Диффузионная мембрана что это такое: Супердиффузионная мембрана (пленка): Что это такое — Строительство, ремонт и декор дома

02.05.2019 By alexxlab Мембран Комментариев нет

Диффузионная мембрана что это такое: Супердиффузионная мембрана (пленка): Что это такое

Содержание

DELTA®-PENTAXX диффузионная мембрана с высокой УФ-стабильностью

_ga

Период хранения 2 года

Регистрирует уникальный идентификационный код, который используется для генерирования статистических данных о том, как посетитель использует веб-сайт.

_gat

Период хранения 1 сутки

Используется Google Analytics для ограничения частоты запросов

_gid

Период хранения 1 сутки

Регистрирует уникальный идентификационный код, который используется для генерирования статистических данных о том, как посетитель использует веб-сайт.

_gat_UA-143296718-15

Период хранения 1 сутки

Используется Google Analytics для ограничения частоты запросов

_gat_gtag_UA_128360386_1

Период хранения 1 сутки

Регистрирует уникальный идентификационный код, который используется для генерирования статистических данных о том, как посетитель использует веб-сайт.

_gali

Период хранения 30 секунд

Этот файл cookie используется Google Analytics. Он используется для анонимного учета элементов, на которые щелкаю мышью («кликают») на той или иной странице сайте.

_dc_gtm_UA-41883568-5

Период хранения 1 минута

Используется Диспетчером тегов Google для управления загрузкой тега скрипта Google Analytics.

_ym_d

Период хранения 1 год

Used by Yandex, saves the date of the user’s first site session.

_ym_isad

Период хранения 2 дня

Used by Yandex, determines whether a user has ad blockers.

_ym_uid

Период хранения 1 год

Used by Yandex for identifying site users.

_ym_visorc_50925203

Период хранения 30 минут

Used by Yandex, allows Session Replay to function correctly.

i

Период хранения 10 лет

Использование с помощью .yandex.ru

Used for identifying site users.

yabs-sid

Период хранения сеанс

Использование с помощью .yandex.ru

Session ID

yandexuid

Период хранения 1 год

Использование с помощью .yandex.ru

Used for identifying site users.

ymex

Период хранения 1 год

Использование с помощью .yandex.ru

Used to distinguish users.

yuidss

Период хранения 1 год

Использование с помощью .yandex.ru

Collects information on visitor behaviour on multiple websites. This information is used on the website in order to optimise the relevance of the advertisement.

Мембраны ПВХ/ТПО/ЭПДМ | ГЕОмонтаж

В нашей компании всегда можно во всем ассортименте купить ветрозащитную мембрану и заказать ее монтаж по оптимальным ценам. Изготовление этого материала осуществляется из ингредиентов высокого качества с повышенной прочностью, с использованием самого современного оборудования.

Наша компания производит исключительно гидроизоляционную ветрозащитную мембрану высокого качества в соответствии со всеми стандартами по экологии. Параметры продукции у нас всегда можно подобрать в соответствии с вашим проектом.

В нашей компании можно купить ветрозащитную мембрану и сделать заказ во всем ассортименте. Стоимость 1-го квадратного метра рассчитывается в соответствии с толщиной продукции, ее шириной и объемом заказа. Экономичную стоимость материалов мы поддерживаем благодаря собственному производству и оказанию услуг по монтажу. По всем вопросам обращайтесь к нашим менеджерам по телефону

По виду ветрозащитные мембраны бывают одно- или многослойными:

Влаго-ветрозащитными, обладающими повышенной паропроницаемостью;
Супердиффузионными мембранами, обладающими паропроницаемостью свыше 1 тыс. г/м2.

Функция ветрозащитной паропроницаемой мембраны, являющейся непродуваемым покрытием, состоит в защите утеплителя от разрушительных действий потоков ветра в комплексе с атмосферными осадками.

Среди достоинств ветрозащитной супердиффузионной мембраны отметим экологическую безопасность в сочетании с неподверженностью воздействиям бактерий. Она изготавливается из полипропиленовой пленки, располагающейся между двумя слоями нетканого полипропилена, поэтому является отличным защитным материалом от проникновения ветра.

Вариант с однослойной ветрозащитной мембраной является бюджетным и используется для обустройства временных покрытий на период проведения работ.

Использование трехслойных ветрозащитных мембран считается наиболее эффективным. У этого вида ветрозащитных мембран функция внешних оболочек заключается в обеспечении прочности на разрыв, а задача внутренней части заключается в диффузии пара.

Преимуществом многослойной ветрозащитной мембраны является ее многофункциональность. Кроме основных функций, она обладает отменными характеристиками по гидроизоляции.

Выбирая ветрозащитную мембрану для вентилируемого фасада, руководствуются ее основными свойствами (прочностью в сочетании с устойчивостью к ультрафиолету и температурным диапазоном). От них зависит и рост периода эксплуатации материала.

Строители предпочитают выбирать негорючую ветрозащитную мембрану, а также материал, не выделяющий опасных испарений. По нормам экологии именно такой продукцией разрешено оснащать объекты любого типа.

Черную ветрозащитную мембрану используют для защиты утеплителя и профилактики попадания конденсата во время эксплуатации.

Строительную сферу невозможно представить без применения ветрозащитной мембраны, как для внутренней отделки, так и для наружных работ.

Монтаж ветрозащитной мембраны на кровлю производится для ее утепления и выполнения функции гидроизоляции.

Использование ветрозащитной мембраны для вентфасада связано с гидрофобностью. Конденсат попадает на вертикальную поверхность, а стены хорошо дышат.

Применение ветрозащитной мембраны для пола необходимо для пропускания пара в перекрытиях по лагам и задержки воды.

Использование ветрозащитных мембран для стен необходимо для предотвращения распыления минваты, защиты от конденсата и повышения уровня воздухопроницаемости.

Монтаж материала отличается легкостью и простотой. Скрепление стыков внахлест осуществляется монтажной лентой. Установку ветрозащитной мембраны осуществляют на внешнюю сторону утеплителя под наружную облицовку.

Крепление ветрозащитной мембраны выполняют после завершения монтажа стропил и слоя утеплителя. Раскатку материала осуществляют на стропилах и крепят посредством оцинкованных гвоздей или скоб.

Цена ветрозащитной мембраны за м2 наиболее экономична при ее заказе в комплексе с монтажом. Мы обеспечиваем гарантию контроля качества в процессе производства мембраны и до передачи объекта в эксплуатацию. Экономичную стоимость материалов мы поддерживаем благодаря собственному производству и оказанию услуг по монтажу ветрозащитной мембраны.

Диффузионная мембрана ISOBOX — ISOBOX

Основные физико-механические характеристики

Наименование показателя	Ед. изм	Диффузионная мембрана ISOBOX 95	Диффузионная мембрана ISOBOX 110	Метод испытаний
Поверхностная плотность	г/м²	95 (+10%/-5%)	110 (+10%/-5%)	ГОСТ 3811-72
Максимальная сила при растяжении вдоль, не менее	Н/5 см	160 (±25)	190 (±50)	ГОСТ 31899-2-2011 (EN 12311-2:2000)
Максимальная сила при растяжении поперек, не менее	Н/5 см	90 (±25)	100 (±30)	ГОСТ 31899-2-2011 (EN 12311-2:2000)
Паропроницаемость не более	г/м2*24 час	≥1400	≥1400	ГОСТ 25898-2012
Эквивалентна толщина слоя воздуха по диффузии пара Sd	м	~0,02	~0,02	ГОСТ 25898-2012
Водонепроницаемость, метод А	—	W 1	W 1	ГОСТ EN 1928-2011
УФ стабильность	—	Не менее 2 месяцев	Не менее 2 месяцев	ГОСТ 32317-2012 (EN 1297:2004)

Геометрические параметры

Наименование показателя	Ед. изм	Диффузионная мембрана ISOBOX 95	Диффузионная мембрана ISOBOX 110	Метод испытаний
Длина	м	50±5%	50±5%	ГОСТ Р 57417-2017 (EN 13956:2012)
Ширина	м	1,5±1%	1,5±1%	ГОСТ Р 57417-2017 (EN 13956:2012)

*Допускается по требованию потребителя изменять плотность материала

Производство работ:

Согласно «Руководству по монтажу диффузионных мембран и пароизоляционных пленок ТЕХНОНИКОЛЬ АЛЬФА». Диапазон температур применения от минус 40 °С до плюс 80 °С.

Хранение:

Хранение должно осуществляться в условиях, исключающих воздействие влаги, прямых солнечных лучей, нагрева.

Транспортировка:

Изделия транспортируют всеми видами транспорта в крытых транспортных средствах в соответствии с правилами перевозок грузов, действующими на данном виде транспорта.

Сведения об упаковке:

Рулоны диффузионной мембраны ISOBOX поставляются в индивидуальной упаковке и содержат этикетку с указанием марки (например, диффузионная мембрана ISOBOX 95), названием компании, адресом и номером телефона, а также с инструкциями по креплению. Внутри тубы расположена этикетка с информацией о партии и времени производства материала.

ВНИМАНИЕ!!! Для сохранения срока службы материала, рекомендуется избегать попадания на полотно мембраны маслосодержащих жидкостей или тосола (например, от цепной пилы) и не допускать контакта с досками, мокрыми от защитных составов (противопожарных и антисептическими), так как это может нанести серьезный ущерб кровельной мембране.

все цвета и коллекции. Многое в наличии!

Описание

Описание. Подкровельная супердиффузионная мембрана повышенной прочности Ютавек 135 применяется для защиты подкровельных конструкций, теплоизоляции и чердачного помещения от влажности, возникающей вследствие дождя и снега, а также от пыли, копоти и неблагоприятных воздействий ветра.

Материал. Трехслойный полипропиленовый материал, состоящий из двух внешних слоев нетканого полипропиленового текстиля, обеспечивающих прочность, а также внутреннего полипропиленового, обеспечивающего гидроизоляционную супердиффузионную способность. Материал обладает высокой паропроницаемостью.
Применение. Подкровельная мембрана Ютавек укладывается непосредственно на теплоизоляцию, деревянный настил, плоскости стропил, лаг или иных строительных элементов кровли. В случае монтажа мембраны прямо на теплоизоляцию Ютавек соприкасается с ней своей нижней светлой стороной. Установка мембраны Ютавек начинается горизонтально, от окантовки крыши к коньку с горизонтальным и вертикальным нахлестом не менее 10 см в зависимости от уклона крыши. Крепление на стропилах
осуществляется скобами строительного степлера или оцинкованными гвоздями с плоской головкой, дополнительно применяются контррейки на расстоянии не более 1,2 м одна от другой. При монтаже темная сторона мембраны должна быть обращена наверх, к кровле. В случае использования мембраны в местах, где нарушена целостность кровли (антенна, вентиляционная труба и т. д.) в Ютавеке необходимо вырезать отверстие и произвести герметичное примыкание при помощи двусторонней соединительной ленты Ютафол СП 1. Перед монтажом подкровельной мембраны Ютавек на импрегнированную поверхность необходимо убедиться, что пропитка полностью высохла. Мембрана стабильна к УФ-воздействию в течение 4-х месяцев, включая период хранения. Подкровельная мембрана Ютавек рекомендуется для любых типов покрытий. Данный материал можно также применять при внешнем утеплении вертикальных стен объекта как гидроизоляционную ветрозащиту.

Супердиффузионная мембрана — dahbud site

Супердиффузионная мембрана Мастерпласт

MASTERMAX 3 TOP

Материал: паропроницаемая, трехслойная кровельная пленка (между двумя слоями полипропиленого флиза паропроницаемая, водонепроницаемая мембрана).

Сфера применения: в качестве паропроницаемой подкладочной кровельной пленки в проветриваемых кровельных конструкциях, помещается непосредственно на теплоизоляцию, является подкладочным слоем, обеспечивающим второстепенную защиту от проникающей через кровлю влажности и снега. MASTERMAX® 3 TOP применяют при строительстве с различными теплоизоляционными материалами, а также со всеми типами кровельных конструкций. Мембрана монтируется с небольшим провисанием или непосредственно на тепловую изоляцию стороной с надписью к кровле. Величина перекрытия пленок при угле наклона больше чем 30⁰— 10 см, при 20-30⁰ — 15 см. Расстояние между пленкой и кровлей должно составлять не менее 3 см. Технические характеристики: 140 г/м², прочность на разрыв — продольная/поперечная-240/170 Н/50 мм, жаростойкость- +70⁰С, водонепроницаемость, Sd = 0,04 м. Стойкость к УФ-излучению: 4 недели.
Фасовка: 1,5 м*50 пм = 75 м²/рулон

MASTERMAX 3 ECO

Материал: паропроницаемая, трехслойная кровельная пленка (между двумя слоями полипропиленого флиза (на английском PP non-woven) паропроницаемая, водонепроницаемая мембрана).

