Функции мембраны, транспорт веществ через мембрану

Цели: сформировать знания о функциях плазматической мембраны, познакомить с основными видами транспорта веществ через мембрану; продолжить формирование умений работы с микроскопом, приготовления микропрепаратов.

Оборудование: микроскопы, предметные и покровные стекла, склянки с водой и 0,8 М раствором поваренной соли, кусочки фильтровальной бумаги, препаровальные иглы, пинцеты, лук репчатый, имеющий антоциановую окраску; карточки для индивидуальной проверки знаний; самодельная схема “Транспорт веществ через мембрану”.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Актуализация знаний

1. Индивидуальная работа по карточкам (См. приложение 2).

2. Фронтальный опрос.

Вопросы для фронтального контроля знаний:

— Что такое клеточная оболочка? Какие функции она выполняет? Оболочки клеток каких организмов состоят из клетчатки?

— Каково строение плазматической мембраны?

— Каковы свойства плазматической мембраны?

— Если клеточную мембрану проткнуть иглой или разрезать микроножом, то она автоматически замкнется. Этот эффект схож с “эффектом мыльного пузыря”. Если мыльный пузырь разрезать пополам, то получатся два пузыря поменьше, а не две половины. При слиянии двух пузырей получается один большой. С чем связано такое свойство мембраны и мыльного пузыря?

— Все клеточные мембраны имеют сходное строение. Однако сцепление возможно только между клетками в пределах одного типа ткани, одного организма. Как клетки “узнают” друг друга? Какие компоненты мембраны обеспечивают это распознавание? Ответ запомните.

III. Изучение новой темы

— Один ученый-биолог сказал, что после того как появились мембраны ... из супа, варившегося в морях, могли сформироваться первые живые организмы. На основании чего ученый пришел к такому утверждению?

В ходе беседы учитель подводит учащихся к выводу о том, что клеточные мембраны осуществляют ряд жизненно необходимых для клетки функций. Учащимся объявляется тема урока, которую они записывают в тетрадь, определяются цели занятия.

— Уже на прошлом уроке мы обратили внимание на то, что мембрана является очень распространенной структурой в клетке. Она окружает цитоплазму, отделяя ее от внешней среды (плазмалемма), является неотъемлемой частью многих клеточных структур. Внутренние мембраны клетки делят ее внутреннее пространство на отсеки (компартаменты), благодаря чему становится возможным одновременное осуществление огромного количества биохимических реакций и разделение протекающих процессов жизнедеятельности.

— Рассматривая строение биологических мембран на прошлом занятии, мы охарактеризовали и некоторые функции мембран.

— Вспомните материал прошлого занятия и назовите эти функции.

Организуется работа учащихся в парах или малых группах.

В ходе обсуждения учащиеся могут выделить следующие функции:

1) отделяют клеточное содержимое от внешней среды;

2) делят клетку на компартаменты;

3) являются частью клеточных органелл;

4) являются местом протекания некоторых химических реакций;

5) регулируют обмен веществ между клеткой и средой;

6) обеспечивают связь между клетками в тканях многоклеточных организмов;

7) имеют рецепторные участки для распознавания внешних стимулов;

8) участвуют в транспорте веществ.

— Но одной из важнейших функций мембраны является транспортная, так как именно она обеспечивает обмен веществ между клеткой и внешней средой. Транспорт через мембраны жизненно важен для саморегуляции клетки, поддержания постоянства ее состава, физико-химического гомеостаза (греч. “jomoios” — подобный, “statis” — состояние), что необходимо для эффективной работы клеточных ферментов; он поставляет питательные вещества, которые служат источником энергии, а также “сырьем” для образования клеточных компонентов; от него зависят выведение токсичных отходов, а также секреция полезных веществ.

— Каким свойством обладает мембрана для осуществления транспорта веществ?

— Правильно, мембраны обладают свойством избирательной проницаемости, т.е. хорошо проницаемы для одних соединений и плохо проницаемы или совсем непроницаемы для других. Так, например, плазматическая мембрана хорошо проницаема для веществ, растворимых в липидах, так как в состав мембраны входят липиды. Поэтому крупные молекулы липидов проникают через плазмалемму легче, чем мелкие молекулы других соединений. Установлено, что плазматическая мембрана более проницаема для незаряженных соединений, чем для ионов. Так, например, вода проходит через мембрану в 10 000 раз быстрее, чем ионы калия и хлора.

— Транспорт через мембрану может проходить разными путями. Различают пассивный транспорт веществ, идущий без затрат энергии, и активный транспорт — транспорт, связанный с потреблением энергии.

