Biologie

E-learning jako vzdělávací nástroj školy 3. tisíciletí

  • Full Screen
  • Wide Screen
  • Narrow Screen
  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Příjem a výdej látek buňkou

Email Tisk PDF

Mechanismy výměny látek mezi buňkou a okolním prostředím

Odlišné látkové složení nitrobuněčné (ICT) a mimobuněčné tekutiny (ECT) umožňuje jejich volný a zcela neomezený styk. Výměna látek pak může probíhat buďto pasivními transportními mechanismy nebo mechanismem aktivního transportu.

Pasivní transportní mechanismy

Difúze

Základním typem pasivního transporetního mechanismu je difúze. Není k ní zapotřebí metabolické energie, tento transport představuje průchod látek membránou na základě určitého spádu, tzv. gradientu. Transport probíhá buď na základě:

  • tlakového gradientu
  • elektrochemického gradientu - koncentrační, elektrostatický, pH gradient
  • teplotního gradientu.

Pozn. autora: Tzv. efektivní čistá (netto) difúze proběhne v okamžiku, kdy koncentrace látky ve výchozí oblasti je podstatně větší než její koncentrace v oblasti cílové (tedy ve směru koncentračního spádu), obr. 1.

Faktory ovlivňující difúzi

  • množství transportované látky;
  • velikost molekul (čím jsou molekuly menší, tím snadněji difundují přes biomebránu, např. voda se vymění v tělních kapilárách 3x rychleji než močovina, a více než 8x rychleji než glukóza);
  • vazba molekul transportované látky k lipoproteinům, přítomným v biomembráně - látky rozpustné v tucích jsou snadněji transportovatelné membránou než ty, které s v nich nerozpouštějí;
  • velikost difúzní plochy a dráhy.

DIfúzní pochody probíhají poměrně rychle většinou v plynech (vzduch, apod.), avšak v tělních tekutínách a tkáních je jejich průběh poměrně pomalý.

difze_pes_membrnu
Obrázek č. 1 Difúze částic mezi nitrobuněčným a mimobuněčným prostředím, které jsou oddělené buněčnou membránou. (Zdroj: http://en.wikipedia.org).

U jednobuněčných organismů jsou difúzní transporty postačující k realizaci základních transportních mechanismů, např. u měňavek postačí k rozvodu kyslíku atd. U vícebuněčných organismů včetně člověka musí být doprovázeny jinými typy transportních mechanismů. Pozn. autora: Kdyby u člověka byla pouhá difúze kyslíku kůží, tak by již v hloubce 0,3 mm kůže bylo nedostatečné množství kyslíku.

Difze
Obrázek č. 2 Prostá difúze. (Zdroj: http://en.wikipedia.org).

Konvekce (unášení)

Tento transportní mechanismus využívá oběhu tekutin (krve) a cirkulaci prodýchávaného vzduchu (tedy obecné přítomnosti plynů), které zahrnují transportovatelné látky. Typickým příkladem může být transport oxidu uhličitého u člověka: nejprve difúze (D) o. uhličitého z tkání do krve, následně konvekce (K) krví do plic, dále jeho difúze (D) do plícních sklípků (alveolárního vzduchu) a konvekce (K) s vydechovaným vzduchem z plícních sklípků (alveolů) ven z plic. 

Filtrace

Tento transportní mechanismus je umožněn na těch místech těla, kde jsou přítomné dělící přepážky, umožňující průchod vody. Mechanismus filtrace je založen na rozdílných hodnotách tlaku na obou stranách přepážky. Např. při vysokém krevním tlaku v kapilárách a naopak nízkém tlaku v mezibuněčném prostoru, jsou látky protlačovány přes přepážku ve směru tlakového gradientu. Důležitou roli má také velikost pórů v přepážce. Nízkomolekukulární látky (glukóza, močovina, aminokyseliny ad.) jsou samy o sobě snadno filtrabilní. Vážou se tedy obvykle na plazmatické bílkoviny, což jejich filtrabilitu více či méně omezuje. Vazba umožňuje ochranu těchto látek před jejich vylučováním z organismu ven, zásadní význam má např. vazba léků na tyto bílkoviny, protože ta část léčivého preparátu, která je takto vázaná, je jednak farmakologicky neúčinná, a jednak je zabráněno jejímu rychlému přefiltrování (a tím vylučování ven z organismu), může však působit jako alergen. 

Příklady: ultrafiltrace krve v nefronech ledvin, filtrace látek stěnou krevních kapilár, dialýza ad.

Usnadněná (facilitovaná) difúze

Tohoto transportu se účastní určitý přenašeč bílkovinného charakteru. Ten se před membránou naváže na transportovanou látku a za ní ji opouští.Typická např. pro některé cukry nebo aminokyseliny.

Aktivní transportní mechanismy

Pro průběh těchto mechanismů je zapotřebí určité množství metabolické energie. Vznikají obvykle na těch místech v organismu, kde je potřeba transportu látky "do kopce", tj. proti koncentračnímu spádu nebo proti elektrickému gradientu. Tento trasnport probíhá za pomocí přenašeče bílkovnného charakteru. Přenašeč obsahuje prosthetickou skupinu, plnící vlastní funkci přenašeče a bílkovinnou část, která se vyznačuje určitou afinitou k dané látce. Energie pro tento druh trasnportních mechanismů se získává nejčastěji hydrolýzou molekul ATP - adenosintrifosfát.