Сфера применения: в качестве паропроницаемой подкладочной кровельной пленки в проветриваемых кровельных конструкциях, помещается непосредственно на теплоизоляцию, является подкладочным слоем, обеспечивающим второстепенную защиту от проникающей через кровлю влажности и снега. MASTERMAX® 3 ECO применяют при строительстве с различными теплоизоляционными материалами, а также со всеми типами кровельных конструкций. Мембрана монтируется с небольшим провисанием или непосредственно на тепловую изоляцию стороной с надписью к кровле. Величина перекрытия пленок при угле наклона больше чем 30 0- 10 см, при 20-30 0-15 см. Расстояние между пленкой и кровлей должно составлять не менее 3 см.

Технические характеристики: 100 г/м², прочность на разрыв — продольная/поперечная-170/130 Н/50 мм, жаростойкость- +70⁰С, водонепроницаемость, Sd = 0,04 м. Стойкость к УФ-излучению: 4 недели.

Фасовка: 1,5 м*50 пм = 75 м² /рулон.

И так, вершина в деле ветро-гидрозащиты достигнута. Инженерный гений создал трёхслойную супердиффузионную мембрану. А гений украинских маркетологов «родил» название для такого уникального материала: ЕВРОБАРЬЕР (:-)).

Что же это такое? Кровельная мембрана для вентилируемых скатных кровель, как для тёплых, так и холодных помещений! Она прочная и стабильная для ультрафиолетовых лучей (до 5 месяцев). Выдерживает столб воды полметра и выпускает сквозь каждый метр квадратный поверхности 1,5 литра воды. Под такой мембраной кровля прослужит целую вечность! Монтаж трехслойной супердиффузионной мембраны производится плотно к утеплителю, без зазора. Требуемый нахлёст дистанция отмечена линией. «Цветной» стороной мембрана укладывается наружу. Крепится скобками или нержавеющими гвоздями с широкой шляпкой к стропильным ногам или обрешетке.

Эти плёнки принято называть гидробарьер. В не давнем прошлом они привели к революции в технологии укладки кровельного пирога. Дешевизна такой гидроизоляции по сравнению с устаревшими битумными материалами, ничтожно малый вес, стойкость ко всем известным видам воздействия, помогли строителям и проектантам быстро переключиться на гидробарьер. На той же эволюционной ступени в строительстве появились более технологичные и перспективные материалы. Это плёнки и мембраны с высокой способностью пропускать пар. Такие супердиффузионные мембраны имеют более высокую цену и применяются в тех коттеджах, где их появление приносит значительную пользу косвенно. Статистика показывает, что строительные плёнки с низкой диффузионной способностью все больше уступают место эффективным мембранам. Сегодня бытует мнение, что гидробарьер подходит для не жилых чердачных помещений, для жилых комнат на мансардном этаже лучше подходят супердиффузионные мембраны.

Скачок в развитии строительного дела произошел в результате появления плёнок с высокой паропропускной способностью. Сегодня такой материал принял форму сепердиффузионной мембраны. Супер эффект получается благодаря низкому диффузионному сопротивлению материала. Подкровельная мембрана отводит воду с внешней поверхности и выводит пар из под внутренней стороны. Дополнительный вентиляционный зазор больше не нужен, нет необходимости поднимать гидробарьер на 2 см над теплоизоляцией. Утеплитель сохраняет тепло на наружной поверхности. Оцени эффект: вместе утеплитель 200 мм и гидробарьер вытесняется парой утеплитель 150 мм и супердиффузионная мембрана. Благодаря таким технологическим приёмам уменьшается стоимость строительства. В дополнение подчеркнём, монтаж кровли упрощается, снижаются трудозатраты, канули в лету контр рейки и дополнительный ярус обрешетки. Супердиффузионная мембрана хранит целостность, комфорт и благополучие всего мансардного этажа. Сегодня многие производители из Европы и Азии поставляют кровельные и фасадные мембраны. У большинства из них близкие эксплуатационные свойства. Отличия можно найти в технологии производства, виде сырья, декоративных добавках, в типе водонепроницаемых плёнок, количестве слоёв, в способе адгезионного скрепления слоёв мембраны. По этому стоимость, качество, функциональность и другие характеристики мембран заметно отличаются. И для строителя, и для владельца коттеджа важно, чтобы строительные работы проводились быстро и эффективно, а само здание сохраняло исходные качества долгие десятилетия.

Сегодня нам известны несколько типов мембраны, применяемых при возведении кровли и не только в виде подкровельной мембраны.

Виды супердиффузионных мембран для крыши.

Кровельные мембраны применяются в качестве подкровельного покрытия для вентилируемых скатных кровель. Минимальное диффузионное сопротивление мембраны гарантирует быстрый отвод пара наружу. Мембраны обладают высокой прочностью и водо- непроницаемостью.

Пароизоляционная мембрана

Мембраны с «активной пароизоляцией», замедлителями пара, барьерами для пара и т.д., защищают с внутренней стороны утеплитель. От традиционного паробарьера отличаются высокой паропропускной способностью. Количество влаги пропускаемой сквозь такую мембрану в 10 раз больше в сравнении с паробарьером, но в то же время в 10 раз меньше пропускается влага в сравнении с кровельной супердиффузионной мембраной. Такой специфичный материал эффективно работает вместе с утеплителем и кровельной мембраной. Низкое диффузионное сопротивление такого сэндвича делает мансарду дышащей, что значительно увеличивает комфортность микроклимата в жилом помещении.

Так удается избежать в помещении феномена «полиэтиленового кулька». Как легко догадаться, феномен состоит в бесконечном накоплении влаги в жилых и хозяйственных помещениях. Чрезмерная герметичность зданий приводит к закупориванию и отсыреванию. Правильно строить жилые помещения нужно с большой диффузионной активностью ограждающих конструкций. Активный паробарьер применяется во всём мире, он вытеснил традиционный паробарьер благодаря уникальному микроклимату, который создаётся в жилом помещении.

Гидроизоляция нуждается в способном помощнике. Эффективный отвод влаги из крыши проводит система вентиляции. Для мансарды под скатной крышей эффективна естественная вентиляция, работающая как конвертер. Выглядит это как воздушные каналы от парапета к коньку. Естественные каналы проходят между обрешеткой (под кровельным настилом). Другой способ организации вентканалов получил название: «двойная вентиляция». В первом канале воздух двигается под кровельным настилом, во втором канале под гидробарьером над утеплителем. Получается сдвоенный канал, в котором существуют два потока воздуха: один проветривает пространство под металлочерепицей, битумной черепицей и т.д., а другой вентилирует пространство между гидробарьером и утеплителем.

Третий способ предполагает применение супердиффузионной мембраны (последнее слово в индустрии кровельных материалов). Мембрана заменяет гидробарьер и благодаря уникальной способности пропускать сквозь каждый квадратный метр своей поверхности по 1,5 литра воды в сутки, избавляет нас от вентканала над утеплителем. Иными словами второй канал совпадает с супердиффузионной мембраной. Ещё важно то обстоятельство, что одинарный вентиляционный зазор на коньке улучшает характеристики энергосбережения для мансарды,утеплитель не охлаждается потоком воздуха.

Однослойная мембрана.

Простейшая супердиффузионная мембрана состоит из однослойного холста. Такой материал обладает минимальным диффузионным сопротивлением, а так же низкой водо- отталкивающей способностью. Применяется только в качестве ветробарьера. Есть попытки создать образец однослойной мембраны с повышенной гидроизоляционной способностью. Холст покрывается импрегнатом. Однако высокого качества покрытия холста получить не удаётся. При сгибании покрытие трескается и теряет поверхностную целостность. К тому же слой импрегната слишком тонкий и не обладает достаточной износостойкостью.

Двухслойная мембрана.

Супердиффузионная мембрана получает высокую гидроизоляционную способность от функциональной полимерной плёнки, которая наноситься на холст как второй слой. При этом сохраняется паропропускающая способность. Такие материалы сохраняют не высокую стоимость и большую популярность как кровельная мембрана. Практика показала, что двухслойные материалы с течением времени получают механические повреждения функциональной плёнки. Так в строительстве появились трёхслойные супердиффузионные мембраны.

Трёхслойная мембрана.

Вершина технологии супердиффузионной мембраны – это трёхслойный материал. Мембрана производиться на основе не тканого холста. В целом состоят из трёх слоёв: основной нетканый волокнистый слой, функциональная плёнка и защитный износостойкой слой. С технологической точки зрения не тканый холст дважды проходит ламинирование.

Как же соединяют слои мембраны? Есть такие варианты: термобондинг, ультрасоник, клеевое соединение. Популярным у производителей стал клеевой способ ламинирования супердиффузионной мембраны. Технологии термобондинг и ультрасоник более совершенные, гарантируют надёжность соединения слоёв и реализуются на дорогом оборудовании.

Гидрозащита крыши – это один из основы факторов, который гарантирует долговечность всего коттеджа. Без надёжной гидроизоляционной способности другие достоинства супердиффузионной мембраны теряют актуальность. Долговечная гидроизоляция достигается правильным выбором материала и соблюдением требований к монтажу. Способность удерживать столб воды высотой 0,5 м обеспечивается функциональной плёнкой в составе мембраны. Встречаются так же материалы производимые по методу гидрофобизирования паропроницаемого холста, однако такие материалы считаются мало эффективными. Последние годы на рынок поступают супердиффузионные кровельные мембраны выдерживающие столб воды в несколько метров (до 5-ти). Такие предложения основываются на данных об износе мембран при эксплуатации. За 15 лет трёхслойная мембрана стирается в двое, это значит, что высокая гидроизоляционная эффективность сохраниться только у мембран с большим запасом прочности.

МЕХАНИЧЕСКАЯ СТОЙКОСТЬ

Удачный исход монтажа супердиффузионной мембраны зависит от механической стойкости материала. Механические повреждения мембраны – это основной риск при монтаже. Для благополучного исхода приходиться либо тщательно заклеивать прорывы, либо использовать более прочные мембраны.

ДИФФУЗИОННОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ: ЧЕМ МЕНЬШЕ, ТЕМ ЛУЧШЕ

Способность пропускать пар – важнейшая задача для кровельной мембраны и основное её отличие от гидробарьера. Высокая паропроницаемость вместе с абсолютной гидроизоляционной способностью открыли уникальные возможности в строительных технологиях, особенно в строительстве мансард и кровель. Диффузионное «открытие» кровельного пирога освобождает здание от излишней влаги. Это означает замедление прогрессирующих изменений в конструкциях, так же предотвращение изменений параметров конструкционных материалов, замедление разрушения. Напомню, что с применением сепердиффузионной кровельной мембраны отпала необходимость в вентиляционном зазоре между «строительной плёнкой» и утеплителем это приводит к прекрасному эффекту: утеплитель а соответственно и вся крыша не охлаждаются. Если быть точным, то надо сказать, что охлаждение замедляется в 3 – 4 раза.

Паропропускающая способность супердиффузионной мембраны измеряется в количестве граммов водяного пара, проходящую через 1 квадратный метр полотна в течении 24-х часов. При этом, проникновение пара происходит естественным образом при температуре окружающей среды 20 градусов. На практике пропускная способность мембраны будет существенно выше, поскольку изнутри кровельного пирога всегда давит тёплый воздух, а над поверхностью супердиффузионой мембраны непрерывно происходит конвекционное движение воздуха. Нужно знать, что единственный честный показатель для оценки эффективности супердиффузионной мембраны – это коэффициент диффузионного сопротивления Sd. Измеряется он в метрах. Речь идёт о величине, которая диффузионно равна слою воздуха. Sd показывает, какой слой воздуха проникает сквозь единицу площади полотна. Чем меньше коэффициент, тем выше способность пропускать пар. Для кровельной мембраны высокого качества Sd составит от 0,015 до 0,04 метра. Для дешевых мембран Sd составит 0,05 и больше метров.

УЛЬТРАФИОЛЕТОВАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ

УФ стабильность – относительно важный показатель. Стойкость к УФ лучам необходима для своевременного выполнения строительных работ и обычно составляет 4 – 5 недель. Если мембрану передержать под солнечным светом, можно столкнуться с постепенным снижением термической стойкости кровельной мембраны. Маркировка СЕ на полотне означает, что супердиффузионная мембрана протестирована на стойкость всех эксплуатационных показателей, в том числе и на УФ стабильность. В процессе исследования на кровельную мембрану производят различные виды воздействий, таким образом ускорено воспроизводится многолетний процесс старения материала.

В паспорте мембраны указаны все результаты испытания. По таким данным можно объективно сравнивать и оценивать кровельные мембраны разных производителей. Срок УФ стабильности подразумевает окончание как наружных, так и внутренних работ, то есть нужно осуществить полную изоляцию мембраны от солнечного света. В противном случае облучение материала в течении нескольких лет приведёт к полной или значительной потери свойств на облучаемом участке. Вывод прост: минимизировать время освещения мембраны.

СТОЙКОСТЬ К ПЕРЕПАДАМ ТЕМПЕРАТУР

Часто эту характеристику именуют термоустойчивость супердиффузионной мембраны. На практике это стойкость к температурным колебаниям, которые воздействуют на материал. В летнее время температура на поверхности крыши повышается до +80 градусов. И это в наших широтах! Разогревание супердиффузионной мембраны до температуры 120 градусов оставляет материал в первоначальном состоянии. Однако температурное расширение всех кровельных конструкций может привести к разрушению полотна мембраны. Предотвратить повреждение можно оставляя запас мембраны до 10% при монтаже, иными словами мембраны и плёнки после монтажа свободно висят на стропилах.

Для скатной кровли важны свойства подкровельного покрытия. Этот слой стал вторым щитом или вторым заслоном в противостоянии с силами природы. Этот щит хранит коттедж от проникновения воды будь то по причине задувания атмосферных осадков или по причине выпадания конденсата внутри крыши и стен. Наконец если произошло случайное повреждение целостности кровли второй заслон будет выполнять функции кровли столько, сколько понадобится хозяину коттеджа. Последние двадцать лет популярность строительных плёнок и мембран росла неуклонно. На будущее прогноз однозначен: плёнки и мембраны будут становиться всё лучше, а сфера их применения всё шире.

Назначение, разновидности и технология монтажа гидроизоляционной мембраны FAKRO

Все о гидроизоляционной мембране FAKRO: технические характеристики, преимущества, применение. Как правильно укладывать материал, расчет необходимого количества рулонов и последовательность монтажа.

Мембрана FAKRO EUROTOP – специальный материал, который используется в качестве подкровельной гидроизоляции и для защиты утеплителя от влаги, проникающей под кровлю и фасад дома. Свою популярность мембрана приобрела за счет относительно невысокой стоимости и хороших технических характеристик, которые позволяют использовать ее практически в любых климатических условиях.

Гидроизоляционная мембрана FAKRO – это 3-слойный материал, который состоит из сплошной полимерной пленки, защищенной с обеих сторон слоем нетканого полипропиленового полотна. За счет особой прочности полипропилена FAKRO выдерживает значительные механические нагрузки, перемещение по шероховатой и грубой поверхности во время монтажа. Мембрана выпускается в виде пленки, свернутой в рулон, компактный при хранении и удобный при транспортировке.

Как выглядит гидроизоляционная мембрана FAKRO

Важный параметр гидроизоляционной мембраны – паропроницаемость

Самая важная характеристика гидроизоляционных мембран – способность пропускать через себя пар. Она определяется как количество водяного пара, который за сутки проходит через мембрану площадью 1 м². Именно этот параметр приводится во всех спецификациях материалов, применяемых для гидроизоляции кровли. Благодаря способности пропускать пар мембрана позволяет выводить влагу из теплоизоляционного материала, не давая ей скапливаться на поверхности утеплителя.

Мембрана FAKRO относится к супердиффузионным, поскольку имеет коэффициент паропроницаемости более 1000 г/м² в сутки. В целом классификация мембран по этому критерию выделяет следующие виды:

псевдодиффузионные с паропроницаемостью до 300 г/м²в сутки;
диффузионные – 400-1000 г/м²в сутки;
супердиффузионные – более 1000 г/м²в сутки.

Обратите внимание: считается, что для эффективного удаления влаги из утеплителя паропроницаемость мембраны должна быть не менее 400 г/м²_{в сутки. Для максимально возможной скорости выведения влаги паропроницаемость должна быть больше 1000 г/м² в сутки.}

Приводимая производителем паропроницаемость выступает идеальной, т. е. максимальной (измеряется при комнатной температуре и максимальной разности влажности воздуха по обе стороны от материала). По этой причине было введено понятие рабочей паропроницаемости, которая несколько ниже декларируемой (идеальной), а на практике считают достаточной паропроницаемость более 600 г/м² в сутки.

Еще одна важная характеристика – коэффициент сопротивления диффузии водяного пара

Мембрана FAKRO эксплуатируется в воздушной среде, поэтому ее сопротивление диффузии водяного пара сравнивают с тем же параметром для сухого воздуха. Для этого вводится понятие коэффициента сопротивления диффузии водяного пара. Он отражает, во сколько раз сильнее мембрана сопротивляется прохождению через нее водяного пара, чем такой же слой сухого воздуха.

На практике коэффициент сопротивления диффузии водяного пара не слишком информативен. Поэтому в практических расчетах чаще используют производный от него коэффициент, который называют эквивалентной толщиной сопротивления диффузии водяного пара и обозначают S_d. Его определяют по такой формуле:

S_d = µ · d,

где µ – коэффициент сопротивления диффузии водяного пара, d – толщина мембраны.

S_d измеряется в метрах (м) и в физическом смысле обозначает то, какой толщине воздушного слоя эквивалентна мембрана по ее паропроницаемости. Этот параметр важен при расчете способности пропускать пар многослойных конструкций, к которым относится и утепленная крыша.

Для чего нужна гидроизоляционная мембрана

Утеплитель и внутренние конструкции кровли из-за суточных изменений температур подвергаются образованию конденсата. Он образуется на внутренней стороне кровельного покрытия, после чего начинает скатываться вниз или капать. Вода попадает под кровлю и при сильном дожде или ветре. Влага приводит к преждевременной порче утеплителя – его теплоизолирующие свойства ухудшаются.

Советуем изучить: «Все виды утеплителей: классификация по свойствам и составу».

Расположение гидроизоляционной мембраны в кровельном покрытии

Гидроизоляционная мембрана выполняет несколько функций.

Надежно защищает теплоизоляцию от влаги и атмосферных осадков, предотвращая разрушение материала.
Препятствует выдуванию верхнего слоя утеплителя.
Обеспечивает дополнительное пространство для теплоизоляции за счет того, что может укладываться без устройства второго вентиляционного зазора.

Обратите внимание: мембрана FAKRO за счет устойчивости к УФ-излучению может в течение 3 месяцев выполнять функцию временной кровли. Это становится настоящим спасением в случаях задержки монтажа кровельного покрытия.

Сферы применения мембраны FAKRO

Основное предназначение диффузионной мембраны – гидроизоляция на скатной кровле, межэтажном перекрытии. Материал применяют в каркасном домостроении и при утепленных вентилируемых фасадах. Важным условием правильного действия мембраны выступает выполнение крыши таким образом, чтобы между кровельным покрытием и обрешеткой была обеспечена возможность прохождения вентиляционного воздуха.

В качестве дистанционного слоя под вентилируемой кровлей

В этом случае используется мембрана EUROTOP S265 MaxS. Она выполняет сразу две функции: защищает утеплитель от влаги, которая поступает с вентилируемым воздухом, и служит дистанционным элементом, отделяющим теплоизоляцию так, чтобы обеспечить определенную величину вентиляционного зазора. В качестве дистанционного слоя мембрану используют в совмещенных крышах и в межэтажных перекрытиях из деревянных балок.

Очень часто материал применяют при обустройстве фальцевой кровли. Она близка к плоским крышам (имеет уклон от 3°) и состоит из картин (элементов в виде листов с подготовленной кромкой), соединенных между собой стоячими фальцами.

Как выглядит фальцевая кровля

В фальцевой кровле теплоизоляция монтируется отдельно от покрытия. В основном такая система применяется в крышах, где утеплитель укладывают между балками над жилыми мансардами или на обшивке (цементно-волокнистые плиты, битумная черепица и пр.).

Если ваша кровля имеет уклон более 5°, то для ее безопасной эксплуатации советуем изучить: «Расчет количества снегозадержателей на крышу».

Для уплотнения плит надстропильной теплоизоляции

Здесь гидроизоляционная мембрана защищает соединения досок, фанер и плит OSB, поскольку в стыки между ними тоже может попадать вода. Еще материал хорошо подходит для защиты полиуретановых и PIR-плит.

Применение гидроизоляционной мембраны FAKRO

В качестве ветроизоляционного слоя

Будучи высокопаропроницаемой, мембрана FAKRO часто применяется в качестве защиты от сквозняков каркасных и кирпичных стен, которые утепляют сухим методом на стальной или деревянной сетке.

Но здесь очень важно учитывать способность мембраны пропускать пар в обе стороны, в связи с чем это может вызвать увлажнение. Это наиболее неблагоприятно для каркасных стен, особенно тех, что слабее всего прогреваются (северная сторона) и хуже вентилируются ветром (закрыты другими объектами). В таких ситуациях вместо мембраны рекомендуют использовать ветроизоляцию с низкой паропроницаемостью.

Разновидности гидроизоляционной мембраны FAKRO

Материал классифицируется по плотности, которая влияет на степень паропроницаемости. По этому критерию выделяют:

Отдельно выделяют мембраны с самоклеящимся слоем, который облегчает процесс монтажа материала. В линейке FAKRO с такими свойствами представлены 2 вида мембраны:

Сравнительная таблица характеристик разных видов мембраны FAKRO

Наименование	EUROTOP L2	EUROTOP N15	EUROTOP N35	EUROTOP T-150 с самоклеящимся слоем	EUROTOP T-180 с самоклеящимся слоем	EUROTOP S265 MaxS	THERMOFOL 90 AL
Вес, г/м²	90	115	135	150	180	265	90
Паропроницаемость, г/м² в сутки	3100	2800	2900	1500	1200	—	Непаропроницаема
Продольное сопротивление на разрыв, Н/5 см	200	230	280	350	420	500	250
Допустимая температура эксплуатации	от -40 до +120°С	от -40 до +120°С	от -40 до +120°С	от -40 до +80°С	от -40 до +80°С	от -40 до +120°С	от -40 до +80°С
Класс горючести	Г4	Г4	Г4	Г4	Г4	Г4	Г4
Эквивалентная толщина сопротивления диффузии водяного пара – S_d, м	0,015	0,015	0,015	0,020	0,020	0,020	—
Размеры, м	1,5х50	1,5х50	1,5х50	1,5х50	1,5х50	1,5х30	1,5х50
Устойчивость к воздействию солнечных лучей, месяцы	3	3	3	3	3	3	3

Используя размеры рулонов, можно произвести расчет необходимого количества мембраны или пленки. Для этого площадь, которую требуется гидроизолировать (площадь кровли или фасада), необходимо поделить на площадь одного рулона.

Важно: при расчете необходимого количества рулонов не забудьте учесть необходимость нахлеста полотен. Для этого величину нахлеста (10 см) необходимо вычесть из ширины полотна с обеих сторон – 1,5-0,1-0,1 = 1,3 м. Именно такую ширину и нужно использовать при расчете.

Особый вид продукции FAKRO – пленка THERMOFOL 90 AL

Материал THERMOFOL 90 AL – это 3-слойная пленка, в составе которой присутствуют:

Защитный экран в виде алюминизированного полипропилена, отражающего тепловое излучение.
Полипропиленовая сетка, обеспечивающая материалу прочность.
Полиэтилен, выступающий в качестве последнего слоя.

