Обмін речовин, енергії та інформації на рівні клітин відбувається внаслідок:

1) надходження речовин й енергії у клітину; 

2) метаболізму; 

3) видалення із клітин. 

Які структури клітин забезпечують ці процеси?

Мембранне транспортування (лат. transporto – переміщую) забезпечує перенесення різноманітних речовин, енергії та інформації крізь клітинні мембрани. Малі молекули та йони проходять крізь мембрани шляхом пасивного або активного транспортування, а перенесення макромолекул здійснюється завдяки ендо- й екзоцитозу.

Функції тих чи інших клітин обов’язково позначаються на будові їхніх клітинних мембран. Так, гепатоцити на одному зі своїх полюсів мають мікроворсинки або внутрішньоклітинні вип’ячування мембран для збільшення поверхні й всмоктування шляхом дифузії речовин із крові.

Розчинні у воді сполуки транспортуються в клітини шляхом осмосу, а гідрофобні неполярні речовини – шляхом полегшеної дифузії за участі білків-переносників. Мембрана гепатоцитів має високу ферментну активність для активного транспортування йонів й молекул як усередину клітини, так і з клітини. Активне транспортування речовин крізь мембрану здійснюється проти градієнта їх концентрації із затратою енергії АТФ та за участі спеціальних мембранних білків, які називаються йонними насосами. Наприклад, натрій-калієвий насос забезпечує переміщення низькомолекулярних сполук (амінокислот, глюкози) крізь мембрану за рахунок різної концентрації йонів Na+ і K+ всередині клітини і ззовні. 

За участі АТФ відбуваються ендоцитоз та екзоцитоз. При ендоцитозі плазматична мембрана утворює вирости, які потім перетворюються на внутрішньоклітинні пухирці, що містять захоплений клітиною матеріал. 

Розрізняють два види ендоцитозу: фагоцитоз і піноцитоз. Шляхом ендоцитозу відбувається всмоктування ліпопротеїнових частинок із крові після прийому жирної їжі, а шляхом екзоцитозу – вивільнення в кров жирових краплин, жовчі. У здійсненні транспортування речовин велике значення мають міжклітинні контакти. Так, біля жовчних канальців, у які секретується жовч, мембрани гепатоцитів зв’язані щільними контактами й десмосомами для запобігання дифузії. Для передачі сигнальних молекул чи поживних речовин між гепатоцитами існують щілинні контакти.

Отже, впорядкованість й регуляцію потоку речовин, енергії та інформації у клітину і з клітини забезпечує мембранне транспортування.

Які структури клітини забезпечують процеси метаболізму?

МЕТАБОЛІЗМ (від грец. метаболе – перетворення, зміна) – сукупність хімічних процесів, що забезпечують перетворення речовин, енергії та інформації в клітині. Ці зміни спрямовані на ВПОРЯДКОВАНІСТЬ клітини, тому в метаболічних процесах беруть участь усі структури клітини. Особливості будови клітин, кількість й різноманітність їх структур залежать від інтенсивності процесів її метаболізму та функцій в організмі. Для того щоб переконатись у цьому, розглянемо особливості будови гепатоцитів.

У центральній частині гепатоцита розміщене ядро з одним або двома ядерцями. Ядра можуть бути диплоїдними (2n), тетраплоїдними (4n) й навіть октаплоїдними (8n), що залежить від функціонального стану організму. Кількість таких ядер із віком поступово збільшується і до старості досягає 80 %.

Основною функцією гепатоцита є утворення й секреція жовчі у жовчні канальці. Через те в клітинах добре розвинуті секреторні міхурці. Цитоплазма гепатоцитів рясніє мітохондріями, кількість яких в одній клітині може досягати2000. Ці двомембранні органели окиснюють органічні речовини й синтезують у великій кількості АТФ.

Важливу роль відіграють гепатоцити в синтезі білків, вуглеводів і ліпідів. Гепатоцити синтезують альбуміни, більшу частину глобулінів і білків, що беруть участь у зсіданні крові. Білки в гепатоцитах синтезуються в шорсткій ЕПС, надходять до комплексу Ґольджі, набувають функціональних особливостей, упаковуються в міхурці й виділяються за допомогою екзоцитозу в кров. Метаболізм вуглеводів й ліпідів пов’язаний з гладкою ЕПС, яка розсіяна в цитоплазмі у вигляді цистерн, трубочок й міхурців. Гепатоцити під дією інсуліну перетворюють надлишок глюкози на глікоген, який відкладається у вигляді зерен у цитоплазмі.

За нестачі глюкози зерна глікогену розщеплюються до глюкози. У гепатоцитах також відбувається накопичення лідідів у вигляді жирових краплин.

Отже, кількість, наявність та участь структур клітини в тих чи інших процесах визначається саме особливостями метаболізму та функціями клітин.

Як відбувається знешкодження та виділення речовин із клітин?

У клітину разом з необхідними для її життя речовинами можуть потрапляти ззовні чужорідні або утворюватися всередині токсичні речовини (амоніак, гідроген пероксид, індол, скатол). Вони зазнають перетворень і видаляються.

Біотрансформація (від грец. bios – життя, лат. transformatio – перетворення) – біохімічні процеси, в ході яких речовини зазнають змін під дією різних ферментів клітин. У ході першої фази біотрансформації молекула шкідливої речовини збагачується полярними функціональними групами, що робить її реакційноздатною і розчинною у воді. У другій фазі відбуваються синтетичні процеси поєднання з ендогенними молекулами (наприклад, з глюкуроновою кислотою, сульфатами, гліцином), у результаті чого утворюються полярні сполуки, які й виводяться з клітин.

Знешкодження токсичних сполук у клітинах забезпечується ферментами оксидоредуктазами, гідролазами, пероксидазами та відбувається в цитоплазмі, ЕПС, мікротільцях, мітохондріях, лізосомах. Так, за допомогою ферментів ЕПС відбувається детоксикація алкоголю, пероксидаза мікротілець розщеплює гідроген пероксид на воду й кисень. У гепатоцитах отруйний амоніак знешкоджується в процесі перетворення на сечовину.

Основними процесами клітинного виділення є:

 а) розчинення продуктів обміну речовин й видалення їх з клітин за участі вакуолей, залишкових тілець;

б) ізолювання продуктів обміну у вигляді клітинних включень.

Отже, у клітинах відбуваються процеси, під час яких знешкоджуються, перетворюються й видаляються назовні шкідливі речовини та підтримується клітинний гомеостаз.