Aktivní transport, může být:

  • Primární - obvykle označovaný jako "pumpa" neboli ATP-áza; klasickým příkladem je sodno-draselná ATP-áza (pumpa), která má nenahraditelný význam při odstraňování nadměrné koncentrace sodných iontů ven z buňky, tedy ve směru proti koncentračního spádu; dalším příkladem může být vápenatá ATP-áza (pumpa), která se nachází v sarkoplazmatickém retikulu.
  • Sekundární - v tomto případě je obvykle aktivní transport určité látky, např. glukózy, doprovázen pasivním transportem iontů (např. sodných); v tomto případě je hybnou silou transportu glukózy sodný gradient - Na+. Transport sodných kationtů probíhá v určitém směru v jiném místě téže membrány, jestliže je transport glukózy ve stejném směru jako sodných kationtů, je to tzv. kotransport (symport), jestliže probíhá směrem opačným, je to tzv. protitransport (antiport). Příkladem sekundárního transportu je např. sekrece kyseliny chlorovodíkové v žaludku, dále také kotransport glukózy a aminokyselin v doprovodu sodných kationtů z tubulů ledvin.

transport2

Obrázek č. 3 Schéma pasivního a aktivního transportu mezi buňkou a okolním prostředím. (Zdroj: http://www.sci.muni.cz/).
  • Cytóza - transportní mechanismus, který je založený na přítomnosti tzv. vezikul, váčků obalených membránou. Vezikuly vznikají odchlípením buněčné membrány nebo i z některých buněčných organel, např. z endoplazmatického retikula nebo Golgiho komplexu. Na jejich pohybu se podílí buněčný cytoskelet. Tímto mechanismem buňka přijímá nebo vydává makromolekuly bílkovin, polysacharidů a polynukleotidů. Příjem těchto látek do buňky se označuje jako exocytóza, jejich výdej buňkou jako exocytóza.
Endocytóza je trojího typu:
  • pinocytóza - zajišťuje trvale probíhající nespecifický příjem extracxelulární tekutiny buňkou (buňka nasává tekutinu "po doušcích". Děje se tak pouhým vchlípením buněčné membrány. Tímto mechanismem buňka přijímá velké i malé molekuly látek roztoku bez výběru (transport není selektivní);
  • adsorpční endocytóza - u tohoto transportního mechanismu je zapotřebí přítomnností specifického receptoru na zevním povrchu membrány. Příkladem adsorpční endocytózy je příjem cholesterolu a jeho esterů do extrahepatalních buněk, lipoproteiny typu LDL kolují v krevní plazmě k extrahepatalním buňkám, kde se na jejich povrchu vytvoří receptory LDL proteinů, které pak mohou vázat lipoproteiny typu LDL a je zajištěn jejich příjem do nitra buněk. Pokud nastane u člověka genetická vada tohoto mechanismu, koluje v jeho plazmě velká koncentrace cholesterolu a může se předčasně rozvinout arteriosklerotické onemocnění (onemocnění srdce a cév). Klasickým příkladem adsorpční endocytózy je i transport železa, vázanéna na bílkovinu transferin, do buňky, dále vazba hemoglobinu na haptoglobin ad.
  • fagocytóza - slouží k příjmu živin (látek) do buňky, typické např. u měňavek; z bílých krvinek se fagocytární schopností vyznačují především neutorfilní granulocyty a makrofágy. Buňky mají na svém povrchu přítomné receptory, kterými mohou rozpoznat nejen různé mikroorganismy, či jiné cizorodé látky, ale také rozpadlé produkty vzniklé rozpadem starých buněk apod. Kvantitativně lze prokázat fagocytární schopnost např. na erytrocytech, kdy za jednu hodinu je v organismu fagocytováno až 10 miliard zestárlých erytrocytů.

endocytza

Obrázek č. 4 Fagocytóza, pinocytóza a adsorpční endocytóza. (Zdroj: http://en.wikipedia.org).
 

Exocytóza slouží buňce k vylučování odpadních látek, ale také k vyměšování svých produktů, např. hormonů, enzymů, protilátek ad.

Osmotické jevy v buňce

Jsou založeny na polopropustnosti cytoplazmatické membrány, přes níž volně pronikají molekuly vody, ale nikoliv ve vodě rozpuštěné ionty a molekuly; jedná se o zvláštní případ difúze. Voda vždy proniká z prostředí o nižší osmotické hodnotě (koncentrace osmoticky aktivních částic), tzv. hypotonického roztoku, tj. zředěnějšího, do prostředí o osmotické hodnotě vyšší, tzv. hypertonického roztoku, tj. koncentrovanějšího, vždy ve snaze vyrovnat kocnetraci osmoticky aktivních částic v obou prostředích (roztocích).
Díky osmotickým jevům (obr. 7) podléhají buňky změnám tvaru, přičemž se odlišují u buňky živočišné a rostlinné (rostlinné buňky mají pevnou buněčnou stěnu):
  • v hypertonickém prostředí je vysávána voda z buňky, živočišná buňka se tedy smršťuje celá, u rostlinnné buňky se smršťuje jen jejcih obsah, tzv. plazmolýza (obr. 5);
  • v hypotonickém prostředí voda naopak proniká do buňky, až může dojít k jejímu prasknutí, tzv. plazmoptýza (obr. 6); rosltinná buňka je proti plazmoptýze odolnější.

plazmolyza

Obrázek č. 5 Plazmolýza rostlinných buněk. (Zdroj: http://www.sci.muni.cz/).


plazmoptza 
Obrázek č. 6 Plazmoptýza erytrocytů. (Zdroj: http://en.wikipedia.org).


Osmza
Obrázek č. 7 Osmóza. (Zdroj: http://cs.wikipedia.org).



 








Navigace: 4. ročník Buněčná biologie Příjem a výdej látek buňkou