Подобная пленка подходит для объектов и помещений с высоким уровнем влажности, например, бань. При использовании пленки важно соблюдать ряд правил:

обращать пленку металлизированным слоем в сторону источника водяных паров;
обеспечивать между пленкой и отделкой вентиляционный зазор шириной не менее 4-6 см.

В целом THERMOFOL 90 AL можно использовать для пароизоляции стен и скатных крыш.

Алюминизированная мембрана FAKRO

В чем плюсы гидроизоляционной мембраны FAKRO

Универсальность. Несмотря на разные функции гидро- и пароизоляционных пленок, они считаются взаимозаменяемыми. Это значит, что гидроизоляцию можно использовать в качестве защиты от парообразования под кровлей, а пароизоляцию – для защиты от атмосферных осадков.
Продуманные размеры. Ширина рулона 1,5 м оптимальна для осуществления монтажа. Она минимизирует количество швов.
Возможность укладки в любое время года. Это обусловлено тем, что мембрана и пленка имеют широкий диапазон эксплуатационных температур. Причем технология укладки при разной температуре одинаковая.
Высокая эластичность. Еще одно свойства мембраны, которое обеспечивает простоту ее монтажа. Для закрепления материала поверх теплоизоляции понадобится совсем немного времени, и справиться с этим можно и в одиночку.
Высокая прочность на разрыв. В процессе монтажа исключен риск разрыва мембраны. Это очень важно, поскольку даже небольшое отверстие уже не позволит выполнять пленке свои изоляционные функции.
Длительный срок службы. По окончании устройства кровли вам не придется часто менять гидроизоляцию и тратить на это лишние средства. Необходимость замены возникает только в случае механического повреждения пленки.

Обратите внимание: за счет высокой паропроницаемости мембрану FAKRO можно укладывать внахлест, а еще на всю крышу, включая конек.

Особенности монтажа мембран FAKRO

Укладку мембраны ведут горизонтально, начиная от карниза и двигаясь по направлению к коньку. Полотна укладывают с нахлестом минимум 10 см – можно ориентироваться на пунктирные линии по краю материала (они расположены как раз на расстоянии 10 см от края). На коньке материал можно монтировать и с перехлестом.

Монтаж мембран FAKRO

Для крепления мембраны используют:

Степлер или толевые гвозди – для крепления к несущей системе крыши. Места креплений в дальнейшем, как правило, закрывают контробрешеткой, поскольку они носят технологический характер.
Уплотнительную ленту – для крепления к кровельным конструкциям кровли (каминным трубам, люкам и пр.).
Рейки – для фиксации в полах и перекрытиях. Здесь мембрану крепят к нижней стороне балок или оборачивают вокруг них.

В линейке продукции FAKRO есть специальные соединительные ленты T1020, которые предназначены именно для монтажа пленки. Она обеспечивает плотное примыкание материала к мансардным окнам, каминным трубам и прочим элементам кровли.

В заключение

Супердиффузионная мембрана FAKRO – универсальный материал, который может выступать в качестве паро-, гидро- и ветрозащиты кровли и фасадов, а еще в течение 3 месяцев быть временной кровлей. Мембрана устойчива к низким температурам и солнечному излучению. Материал поставляется в удобной рулонной форме, а еще он прост в монтаже, устойчив к механическим повреждениям. Мембрану можно укладывать на все элементы кровли, в том числе конек, а пленку – использовать в качестве дополнительной защиты бани и прочих помещений с высокой влажностью.

Диффузионная мембрана изоспан в Ставрополе

ИЗОЛАЙК А

ПАРОПРОНИЦАЕМАЯ ВЕТРО-ВЛАГОЗАЩИТНАЯ МЕМБРАНА
ИЗОЛАЙК А – однослойная паропроницаемая мембрана, предназначенная для защиты утеплителя и внутренних конструкций кровель и стен от возможного проникновения атмосферной влаги, а так же обеспечивает выведение водяных паров из подкровельного пространства и утеплителя. Применение паропроницаемой мембраны позволяет сохранить теплозащитные характеристики утеплителя и продлить срок службы всей конструкции.

ИЗОЛАЙК А2

ГИДРО-ВЕТРОЗАЩИТНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ МЕМБРАНА
Изолайк А2 – это экономичная двухслойная гидро-ветрозащитная мембрана. Применяется для защиты утеплителя и элементов кровли и стен от ветра, пыли, конденсата и влаги из внешней среды. Мембрана укладывается на утеплитель без устройства вентиляционного зазора, что позволяет избежать затрат на обрешетку. Благодаря своему строению, в основе которого лежит диффузионная мембрана, материал Изолайк А2 имеет высокую паропропускающую способность и водоупорность.

ИЗОЛАЙК А3

ГИДРО-ВЕТРОЗАЩИТНАЯ ТРЁХСЛОЙНАЯ МЕМБРАНА
Изолайк А3 – это трехслойная гидро-ветрозащитная мембрана. Применяется для защиты утеплителя и элементов кровли и стен от ветра, пыли, конденсата и влаги из внешней среды. Мембрана укладывается на утеплитель без устройства вентиляционного зазора, что позволяет избежать затрат на обрешетку. Благодаря своему строению, в основе которого лежит диффузионная мембрана, материал Изолайк А3 имеет высокую паропропускающую способность и водоупорность. Применение трехслойной мембраны Изолайк А3 позволяет сохранить теплозащитные характеристики утеплителя, продлить срок службы всей конструкции и вести монтажные работы при любых погодных условиях.

ИЗОЛАЙК B

ПАРОИЗОЛЯЦИЯ
ИЗОЛАЙК В – пароизоляционный материал. Используется в качестве паробарьера для защиты строительных конструкций и утеплителя от насыщения парами воды изнутри помещения в зданиях любого типа. Материал имеет двухслойную структуру: одна сторона гладкая, другая с шероховатой поверхностью для удержания конденсата и последующего его испарения. Благодаря этому существенно улучшаются теплоизолирующие свойства утеплителя. В холодный период материал препятствует образованию конденсата, грибковому заражению и коррозии элементов конструкции; защищает внутреннее пространство здания от проникновения частиц волокнистого утеплителя.

ИЗОЛАЙК C

ГИДРО – ПАРОИЗОЛЯЦИЯ
Изолайк С – гидро-пароизоляционный материал. Создан на основе ламинированного полипропиленового полотна повышенной плотности. Высокие качества полотна являются следствием неоднородности его конструкции. С наружной стороны материал имеет гладкую поверхность, обладающую паронепроницаемыми свойствами. Противоположная сторона имеет шероховатую поверхность, которая способствует удержанию капель конденсата и последующему их испарению.

ИЗОЛАЙК D

ГИДРО – ПАРОИЗОЛЯЦИЯ ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ
Изолайк D – универсальный гидро-пароизоляционный материал высокой прочности. Создан на основе полипропиленовой ткани с односторонним ламинированием из полипропиленовой пленки. Применяется для защиты строительных конструкций от проникновения водяных паров, конденсата, атмосферной и капиллярной влаги. Материал обладает высокой прочностью и выдерживает значительные механические усилия в процессе монтажа и может длительное время нести дополнительную нагрузку, например в виде снега. В составе материала стоит диффузионная мембрана.

ИЗОЛАЙК FT

ОТРАЖАЮЩАЯ ГИДРО-ПАРОИЗОЛЯЦИЯ
Изолайк FT– это полипропиленовое нетканое полотно, дублированное металлизированной пленкой. Материал обладает способностью отражать тепловое излучение от нагревательной системы и выполнять функции гидро-пароизоляции. Изолайк FT предназначен для защиты утеплителя и строительных конструкций кровли и стен от проникновения влаги и ветра из внешней среды, а также от паров воды изнутри помещения. Изолайк FT улучшает теплотехнические параметры утеплителя и продлевает срок службы всей конструкции, а также позволяет сократить затраты на отопление помещения.

ИЗОЛАЙК FL

МЕТАЛЛИЗИРОВАННАЯ КЛЕЙКАЯ ЛЕНТА
Изолайк FL – это металлизированная клейкая лента на полипропиленовой основе, предназначенная для соединения между собой полотен материала Изолайк FT. При соединении полотен создает единую теплоотражающую поверхность. Обеспечивает герметичность, а также защищает от проникновения пыли и влаги. Отличается высокой прочностью на разрыв, большой износостойкостью и высокой клейкостью мембраны.

ИЗОЛАЙК FS

ОТРАЖАЮЩАЯ ТЕПЛО-ПАРО-ГИДРОИЗОЛЯЦИИ
Изолайк FS – это отражающий тепло-паро-гидроизоляционный материал. Изготовлен на основе вспененного полиэтилена, дублированного металлизированной плёнкой (лавсан). Обладает следующими свойствами: упругость, эластичность, гибкость, высокая химическая и биологическая стойкость, высокие амортизирующие свойства, устойчивость к ударным нагрузкам, гидрофобность и низкое водопоглащение, экологическая безопасность, долговечность.

Характеристики

Наименование материала	Плотность, гр./м²	Разрывная нагрузка прод./попер., Н/5 см, не менее	Паропроницаемость гр./м²/сут., не менее	Водоупорность мм.вод.ст, не менее
Изолайк А	100	200/180	4000	200
Изолайк А2	85	100% полипропилен	160/71	1452
Изолайк А2	90	100% полипропилен	218/108	1299
Изолайк В	70	170/70	3,2	1000
Изолайк С	90	236/116	2,5	1000
Изолайк D	96	812/782	4,8	1000
Изолайк FT	80	270/305	паронепроницаемый	водонепроницаемый
Изолайк FS	95	0,038	паронепроницаемый	водонепроницаемый

Транспортировка через мембраны | Безграничная анатомия и физиология

Распространение

Диффузия — это процесс пассивного переноса, при котором молекулы перемещаются из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией.

Цели обучения

Опишите диффузию и факторы, влияющие на перемещение материалов через клеточную мембрану.

Основные выводы

Ключевые моменты

Вещества диффундируют согласно градиенту их концентрации; Внутри системы разные вещества в среде будут диффундировать с разной скоростью в соответствии с их индивидуальными градиентами.
После того, как вещество полностью диффундировало в пространстве, устранив градиент его концентрации, молекулы по-прежнему будут перемещаться в пространстве, но не будет общего движения количества молекул из одной области в другую, состояние, известное как динамическое равновесие.
На скорость диффузии растворенного вещества влияют несколько факторов, включая массу растворенного вещества, температуру окружающей среды, плотность растворителя и пройденное расстояние.

Ключевые термины

диффузия : Пассивное движение растворенного вещества через проницаемую мембрану
градиент концентрации : градиент концентрации присутствует, когда мембрана разделяет две разные концентрации молекул.

Примеры

Когда кто-то готовит еду на кухне, запах начинает распространяться по дому, и в конце концов каждый может сказать, что на ужин! Это происходит из-за распространения молекул запаха по воздуху из зоны с высокой концентрацией (кухня) в зоны с низкой концентрацией (ваша спальня наверху).

Распространение — это пассивный транспортный процесс. Отдельное вещество имеет тенденцию перемещаться из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией до тех пор, пока концентрация в пространстве не станет одинаковой.Вы знакомы с диффузией веществ по воздуху. Например, представьте, как кто-то открывает бутылку с нашатырным спиртом в комнате, заполненной людьми. Газообразный аммиак находится в самой высокой концентрации в баллоне; его самая низкая концентрация — на краях комнаты. Пары аммиака будут диффундировать или распространяться от бутылки; постепенно все больше и больше людей будут чувствовать запах аммиака по мере его распространения. Материалы перемещаются в цитозоле клетки путем диффузии, а некоторые материалы перемещаются через плазматическую мембрану путем диффузии.Распространение не требует затрат энергии. Напротив, градиенты концентрации являются формой потенциальной энергии, рассеиваемой по мере устранения градиента.

Диффузия : Диффузия через проницаемую мембрану перемещает вещество из области высокой концентрации (в данном случае внеклеточная жидкость) вниз по градиенту концентрации (в цитоплазму).

Каждое отдельное вещество в среде, такой как внеклеточная жидкость, имеет свой собственный градиент концентрации, независимый от градиентов концентрации других материалов.Кроме того, каждое вещество будет диффундировать в соответствии с этим градиентом. Внутри системы будут разные скорости диффузии различных веществ в среде.

