4.1: Вступ
Розуміння мембран
Клітинна мембрана - це бар'єр, який відокремлює цитоплазму від зовнішнього світу. Клітинна мембрана складається переважно з фосфоліпідів в бішарі. Фосфоліпіди амфіпатичні з полярною головкою (фосфатна група) і гідрофобним хвостом (2 вуглеводневі ланцюга). Завдяки хімічним властивостям притягуються до води голови і хвостів, що мають бажання уникати води, фосфоліпіди самостійно збираються в міцели. Клітинні мембрани утворюються з фосфоліпідного бішару, де ліпідні хвости взаємодіють між собою, а головки фосфатів стикаються із зовнішнім водним середовищем або внутрішньою цитоплазмою клітини.
Клітинна мембрана не тільки складається з фосфоліпідів, але також містить білки та холестерин, вставлені в бішар. Як показує зображення бішару вище, молекули постійно рухаються і течуть в бічному русі. Холестерин модулює плинність цього руху. Білки, пов'язані з мембраною, можуть сидіти з будь-якого боку (периферичні білки) мембрани або проходити через обидва шари мембрани (трансмембранні білки). Модель, яка описує компоненти клітинної мембрани, називається Fluid Mosaic Model. Ця модель стверджує, що клітинна мембрана являє собою мозаїку 1) фосфоліпідів 2) Білки 3) Холестерин, який рухається приблизно в бік руху.
Рідинна мозаїка фосфоліпідів, білків та холестерину, які створюють селективний бар'єр між внутрішньою та зовнішньою стороною клітини.
Дрібні незаряджені молекули проходять через подвійний шар фосфоліпідів. Полярні, заряджені або великі молекули мають великі труднощі з проходженням через мембрану і вимагають допомоги трансмембранних білків. Прикладом трансмембранного білка, що полегшує рух полярної речовини, є аквапорин, що дозволяє вільний рух води.
Дифузія
Дифузія - це чистий рух речовини від високої концентрації до низької концентрації. Ця різниця в концентрації називається градієнтом концентрації. Цей рух не вимагає ніякої зовнішньої енергії, але використовує вільну енергію, властиву системі.
- Вплив температури на дифузію
- Вплив молекулярної маси на дифузію
Концентрований барвник дифундує вздовж градієнта концентрації до досягнення рівноваги (без чистого руху).
Осмос
Осмос - це особливий випадок дифузії. Замість того, щоб спостерігати чисту зміну розчиненої речовини, осмос слід за чистим рухом розчинника через напівпроникну мембрану. Оскільки напівпроникна мембрана дозволяє проходити через певні речі, деякі розчинені речовини розділені.
- Моделювання дифузії через напівпроникну мембрану (Консорціум CC-BY 4.0 Concord)
Напівпроникна мембрана дозволяє розчиннику пропускати, але не цю молекулу червоної солі. Вода рухається по градієнту концентрації (води). Цей рух води викликає осмотичний тиск.
Клітина, яка не має клітинної стінки, сильно впливає на тонус навколишнього середовища. У гіпертонічному розчині, де концентрація розчиненого розчиненого речовини висока, вода буде витягуватися з клітини. У гіпотонічному розчині, де концентрація розчиненого розчиненого речовини нижча, ніж внутрішня частина клітини, клітина буде перебувати під великим осмотичним тиском від води навколишнього середовища, що рухається всередину, і може розірватися.
Рослини мають жорсткі клітинні стінки, що складаються з целюлози. Ці клітинні стінки дозволяють підтримувати клітинну цілісність, коли зовнішнє середовище гіпотонічне (менше розчинених речовин). У такій ситуації вода переміщається в клітку. Без клітинної стінки клітина розірвалася б від надмірного тиску води, що надходить в клітку. Цей стан набряклості називають тургидним, що виникає в результаті тургорного тиску.
Клітинні стінки рослини зберігають форму клітини, незважаючи на стан зовнішнього тонусу.
Коли зовнішнє середовище гіпертонічна (більша кількість розчинених речовин), виникає зворотний стан, при якому клітинна рідина, що виходить з клітини, зменшує розмір цитоплазми. Цей стан називають плазмолізом.