СОВРЕМЕННАЯ БОТАНИКА - П. РЕЙВН - 1990

РАЗДЕЛ I. РАСТИТЕЛЬНАЯ КЛЕТКА

ГЛАВА 4. ДВИЖЕНИЕ ВЕЩЕСТВ В КЛЕТКИ И ИЗ КЛЕТОК

Заключение

Плазматическая мембрана регулирует передвижение веществ в клетку и из клетки, создавая для нее возможность поддерживать свою структурную и функциональную целостность. Эта регуляция зависит от взаимодействия мембраны и веществ, проходящих через нее.

Вода — одно из основных веществ, поступающих в клетки и выходящих из них. Вода движется объемным потоком, а также путем диффузии и осмоса. Направление движения воды определяется водным потенциалом, т. е. вода перемещается из области высокого водного потенциала в область более низкого. Объемный поток — это движение воды, например, по наклонной плоскости или под давлением.

Диффузия определяется хаотичным движением молекул и приводит к нетто-движению по градиенту концентрации. Двуокись углерода и кислород — два главных вещества, которые перемещаются в клетки и из клеток, диффундируя через мембрану. Диффузия наиболее эффективна на малых расстояниях и при крутом градиенте концентрации. Скорость движения веществ внутри клеток увеличивается за счет токов цитоплазмы.

Осмос — это движение воды через мембрану, которая пропускает воду и не пропускает растворенные в ней вещества. Такая мембрана называется полупроницаемой. В отсутствие других сил осмотическое движение воды происходит из области более низкой концентрации растворенного вещества (гипотонической среды с более высоким водным потенциалом) в область более высокой концентрации растворенного вещества (гипертоническую среду с более низким водным потенциалом). Тургор (упругость) растительных клеток — результат осмоса.

Согласно жидкостно-мозаичной модели, клеточные мембраны состоят из бислоя липидов, в который погружены глобулярные белки. Некоторые белки действуют как переносчики, транспортируя молекулы через мембрану. Если транспорт с помощью переносчиков идет по градиенту концентрации, его называют облегченной диффузией. Если же транспорт требует энергетических затрат, он называется активным транспортом. С его помощью вещества могут двигаться против градиента концентрации. Одной из наиболее важных систем активного транспорта в животных клетках является натриево-калиевый насос, который поддерживает в цитоплазме низкую концентрацию ионов натрия и высокую концентрацию ионов калия.

Контролируемое движение веществ в клетку и из клетки может происходить с помощью эндоцитоза и экзоцитоза — процессов транспортировки в пузырьках. Эндоцитоз твердых веществ называют фагоцитозом, а растворенных — пиноцитозом.

Обмен веществ между растительными клетками может осуществляться через плазмодесмы — тонкие тяжи цитоплазмы, — связывающие между собой протопласты соседних клеток. Такое движение называют симпластным транспортом.

Приложение. Имбибиция

Молекулы воды обладают замечательной способностью к сцеплению, поскольку два их конца имеют различные заряды. Благодаря этой же разнице молекулы воды имеют сродство как к положительно, так и отрицательно заряженной поверхности. Многие крупные биологические молекулы, например, целлюлоза, при увлажнении заряжаются и поэтому притягивают молекулы воды. Способность молекул воды к адгезии определяет и другой важный биологический феномен, называемый имбибицией.

Имбибиция (от латинского imbibere — «впитывать») — это поступление молекул воды в вещества, подобные древесине или желатине, которые в результате этого набухают и увеличиваются в объеме. Давления, развивающиеся вследствие имбибиции, могут быть удивительно велики. Говорят, что камень для древнеегипетских пирамид добывали, забивая деревянные колышки в отверстия скал и затем смачивая их водой. Разбухающая древесина создавала силу, которая разламывала каменную плиту. В живых растениях имбибиция происходит, в частности, в семенах, которые в результате могут увеличиться в объеме во много раз.