Факторы, влияющие на диффузию

Молекулы непрерывно движутся случайным образом со скоростью, которая зависит от их массы, окружающей среды и количества тепловой энергии, которой они обладают, которая, в свою очередь, зависит от температуры. Это движение объясняет диффузию молекул через любую среду, в которой они локализованы.Вещество будет стремиться перемещаться в любое доступное ему пространство, пока оно не будет равномерно распределено по нему. После того, как вещество полностью диффундировало через пространство, устраняя градиент его концентрации, молекулы все еще будут перемещаться в пространстве, но не будет общего перемещения количества молекул из одной области в другую. Это отсутствие градиента концентрации, при котором нет чистого движения вещества, известно как динамическое равновесие. Хотя диффузия будет происходить при наличии градиента концентрации вещества, на скорость диффузии влияют несколько факторов:

Степень градиента концентрации: Чем больше разница в концентрации, тем быстрее происходит диффузия.Чем ближе распределение материала к равновесию, тем медленнее становится скорость диффузии.
Масса диффундирующих молекул: Более тяжелые молекулы движутся медленнее; поэтому они распространяются медленнее. Обратное верно для более легких молекул.
Температура: Более высокие температуры увеличивают энергию и, следовательно, движение молекул, увеличивая скорость диффузии. Более низкие температуры уменьшают энергию молекул, тем самым уменьшая скорость диффузии.
Плотность растворителя: по мере увеличения плотности растворителя скорость диффузии уменьшается. Молекулы замедляются, потому что им труднее проходить через более плотную среду. Если среда менее плотная, диффузия увеличивается. Поскольку клетки в первую очередь используют диффузию для перемещения материалов внутри цитоплазмы, любое увеличение плотности цитоплазмы будет препятствовать перемещению материалов. Примером этого является человек, страдающий обезвоживанием. По мере того как клетки организма теряют воду, скорость диффузии в цитоплазме снижается, а функции клеток ухудшаются.Нейроны очень чувствительны к этому эффекту. Обезвоживание часто приводит к потере сознания и, возможно, коме из-за снижения скорости диффузии внутри клеток.
Растворимость: Как обсуждалось ранее, неполярные или жирорастворимые материалы легче проходят через плазматические мембраны, чем полярные материалы, что обеспечивает более высокую скорость диффузии.
Площадь поверхности и толщина плазматической мембраны: увеличенная площадь поверхности увеличивает скорость диффузии, тогда как более толстая мембрана снижает ее.
Пройденное расстояние: чем больше расстояние, которое должно пройти вещество, тем медленнее скорость диффузии. Это накладывает верхнее ограничение на размер ячейки. Большая сферическая клетка погибнет, потому что питательные вещества или отходы не могут достичь центра клетки или покинуть ее. Следовательно, клетки должны быть либо небольшими по размеру, как у многих прокариот, либо уплощенными, как у многих одноклеточных эукариот.

Разновидностью диффузии является процесс фильтрации. При фильтрации материал перемещается через мембрану в соответствии с градиентом его концентрации; иногда скорость диффузии увеличивается за счет давления, в результате чего вещества фильтруются быстрее.Это происходит в почках, где кровяное давление заставляет большое количество воды и сопутствующих растворенных веществ или растворенных веществ выводиться из крови в почечные канальцы. Скорость диффузии в этом случае почти полностью зависит от давления. Одним из последствий высокого кровяного давления является появление белка в моче, который «выдавливается» из-за аномально высокого давления.

Осмос

Осмос — это движение воды через мембрану из области с низкой концентрацией растворенного вещества в область с высокой концентрацией растворенного вещества.

Цели обучения

Опишите процесс осмоса и объясните, как градиент концентрации влияет на осмос

Основные выводы

Ключевые моменты

Осмос происходит в соответствии с градиентом концентрации воды на мембране, который обратно пропорционален концентрации растворенных веществ.
Осмос происходит до тех пор, пока градиент концентрации воды не станет равным нулю или пока гидростатическое давление воды не уравновесит осмотическое давление.
Осмос происходит, когда в растворе есть градиент концентрации растворенного вещества, но мембрана не позволяет диффузии растворенного вещества.

Ключевые термины

растворенное вещество : любое вещество, растворенное в жидком растворителе для создания раствора
осмос : Чистое перемещение молекул растворителя из области с высоким потенциалом растворителя в область с более низким потенциалом растворителя через частично проницаемую мембрану
полупроницаемая мембрана : Тип биологической мембраны, которая позволяет определенным молекулам или ионам проходить через нее путем диффузии, а иногда и путем специальной облегченной диффузии

Осмосные и полупроницаемые мембраны

Осмос — это движение воды через полупроницаемую мембрану в соответствии с градиентом концентрации воды через мембрану, который обратно пропорционален концентрации растворенных веществ.Полупроницаемые мембраны, также называемые селективно проницаемыми мембранами или частично проницаемыми мембранами, позволяют определенным молекулам или ионам проходить через диффузию.

В то время как диффузия переносит материалы через мембраны и внутри клеток, осмос переносит только воду через мембрану. Полупроницаемая мембрана ограничивает диффузию растворенных веществ в воде. Неудивительно, что белки аквапорины, которые способствуют движению воды, играют большую роль в осмосе, особенно в красных кровяных тельцах и мембранах почечных канальцев.

Механизм осмоса

Осмос — это особый случай диффузии. Вода, как и другие вещества, перемещается из области высокой концентрации в область низкой концентрации. Возникает очевидный вопрос: что вообще заставляет воду двигаться? Представьте себе стакан с полупроницаемой мембраной, разделяющей две стороны или половинки. С обеих сторон мембраны уровень воды одинаков, но существуют разные концентрации растворенного вещества или растворенного вещества, которое не может пересечь мембрану (в противном случае концентрации на каждой стороне были бы уравновешены растворенным веществом, пересекающим мембрану).Если объем раствора с обеих сторон мембраны одинаков, но концентрации растворенных веществ различаются, то с каждой стороны мембраны находятся разные количества воды, растворителя. Если в одной области больше растворенного вещества, значит, воды меньше; если в одной области меньше растворенного вещества, значит, воды должно быть больше.

Чтобы проиллюстрировать это, представьте себе два полных стакана воды. В одном — одна чайная ложка сахара, а во втором — четверть стакана сахара.Если общий объем растворов в обеих чашках одинаков, в какой чашке больше воды? Поскольку большое количество сахара во второй чашке занимает гораздо больше места, чем чайная ложка сахара в первой чашке, в первой чашке больше воды.

Осмос : При осмосе вода всегда перемещается из области с более высокой концентрацией воды в область с более низкой концентрацией. На представленной диаграмме растворенное вещество не может проходить через избирательно проницаемую мембрану, а вода может.

Возвращаясь к примеру со стаканом, напомним, что в нем есть смесь растворенных веществ по обе стороны от мембраны. Принцип диффузии заключается в том, что молекулы перемещаются и при возможности равномерно распространяются по среде. Однако через нее будет диффундировать только материал, способный проходить через мембрану. В этом примере растворенное вещество не может диффундировать через мембрану, а вода может. Вода в этой системе имеет градиент концентрации. Таким образом, вода будет диффундировать вниз по градиенту концентрации, пересекая мембрану в сторону, где она менее концентрирована.Эта диффузия воды через мембрану — осмос — будет продолжаться до тех пор, пока градиент концентрации воды не станет равным нулю или пока гидростатическое давление воды не уравновесит осмотическое давление. В примере со стаканом это означает, что уровень жидкости на стороне с более высокой концентрацией растворенного вещества будет повышаться.

Тоничность

Тоничность, которая напрямую связана с осмолярностью раствора, влияет на осмос, определяя направление потока воды.

Цели обучения

Определите тоничность и опишите, насколько она важна для осмоса

Основные выводы

Ключевые моменты

Осмолярность описывает общую концентрацию растворенного вещества в растворе; растворы с низкой концентрацией растворенных веществ имеют низкую осмолярность, тогда как растворы с высокой осмолярностью имеют высокую концентрацию растворенных веществ.
Вода движется со стороны мембраны с более низкой осмолярностью (и большим количеством воды) в сторону с более высокой осмолярностью (и меньшим количеством воды).
В гипотоническом растворе внеклеточная жидкость имеет более низкую осмолярность, чем жидкость внутри клетки; вода попадает в клетку.
В гипертоническом растворе внеклеточная жидкость имеет более высокую осмолярность, чем жидкость внутри клетки; вода уходит из клетки.
В изотоническом растворе внеклеточная жидкость имеет ту же осмолярность, что и клетка; чистого движения воды в ячейку и из нее не будет.

Ключевые термины

осмолярность : Осмотическая концентрация раствора, обычно выражаемая в осмолях растворенного вещества на литр раствора.
гипотонический : имеющий более низкое осмотическое давление, чем другое; клетка в этой среде заставляет воду попадать в клетку, вызывая ее набухание.
гипертонический : имеющий большее осмотическое давление, чем другой
изотонический : имеющий такое же осмотическое давление

Примеры

Тоничность — причина, по которой морские рыбы не могут жить в пресной воде и наоборот.Клетки соленой рыбы эволюционировали, чтобы иметь очень высокую концентрацию растворенных веществ, чтобы соответствовать высокой осмолярности соленой воды, в которой они живут. Если вы поместите соленую рыбу в пресную воду с низкой осмолярностью, вода из окружающей среды потечет. в клетки рыб, в конечном итоге заставляя их взрываться и убивать рыбу.

Тоничность описывает, как внеклеточный раствор может изменять объем клетки, влияя на осмос. Тоничность раствора часто напрямую зависит от его осмолярности.Осмолярность описывает общую концентрацию растворенного вещества в растворе. Раствор с низкой осмолярностью имеет большее количество молекул воды по сравнению с количеством растворенных частиц; раствор с высокой осмолярностью имеет меньше молекул воды по сравнению с частицами растворенного вещества. В ситуации, когда растворы двух различных осмолярностей разделены мембраной, проницаемой для воды, но не для растворенного вещества, вода будет перемещаться со стороны мембраны с более низкой осмолярностью (и большим количеством воды) в сторону с более высокой осмолярностью (и меньше воды).Этот эффект имеет смысл, если вы помните, что растворенное вещество не может перемещаться через мембрану, и, следовательно, единственный компонент в системе, который может двигаться — вода — движется по собственному градиенту концентрации. Важное различие, касающееся живых систем, заключается в том, что осмолярность измеряет количество частиц (которые могут быть молекулами) в растворе. Следовательно, раствор, мутный от клеток, может иметь более низкую осмолярность, чем раствор, который является прозрачным, если второй раствор содержит больше растворенных молекул, чем клеток.

Гипотонические решения

Три термина — гипотонический, изотонический и гипертонический — используются для связи осмолярности клетки с осмолярностью внеклеточной жидкости, содержащей клетки. В гипотонической ситуации внеклеточная жидкость имеет более низкую осмолярность, чем жидкость внутри клетки, и вода поступает в клетку. (В живых системах точкой отсчета всегда является цитоплазма, поэтому приставка гипо- означает, что внеклеточная жидкость имеет более низкую концентрацию растворенных веществ или более низкую осмолярность, чем цитоплазма клетки.Это также означает, что внеклеточная жидкость имеет более высокую концентрацию воды в растворе, чем клетка. В этой ситуации вода будет следовать своему градиенту концентрации и попадет в ячейку, заставляя ячейку расширяться.

Изменения формы клеток из-за растворенных веществ : Осмотическое давление изменяет форму эритроцитов в гипертонических, изотонических и гипотонических растворах.

Гипертонические решения

Что касается гипертонического раствора, приставка гипер- относится к внеклеточной жидкости, имеющей более высокую осмолярность, чем цитоплазма клетки; следовательно, жидкость содержит меньше воды, чем ячейка.Поскольку в ячейке относительно более высокая концентрация воды, вода покидает ячейку, и ячейка сжимается.

Изотонические растворы

В изотоническом растворе внеклеточная жидкость имеет ту же осмолярность, что и клетка. Если осмолярность клетки совпадает с осмолярностью внеклеточной жидкости, чистого движения воды внутрь или из клетки не будет, хотя вода все равно будет входить и выходить.