Учитель обращает внимание на схему, вывешенную на доске.

Комментарии учителя. Пассивный транспорт связан с явлением диффузии, то есть перемещением веществ по градиенту концентрации, то есть из области с более высокой концентрацией (С) в область с более низкой. Для заряженных частиц или молекул направление диффузии определяется, кроме концентрации, электрическим зарядом. Ионы обычно притягиваются областью с противоположным зарядом и отталкиваются областью с одноименным зарядом.

Можно выделить несколько механизмов пассивного транспорта через мембрану: простая диффузия — транспорт веществ непосредственно через бимолекулярный липидный слой. Таким образом, транспортируются вещества, хорошо растворимые в липидах — газы, неполярные или малые полярные электронейтральные молекулы.

К особому виду транспорта можно отнести диффузию воды через мембраны, получившую название осмоса. При осмосе равновесие концентраций достигается за счет перемещения одних только молекул растворителя, то есть воды. Так, например, гемолиз (то есть разрыв плазматической мембраны) эритроцитов при помещении их в гипотонический (то есть с низкой концентрацией соли) раствор связан именно с осмосом. Легкость проникновения воды через билипидный слой мембраны объясняется малыми размерами ее молекулы, отсутствие заряда на молекуле, несмотря на ее полярность;

Некоторые ионы (Na⁺ , K⁺ , CL^- ), а также заряженные молекулы могут пассивно диффундировать через плазматическую мембрану клетки благодаря наличию в ней белков, формирующих поры. Если транспорт веществ происходит с помощью специальных транспортных белков или их системой, то говорят об облегченной диффузии. Специальные вещества — переносчики, соединяясь с транспортируемыми молекулами, протаскивают их через мембраны, при этом в них не растворяясь. Имеются переносчики, которые не совершают челночных движений, а встраиваются в мембрану и образуют канал, обеспечивая перенос путем изменения своей конформации. Такие белки- переносчики обеспечивают транспорт определенных молекул или их родственных групп. Так осуществляется перенос через мембрану сахаров, аминокислот, нуклеотидов и других полярных молекул.

Необходимость активного транспорта возникает в тех случаях, когда осуществляется транспорт молекул через мембрану против градиента концентрации. Такое перемещение соединений или ионов возможно при помощи белков-переносчиков, требующих определенных затрат энергии, источником которой служат молекулы АТФ. Среди примеров активного транспорта лучше всего изучен натрий- калиевый насос, во время работы которого из клетки перекачиваются ионы натрия, а поглощаются клеткой ионы калия. На работу натрий-калиевого насоса тратится почти треть всей энергии, необходимой для жизнедеятельности клетки. Активный транспорт осуществляется всеми клетками, но особую роль он играет в клетках эпителия, выстилающего кишечник и почечные канальцы, так как функции этих клеток связаны с секрецией и всасыванием. В нервных и мышечных клетках натрий-калиевый насос обеспечивает возникновение в плазматической мембране разности потенциалов, что необходимо для функционирования данных клеток.

Крупные молекулы биополимеров практически не транспортируются через мембраны, но клетка обладает механизмами их переноса.

Процесс поглощения крупных частиц (иногда целых клеток или их частей) называется эндоцитозом (греч. endon — внутрь и cytos — вместилище). При этом плазмалемма образует впячивание или выросты, края которые впоследствии сливаются, образуя мембраной, являющийся частью наружной.

— Обратите внимание на рис. 19, стр. 45 учебника А.А. Каменского, где представлены два типа эндоцитоза:

— фагоцитоз — захват и поглощение твердых частиц;

— пиноцитоз (греч. “pino” — пить) — процесс захвата и поглощения капелек жидкости.

— Выведение веществ из клетки происходит в процессе экзоцитоза (греч. “ektos” — наружу). Так выводят гормоны, полисахариды, белки, жировые капли и другие продукты клетки. Они заключаются в пузырьки, ограниченные мембраной, которая затем сливается с наружной плазмалеммой, а содержимое пузырька выводит за пределы клетки.

IV. Закрепление

Лабораторная работа № 1 “Плазмолиз и деплазмолиз в клетках эпидермиса лука” (См. приложение 2).

Домашнее задание

Учебник А.А. Каменского, §2.2, с. 44—45, ответить устно на вопросы 2—4.

Учебник И.Н. Пономаревой, §7, с. 24—25, записи в тетради. Оформить отчет о лабораторной работе.