Клетки крови и клетки растений в гипертонических, изотонических и гипотонических растворах приобретают характерный вид.Клетки в изотоническом растворе сохраняют свою форму. Клетки в гипотоническом растворе набухают при попадании воды в клетку и могут лопнуть, если градиент концентрации между внутренней и внешней частью клетки достаточно велик. Клетки в гипертоническом растворе сжимаются по мере выхода воды из клетки, становясь сморщенными.

Облегченный транспорт

Облегченная диффузия — это процесс, при котором молекулы транспортируются через плазматическую мембрану с помощью мембранных белков.

Цели обучения

Объясните, почему и как происходит пассивный перенос

Основные выводы

Ключевые моменты

Существует градиент концентрации, который позволяет ионам и полярным молекулам диффундировать в клетку, но эти материалы отталкиваются гидрофобными частями клеточной мембраны.
Облегченная диффузия использует интегральные мембранные белки для перемещения полярных или заряженных веществ через гидрофобные области мембраны.
Канальные белки могут способствовать облегченной диффузии веществ за счет образования гидрофильного прохода через плазматическую мембрану, через который могут проходить полярные и заряженные вещества.
Канальные белки могут быть открыты в любое время, постоянно позволяя определенному веществу проникать в клетку или выходить из нее, в зависимости от градиента концентрации; или они могут быть закрыты и могут быть открыты только определенным биологическим сигналом.
Белки-носители способствуют облегчению диффузии, связывая определенное вещество, а затем изменяя свою форму, чтобы доставить это вещество в клетку или из нее.

Ключевые термины

, , облегчение диффузии. : спонтанный проход молекул или ионов через биологическую мембрану, проходящих через определенные трансмембранные интегральные белки.
мембранный белок : белки, которые прикреплены или связаны с мембраной клетки или органеллы.

Примеры

Облегченная диффузия, опосредованная каналом, очень похожа на мост через реку, который должен подниматься и опускаться, чтобы позволить лодкам проходить. Когда мост опускается, лодки не могут перейти на другую сторону реки. Точно так же белок закрытого канала часто остается закрытым, не позволяя веществам проникать в клетку до тех пор, пока он не получит сигнал (например, связывание иона) на открытие. Когда этот сигнал получен, мост (ворота) открывается, позволяя лодкам (веществу) пройти через мост на другую сторону реки (ячейку).

Облегченный транспорт — это вид пассивного транспорта. В отличие от простой диффузии, когда материалы проходят через мембрану без помощи белков, при облегченном транспорте, также называемом облегченной диффузией, материалы диффундируют через плазматическую мембрану с помощью мембранных белков. Существует градиент концентрации, который позволяет этим материалам диффундировать в клетку без затрат клеточной энергии. Однако эти материалы представляют собой ионы или полярные молекулы, которые отталкиваются гидрофобными частями клеточной мембраны.Облегченные транспортные белки защищают эти материалы от силы отталкивания мембраны, позволяя им диффундировать в клетку.

Транспортируемый материал сначала прикрепляется к рецепторам белка или гликопротеина на внешней поверхности плазматической мембраны. Это позволяет удалить материал, необходимый клетке, из внеклеточной жидкости. Затем вещества передаются определенным интегральным белкам, которые облегчают их прохождение. Некоторые из этих интегральных белков представляют собой совокупность бета-складчатых листов, которые образуют канал через фосфолипидный бислой.Другие являются белками-переносчиками, которые связываются с веществом и способствуют его диффузии через мембрану.

каналов

Канальные белки в облегченной транспортировке : Упрощенная транспортировка перемещает вещества вниз по градиенту их концентрации. Они могут пересекать плазматическую мембрану с помощью канальных белков.

Интегральные белки, участвующие в облегченном транспорте, все вместе называются транспортными белками; они функционируют либо как каналы для материала, либо как носители.В обоих случаях это трансмембранные белки. Каналы специфичны для транспортируемого вещества. Белки каналов имеют гидрофильные домены, открытые для внутриклеточной и внеклеточной жидкости; они дополнительно имеют гидрофильный канал через их ядро, который обеспечивает гидратированное отверстие через слои мембраны. Прохождение через канал позволяет полярным соединениям избегать неполярного центрального слоя плазматической мембраны, который в противном случае замедлит или предотвратит их проникновение в клетку.Аквапорины — это канальные белки, которые позволяют воде проходить через мембрану с очень высокой скоростью.

Белки канала либо открыты все время, либо они «закрыты», что контролирует открытие канала. Присоединение определенного иона к белку канала может контролировать открытие, или могут быть задействованы другие механизмы или вещества. В некоторых тканях ионы натрия и хлора свободно проходят через открытые каналы, тогда как в других тканях необходимо открыть ворота для прохождения. Пример этого происходит в почках, где обе формы каналов находятся в разных частях почечных канальцев.Клетки, участвующие в передаче электрических импульсов, такие как нервные и мышечные клетки, имеют закрытые каналы для натрия, калия и кальция в своих мембранах. Открытие и закрытие этих каналов изменяет относительную концентрацию этих ионов на противоположных сторонах мембраны, что приводит к облегчению электрической передачи по мембранам (в случае нервных клеток) или к сокращению мышц (в случае мышечных клеток).

Белки-носители

Другой тип белка, встроенного в плазматическую мембрану, — это белок-носитель.Этот белок связывает вещество и при этом вызывает изменение его собственной формы, перемещая связанную молекулу из внешней части клетки в ее внутреннюю часть; в зависимости от градиента материал может двигаться в противоположном направлении. Белки-носители обычно специфичны для одного вещества. Это увеличивает общую селективность плазматической мембраны. Точный механизм изменения формы плохо изучен. Белки могут изменять форму, когда затрагиваются их водородные связи, но это не может полностью объяснить этот механизм.Каждый белок-носитель специфичен для одного вещества, и в любой мембране имеется конечное число этих белков. Это может вызвать проблемы с транспортировкой достаточного количества материала для правильного функционирования ячейки.

Белки-носители : Некоторые вещества способны перемещаться вниз по градиенту концентрации через плазматическую мембрану с помощью белков-носителей. Белки-носители изменяют форму, перемещая молекулы через мембрану.

Пример этого процесса происходит в почках.Глюкоза, вода, соли, ионы и аминокислоты, необходимые организму, фильтруются в одной части почек. Этот фильтрат, который включает глюкозу, затем реабсорбируется в другой части почек. Поскольку существует только конечное число белков-носителей для глюкозы, если глюкозы присутствует больше, чем белки могут обработать, избыток не переносится; выводится из организма с мочой. У диабетиков это описывается как «проливание глюкозы с мочой». Другая группа белков-носителей, называемых белками транспорта глюкозы, или GLUT, участвует в транспортировке глюкозы и других гексозных сахаров через плазматические мембраны внутри организма.

Канал и белки-носители транспортируют материал с разной скоростью. Белки каналов транспортируются намного быстрее, чем белки-носители. Белки каналов способствуют диффузии со скоростью десятков миллионов молекул в секунду, тогда как белки-носители работают со скоростью от тысячи до миллиона молекул в секунду.

Роль пассивного транспорта

Пассивный транспорт, такой как диффузия и осмос, перемещает материалы с небольшой молекулярной массой через мембраны.

Цели обучения

Укажите, каким образом различные материалы пересекают клеточную мембрану

Основные выводы

Ключевые моменты

Плазменные мембраны избирательно проницаемы; если бы они потеряли эту избирательность, клетка больше не могла бы поддерживать себя.
При пассивном переносе вещества просто перемещаются из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией, что не требует затрат энергии.
Градиент концентрации, размер диффундирующих частиц и температура системы влияют на скорость диффузии.
Некоторые материалы легко диффундируют через мембрану, но для других требуются специальные белки, такие как каналы и переносчики, чтобы переносить их в клетку или из нее.

Ключевые термины

градиент концентрации : градиент концентрации присутствует, когда мембрана разделяет две разные концентрации молекул.
пассивный транспорт : движение биохимических веществ и других атомарных или молекулярных веществ через мембраны, не требующее ввода химической энергии.
проницаемый : Составляющий или относящийся к веществу, субстрату, мембране или материалу, который абсорбирует или обеспечивает прохождение жидкостей.

Введение: пассивный транспорт

Плазменные мембраны должны позволять или предотвращать попадание или выход определенных веществ из клетки. Другими словами, плазматические мембраны избирательно проницаемы; они пропускают одни вещества, но не другие.Если бы они потеряли эту избирательность, клетка больше не могла бы поддерживать себя и была бы разрушена. Некоторым клеткам требуется большее количество определенных веществ, чем другим клеткам; у них должен быть способ получения этих материалов из внеклеточных жидкостей. Это может происходить пассивно, поскольку определенные материалы перемещаются вперед и назад, или в ячейке могут быть специальные механизмы, облегчающие транспортировку. Некоторые материалы настолько важны для клетки, что она тратит часть своей энергии (гидролиз аденозинтрифосфата (АТФ)) на получение этих материалов.Красные кровяные тельца используют для этого часть своей энергии. Все клетки тратят большую часть своей энергии на поддержание дисбаланса ионов натрия и калия между внутренней и внешней частью клетки.

Наиболее прямые формы мембранного транспорта пассивны. Пассивный транспорт — это естественное явление, и оно не требует от клетки использования какой-либо энергии для выполнения движения. При пассивном переносе вещества перемещаются из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией.Говорят, что физическое пространство, в котором существует диапазон концентраций одного вещества, имеет градиент концентрации.

Пассивный транспорт : Распространение — это тип пассивного транспорта. Диффузия через проницаемую мембрану перемещает вещество из области высокой концентрации (в данном случае внеклеточная жидкость) вниз по градиенту концентрации (в цитоплазму).

Пассивные формы транспорта, диффузии и осмоса, перемещают материалы с небольшой молекулярной массой через мембраны.Вещества распространяются из областей с высокой концентрацией в области с низкой концентрацией; этот процесс продолжается до тех пор, пока вещество не будет равномерно распределено в системе. В растворах, содержащих более одного вещества, каждый тип молекулы диффундирует в соответствии со своим собственным градиентом концентрации, независимо от диффузии других веществ. На скорость диффузии могут влиять многие факторы, включая, помимо прочего, градиент концентрации, размер диффундирующих частиц и температуру системы.

В живых системах диффузия веществ в клетки и из клеток опосредуется плазматической мембраной. Некоторые материалы легко диффундируют через мембрану, но другие затрудняются; их прохождение стало возможным благодаря специализированным белкам, таким как каналы и переносчики. Химия живых существ происходит в водных растворах; уравновешивание концентраций этих растворов — постоянная проблема. В живых системах диффузия некоторых веществ была бы медленной или затрудненной без мембранных белков, облегчающих транспорт.

Основной активный транспорт

Натрий-калиевый насос поддерживает электрохимический градиент живых клеток, перемещая натрий внутрь и калий из клетки.

Цели обучения

Опишите, как клетка перемещает натрий и калий из клетки и внутрь клетки против своего электрохимического градиента.

Основные выводы

Ключевые моменты

Натрий-калиевый насос перемещает K + в ячейку, перемещая Na + в соотношении три Na + на каждые два иона K +.
Когда фермент натрий-калий-АТФаза направляется в клетку, он имеет высокое сродство к ионам натрия и связывает три из них, гидролизуя АТФ и меняя форму.
По мере того, как фермент меняет форму, он переориентируется по направлению к внешней стороне клетки, и высвобождаются три иона натрия.
Новая форма фермента позволяет двум калиям связываться и фосфатной группе отделяться, а белок-носитель перемещается внутрь клетки.
Фермент снова меняет форму, высвобождая ионы калия в клетку.
После того, как калий попадает в клетку, фермент связывает три иона натрия, что снова запускает процесс.

Ключевые термины

электрогенный насос : ионный насос, который генерирует чистый поток заряда в результате своей работы.
Na + -K + АТФаза : фермент, расположенный в плазматической мембране всех клеток животных, который выкачивает натрий из клеток, перекачивая калий в клетки.

Основной активный транспорт

Первичный активный транспорт, который функционирует с активным транспортом натрия и калия, позволяет осуществлять вторичный активный транспорт.Вторичный транспортный метод по-прежнему считается активным, поскольку он зависит от использования энергии, как и первичный транспорт.

Активный транспорт натрия и калия : Первичный активный транспорт перемещает ионы через мембрану, создавая электрохимический градиент (электрогенный транспорт).

Одним из наиболее важных насосов в клетках животных является натриево-калиевый насос (Na ⁺ -K ⁺ АТФаза), который поддерживает электрохимический градиент (и правильные концентрации Na ⁺ и K ⁺). в живых клетках.Натрий-калиевый насос перемещает два K ⁺ в ячейку, одновременно перемещая три Na ⁺ из ячейки. Na + -K + АТФаза существует в двух формах, в зависимости от ее ориентации внутри или снаружи клетки и ее сродства к ионам натрия или калия. Процесс состоит из следующих шести шагов:

Поскольку фермент ориентирован внутрь клетки, носитель имеет высокое сродство к ионам натрия. С белком связываются три иона натрия.
АТФ гидролизуется белком-носителем, и к нему присоединяется низкоэнергетическая фосфатная группа.
В результате носитель меняет форму и переориентируется по направлению к внешней стороне мембраны. Сродство белка к натрию снижается, и три иона натрия покидают носитель.
Изменение формы увеличивает сродство носителя к ионам калия, и два таких иона присоединяются к белку. Впоследствии низкоэнергетическая фосфатная группа отделяется от носителя.
После удаления фосфатной группы и присоединения ионов калия белок-носитель перемещается внутрь клетки.
Белок-носитель в своей новой конфигурации имеет пониженное сродство к калию, и два иона высвобождаются в цитоплазму. Теперь белок имеет более высокое сродство к ионам натрия, и процесс начинается снова.

В результате этого процесса произошло несколько событий. В этот момент снаружи клетки больше ионов натрия, чем внутри, и больше ионов калия внутри, чем снаружи. На каждые три выходящих иона натрия входят два иона калия.Это приводит к тому, что интерьер становится немного более негативным по сравнению с экстерьером. Эта разница в загрузке важна для создания условий, необходимых для вторичного процесса. Таким образом, натрий-калиевый насос является электрогенным насосом (насос, который создает дисбаланс заряда), создающий электрический дисбаланс на мембране и способствующий мембранному потенциалу.

Электрохимический градиент

Чтобы перемещать вещества против электрохимического градиента мембраны, клетка использует активный транспорт, который требует энергии от АТФ.

Цели обучения

Определите электрохимический градиент и опишите, как клетка перемещает вещества против этого градиента

Основные выводы

Ключевые моменты

Электрические градиенты и градиенты концентрации мембраны имеют тенденцию вытеснять натрий и калий из клетки, и активный транспорт работает против этих градиентов.
Чтобы перемещать вещества против концентрации или электрохимического градиента, клетка должна использовать энергию в форме АТФ во время активного транспорта.
Первичный активный транспорт, который напрямую зависит от АТФ, перемещает ионы через мембрану и создает разницу в заряде на этой мембране.
Вторичный активный транспорт, создаваемый первичным активным транспортом, представляет собой перенос растворенного вещества в направлении его электрохимического градиента и не требует напрямую АТФ.
Белки-носители, такие как унипортеры, симпортеры и антипортеры, осуществляют первичный активный транспорт и способствуют перемещению растворенных веществ через мембрану клетки.

Ключевые термины

аденозинтрифосфат : многофункциональный нуклеозидтрифосфат, используемый в клетках в качестве кофермента, часто называемый «молекулярной единицей энергетической валюты» при внутриклеточном переносе энергии
активный транспорт : движение вещества через клеточную мембрану против градиента его концентрации (от низкой до высокой), чему способствует преобразование АТФ
электрохимический градиент : разница в заряде и химической концентрации на мембране.

Электрохимические градиенты

Электрохимический градиент : Электрохимические градиенты возникают в результате комбинированного воздействия градиентов концентрации и электрических градиентов.

Простые градиенты концентрации — это дифференциальные концентрации вещества в пространстве или мембране, но в живых системах градиенты более сложные. Поскольку ионы входят в клетки и выходят из них, и поскольку клетки содержат белки, которые не перемещаются через мембрану и в основном заряжены отрицательно, существует также электрический градиент, разница зарядов через плазматическую мембрану.Внутренняя часть живых клеток электрически отрицательна по отношению к внеклеточной жидкости, в которой они купаются. В то же время клетки имеют более высокие концентрации калия (K ⁺) и более низкие концентрации натрия (Na ⁺), чем внеклеточная жидкость. В живой клетке градиент концентрации Na ⁺ имеет тенденцию направлять его внутрь клетки, а электрический градиент Na ⁺ (положительный ион) также имеет тенденцию перемещать его внутрь к отрицательно заряженной внутренней части.Однако с другими элементами, такими как калий, ситуация сложнее. Электрический градиент K ⁺, положительного иона, также имеет тенденцию загонять его в клетку, но градиент концентрации K ⁺ имеет тенденцию вытеснять K ⁺ из клетки. Комбинированный градиент концентрации и электрического заряда, влияющий на ион, называется его электрохимическим градиентом.

Движение против градиента

Чтобы перемещать вещества против концентрации или электрохимического градиента, клетка должна использовать энергию.Эта энергия собирается из аденозинтрифосфата (АТФ), вырабатываемого в процессе метаболизма клетки. Активные транспортные механизмы, вместе называемые насосами, работают против электрохимических градиентов. Мелкие вещества постоянно проходят через плазматические мембраны. Активный транспорт поддерживает концентрацию ионов и других веществ, необходимых живым клеткам перед лицом этих пассивных движений. Большая часть запаса метаболической энергии клетки может быть потрачена на поддержание этих процессов. Например, большая часть метаболической энергии красных кровяных телец используется для поддержания дисбаланса между внешними и внутренними уровнями натрия и калия, необходимыми клетке.Поскольку активные транспортные механизмы зависят от метаболизма клеток для получения энергии, они чувствительны ко многим метаболическим ядам, которые мешают доставке АТФ.

Существует два механизма переноса материалов с малой молекулярной массой и небольших молекул. Первичный активный транспорт перемещает ионы через мембрану и создает разницу в заряде на этой мембране, которая напрямую зависит от АТФ. Вторичный активный транспорт описывает движение материала, которое происходит из-за электрохимического градиента, установленного первичным активным транспортом, который напрямую не требует АТФ.

Белки-носители для активного транспорта

Важной адаптацией мембраны для активного транспорта является присутствие специфических белков-переносчиков или насосов для облегчения движения. Есть три типа этих белков или переносчиков: унипортеры, симпортеры и антипортеры. Унипортер несет один конкретный ион или молекулу. Симпортер переносит два разных иона или молекулы в одном направлении. Антипортер также несет два разных иона или молекулы, но в разных направлениях.Все эти переносчики также могут транспортировать небольшие незаряженные органические молекулы, такие как глюкоза. Эти три типа белков-носителей также обнаруживаются при облегченной диффузии, но им не требуется АТФ для работы в этом процессе. Некоторыми примерами насосов для активного транспорта являются Na ⁺ -K ⁺ ATPase, которая переносит ионы натрия и калия, и H ⁺ -K ⁺ ATPase, которая переносит ионы водорода и калия. Оба они являются белками-носителями антипортеров. Двумя другими белками-переносчиками являются Са ²⁺ АТФаза и Н ⁺ АТФаза, которые переносят только ионы кальция и только ионы водорода соответственно.

Унипортеры, симпортеры и антипортеры : унипортер несет одну молекулу или ион. Симпортер переносит две разные молекулы или ионы в одном направлении. Антипортер также несет две разные молекулы или ионы, но в разных направлениях.

Вторичный активный транспорт

При вторичном активном переносе молекула перемещается вниз по своему электрохимическому градиенту, а другая — вверх по градиенту концентрации.

Цели обучения

Различия между первичным и вторичным активным транспортом

Основные выводы

Ключевые моменты

В то время как вторичный активный транспорт потребляет АТФ для создания градиента, вниз, по которому движется молекула, энергия не используется напрямую для перемещения молекулы через мембрану.
Как антипортеры, так и симпортеры используются во вторичном активном транспорте.
Вторичный активный транспорт переносит ионы натрия в клетку, и по мере увеличения концентрации ионов натрия за пределами плазматической мембраны создается электрохимический градиент.
Если белок канала открыт посредством первичного активного транспорта, ионы будут протягиваться через мембрану вместе с другими веществами, которые могут присоединиться к транспортному белку через мембрану.
Вторичный активный транспорт используется для хранения высокоэнергетических ионов водорода в митохондриях клеток растений и животных для производства АТФ.
Потенциальная энергия в ионах водорода преобразуется в кинетическую энергию, когда ионы проникают через АТФ-синтазу белка канала, и эта энергия используется для преобразования АДФ в АТФ.

Ключевые термины

вторичный активный транспорт : метод переноса, при котором разность электрохимических потенциалов, создаваемая откачкой ионов из клетки, используется для переноса молекул через мембрану.

Вторичный активный транспорт (совместный транспорт)

В отличие от первичного активного транспорта, во вторичном активном транспорте АТФ не связывается напрямую с интересующей молекулой.Вместо этого другая молекула перемещается вверх по ее градиенту концентрации, что создает электрохимический градиент. Затем интересующая молекула транспортируется вниз по электрохимическому градиенту. Хотя этот процесс по-прежнему потребляет АТФ для создания этого градиента, энергия не используется напрямую для перемещения молекулы через мембрану, поэтому он известен как вторичный активный транспорт. И антипортеры, и симпортеры используются во вторичном активном транспорте. Ко-транспортеры можно разделить на симпортеры и антипортеры в зависимости от того, движутся ли вещества в одном или противоположных направлениях через клеточную мембрану.

Вторичный активный транспорт переносит ионы натрия и, возможно, другие соединения в клетку. Поскольку концентрация ионов натрия увеличивается за пределами плазматической мембраны из-за действия первичного активного процесса переноса, создается электрохимический градиент. Если белок канала существует и открыт, ионы натрия будут проходить через мембрану. Это движение используется для транспортировки других веществ, которые могут прикрепляться к транспортному белку через мембрану. Таким образом в клетку попадают многие аминокислоты, а также глюкоза.Этот вторичный процесс также используется для хранения высокоэнергетических ионов водорода в митохондриях клеток растений и животных для производства АТФ. Потенциальная энергия, которая накапливается в накопленных ионах водорода, преобразуется в кинетическую энергию, когда ионы проникают через АТФ-синтазу белка канала, и эта энергия используется для преобразования АДФ в АТФ.

Вторичный активный транспорт : Электрохимический градиент, создаваемый первичным активным транспортом, может перемещать другие вещества против их градиентов концентрации, процесс, называемый ко-транспортом или вторичным активным транспортом.

Эндоцитоз

Эндоцитоз захватывает частицы в клетку, инвагинируя клеточную мембрану, что приводит к высвобождению материала внутри клетки.

Цели обучения

Описать эндоцитоз, включая фагоцитоз, пиноцитоз и рецептор-опосредованный эндоцитоз.

Основные выводы

Ключевые моменты

Эндоцитоз состоит из фагоцитоза, пиноцитоза и рецепторно-опосредованного эндоцитоза.
При эндоцитозе в клетку попадают частицы, которые слишком велики, чтобы пассивно пересекать клеточную мембрану.
Фагоцитоз — это поглощение крупных частиц пищи, в то время как пиноцитоз захватывает жидкие частицы.
Рецептор-опосредованный эндоцитоз использует специальные рецепторные белки, которые помогают переносить крупные частицы через клеточную мембрану.

Ключевые термины

эндосома : эндоцитарная вакуоль, через которую молекулы, интернализованные во время эндоцитоза, проходят на пути к лизосомам
нейтрофил : клетка, особенно белая кровяная клетка, которая поглощает чужеродных захватчиков в крови.

Эндоцитоз

Эндоцитоз — это тип активного транспорта, который перемещает частицы, такие как большие молекулы, части клеток и даже целые клетки, внутрь клетки. Существуют разные варианты эндоцитоза, но все они имеют общую характеристику: плазматическая мембрана клетки инвагинирует, образуя карман вокруг частицы-мишени. Карман защемляется, в результате чего частица оказывается во вновь созданном внутриклеточном пузырьке, образованном из плазматической мембраны.

Фагоцитоз

Фагоцитоз : При фагоцитозе клеточная мембрана окружает частицу и поглощает ее.

Фагоцитоз (состояние «поедания клетки») — это процесс, при котором большие частицы, такие как клетки или относительно большие частицы, захватываются клеткой. Например, когда микроорганизмы вторгаются в человеческое тело, белые кровяные тельца, называемые нейтрофилами, удаляют захватчиков посредством этого процесса, окружая и поглощая микроорганизм, который затем уничтожается нейтрофилом.

При подготовке к фагоцитозу часть обращенной внутрь поверхности плазматической мембраны покрывается белком, называемым клатрином, который стабилизирует эту часть мембраны. Затем покрытая часть мембраны выходит из тела клетки и окружает частицу, в конечном итоге заключая ее. Как только везикула, содержащая частицу, оказывается внутри клетки, клатрин отделяется от мембраны, и везикула сливается с лизосомой для разрушения материала во вновь образованном компартменте (эндосоме).Когда доступные питательные вещества от разложения везикулярного содержимого были извлечены, вновь образованная эндосома сливается с плазматической мембраной и высвобождает свое содержимое во внеклеточную жидкость. Эндосомная мембрана снова становится частью плазматической мембраны.

Пиноцитоз

Пиноцитоз : При пиноцитозе клеточная мембрана инвагинирует, окружает небольшой объем жидкости и отслаивается.

Вариант эндоцитоза называется пиноцитозом.Это буквально означает «питье клетки» и было названо в то время, когда предполагалось, что клетка целенаправленно поглощает внеклеточную жидкость. На самом деле, это процесс, который включает молекулы, в том числе воду, которая необходима клетке из внеклеточной жидкости. Пиноцитоз приводит к образованию везикулы гораздо меньшего размера, чем фагоцитоз, и везикуле нет необходимости сливаться с лизосомой.

Потоцитоз, вариант пиноцитоза, представляет собой процесс, при котором на цитоплазматической стороне плазматической мембраны используется белок оболочки, называемый кавеолином, который выполняет функцию, аналогичную клатрину.Полости в плазматической мембране, которые образуют вакуоли, помимо кавеолина имеют мембранные рецепторы и липидные рафты. Вакуоли или пузырьки, образующиеся в кавеолах (единичные кавеолы), меньше, чем при пиноцитозе. Потоцитоз используется для переноса небольших молекул в клетку и транспортировки этих молекул через клетку для их высвобождения на другой стороне клетки. Этот процесс называется трансцитозом.

Рецептор-опосредованный эндоцитоз

Рецептор-опосредованный эндоцитоз : При рецептор-опосредованном эндоцитозе поглощение веществ клеткой нацелено на один тип вещества, который связывается с рецептором на внешней поверхности клеточной мембраны.

Целенаправленная вариация эндоцитоза, известная как рецептор-опосредованный эндоцитоз, использует рецепторные белки в плазматической мембране, которые обладают специфическим сродством связывания с определенными веществами. При рецептор-опосредованном эндоцитозе, как и при фагоцитозе, клатрин прикрепляется к цитоплазматической стороне плазматической мембраны. Если поглощение соединения зависит от рецептор-опосредованного эндоцитоза и процесс неэффективен, материал не будет удален из тканевых жидкостей или крови. Вместо этого он будет оставаться в этих жидкостях и увеличивать концентрацию.Некоторые заболевания человека вызваны нарушением рецепторно-опосредованного эндоцитоза. Например, форма холестерина, называемая липопротеином низкой плотности или ЛПНП (также называемая «плохим» холестерином), удаляется из крови посредством рецептор-опосредованного эндоцитоза. При семейной гиперхолестеринемии генетического заболевания человека рецепторы ЛПНП являются дефектными или полностью отсутствуют. Люди с этим заболеванием имеют опасный для жизни уровень холестерина в крови, потому что их клетки не могут удалять частицы ЛПНП из крови.

Хотя рецептор-опосредованный эндоцитоз предназначен для доставки в клетку определенных веществ, которые обычно находятся во внеклеточной жидкости, другие вещества могут проникать в клетку в том же месте. Вирусы гриппа, дифтерии и токсин холеры имеют сайты, которые перекрестно реагируют с нормальными сайтами связывания рецепторов и проникают в клетки.

2.13: Распространение — Биология LibreTexts

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Пассивный транспорт
1. Транспортировка через мембраны
2. Распространение
Сводка
Узнать больше
1. Узнать больше I
2. Узнать больше II
Обзор

Что в конечном итоге произойдет с этими красителями ?

Все они смешаются.Красители будут двигаться через воду, пока не будет достигнуто равномерное распределение. Процесс перехода от областей с высоким содержанием к областям с низким содержанием называется диффузией.

Пассивный транспорт

Вероятно, наиболее важной особенностью фосфолипидных мембран клетки является то, что они селективно проницаемы или полупроницаемы . Селективно проницаемая мембрана контролирует, какие молекулы или ионы могут входить или покидать клетку, как показано на рис. ниже.Проницаемость мембраны зависит от организации и характеристик липидов и белков мембраны. Таким образом, клеточные мембраны помогают поддерживать состояние гомеостаза внутри клеток (а также тканей, органов и систем органов), чтобы организм мог оставаться живым и здоровым.

Селективно проницаемая мембрана пропускает одни молекулы, но не другие.

Транспорт через мембраны

Молекулярный состав фосфолипидного бислоя ограничивает типы молекул, которые могут проходить через него.Например, гидрофобных (ненавидящих воду) молекул, таких как углекислый газ (CO ₂) и кислород (O ₂), могут легко проходить через липидный бислой, но ионы, такие как кальций (Ca ²⁺), а полярные молекулы, такие как вода (H ₂ O), не могут. Гидрофобная внутренняя часть фосфолипидного бислоя не пропускает ионы или полярные молекулы, потому что эти молекулы гидрофильны, или водолюбивы. Кроме того, большие молекулы, такие как сахара и белки, слишком велики, чтобы проходить через бислой.Транспортные белки внутри мембраны позволяют этим молекулам проходить через мембрану в клетку или из нее. Таким образом, полярные молекулы избегают контакта с неполярной внутренней частью мембраны, а большие молекулы перемещаются через большие поры.

Каждая клетка заключена в мембрану, пронизанную транспортными белками, которые действуют как каналы или насосы, пропускающие или вытесняющие определенные молекулы. Назначение транспортных белков — защита внутренней среды клетки и поддержание баланса солей, питательных веществ и белков в пределах диапазона, который поддерживает жизнь клетки и организма.

Есть три основных пути, которыми молекулы могут проходить через фосфолипидную мембрану. Первый способ не требует ввода энергии клеткой и называется пассивным транспортом. Второй способ требует, чтобы клетка использовала энергию для втягивания или откачки определенных молекул и ионов, и называется активным переносом. Третий путь — это транспорт везикул, при котором большие молекулы перемещаются через мембрану в пузырьковых мешочках, сделанных из кусочков мембраны.

Пассивный транспорт — это способ перемещения небольших молекул или ионов через клеточную мембрану без передачи энергии клеткой.Три основных вида пассивного транспорта — это диффузия, осмос и облегченная диффузия.

Диффузия

Диффузия — это перемещение молекул из области с высокой концентрацией молекул в область с более низкой концентрацией. Разница в концентрациях молекул в двух областях называется градиентом концентрации . Распространение будет продолжаться до тех пор, пока этот градиент не будет устранен. Поскольку диффузия перемещает материалы из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией, она описывается как перемещение растворенных веществ «вниз по градиенту концентрации.«Конечным результатом диффузии является равная концентрация, или равновесие , , молекул по обе стороны мембраны.

Если молекула может свободно проходить через клеточную мембрану, она будет пересекать мембрану путем диффузии ( Рисунок ниже

Молекулы перемещаются из области с высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие.Молекулы продолжают пересекать мембрану в равновесии, но с равной скоростью в обоих направлениях.

Резюме

Клеточная мембрана избирательно проницаема, позволяя проходить только определенным веществам.
Пассивный транспорт — это способ перемещения небольших молекул или ионов через клеточную мембрану без передачи энергии клеткой. Три основных вида пассивного транспорта — это диффузия, осмос и облегченная диффузия.
Диффузия — это перемещение молекул из области с высокой концентрацией молекул в область с более низкой концентрацией.

Узнать больше

Узнать больше I

Используйте этот ресурс, чтобы ответить на следующие вопросы.

Пассивный транспорт на сайте www.northland.cc.mn.us/biolog…s/passive1.swf.

Что такое диффузия?
Что означает градиент концентрации?
Назовите два фактора, которые влияют на скорость диффузии?

Обзор

Определить полупроницаемый.
Что такое диффузия?
Что такое градиент концентрации?
Что подразумевается под пассивным транспортом?

2.7: Диффузия в мембранах — Physics LibreTexts

Эукариотические клетки окружены гибким и динамическим барьером, известным как мембрана. Эти биологические мембраны состоят из липидов, которые объединяются в бислой с особыми биохимическими свойствами. Амфипатическая природа липидного бислоя, хвосты которого гидрофобны и связаны друг с другом, а головные группы гидрофильны и взаимодействуют с водной средой, имеет решающее значение для его структуры. Состав липидного бислоя также важен для диффузии как через мембрану, так и внутри нее.Эта мембранная диффузия важна для множества функций, некоторые из которых включают регулирование текучести мембраны, проникновение метаболитов в клетку извне и удаление продуктов жизнедеятельности изнутри клетки.

Жидкая мозаика Модель

Каждый мембранный белок имеет особую ориентацию внутри мембраны и не может перескакивать из одного бислоя в другой после того, как он принял свою зрелую конформацию. Однако латеральное движение внутри того же липидного бислоя все еще возможно.Боковая диффузия — ключевая особенность жидкостной мозаичной модели структуры мембраны, которая была впервые описана в 1972 году С. Джонатаном Сингером и Гартом Николсоном (1).

Эта модель была подтверждена экспериментами, ранее проведенными Л.Д. Фрай и М. Эдидин в 1970 году, которые показали, что клетки, взятые из линий мыши и человека, могут быть слиты вместе с использованием вируса Седани (Рисунок \ (\ PageIndex {1} \)). Полученная в результате гибридная клетка экспрессировала как мышиные, так и человеческие антигены, которые можно было пометить косвенно с помощью флуоресцентных антител и проследить за ними.Смешивание обоих родительских антигенов произошло через сорок минут после слияния, что позволяет предположить, что может происходить латеральная диффузия внутри мембраны (2). Однако время, необходимое для латеральной диффузии, зависит от текучести мембраны, которая в конечном итоге зависит как от температуры, так и от липидного состава.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): экспериментальный план, первоначально выполненный Фраем и Эдидином в 1970 году, в котором они взяли клетки человека и мыши и слили их с помощью вируса Седани. Затем видоспецифические антигены метили флуоресцентными антителами и отслеживали.Результаты этого эксперимента показали слияние и смешивание антигенов, что предполагает боковую диффузию внутри мембраны.

Типы диффузии через плазменную мембрану

Существуют общие термодинамические принципы, которые регулируют перенос молекул через мембрану. На рисунке \ (\ PageIndex {2} \) представлено уравнение, показывающее количество свободной энергии, необходимое субстрату для пересечения мембраны. Чтобы произошло распространение, \ (\ Delta G \) должно быть отрицательным, и по мере того, как \ (\ Delta G \) удаляется от нуля и становится более положительным, требуется работа.Когда концентрации становятся равными с обеих сторон мембраны и \ (\ Delta G = 0 \), скорость переноса в обоих направлениях будет одинаковой, и нетто-перенос не произойдет.

\ [\ Delta G = RT \ ln \ left (\ dfrac {C_2} {C_1} \ right) \]

Если C ₂, концентрация субстрата в цитозоле, меньше, чем C ₁, концентрация субстрата вне клетки, то \ (\ Delta G \) отрицательно и процесс благоприятен. Постепенно, по мере переноса большего количества субстрата через мембрану, C ₁ уменьшается, а C ₂ увеличивается до тех пор, пока C ₂ = C ₁ и в этот момент дельта G = 0 и система находится в равновесии.

Простая диффузия

Простая диффузия происходит за счет диффузии молекул, таких как O ₂ и CO ₂, через гидрофобное ядро мембраны (рисунок \ (\ PageIndex {3} \)). Следовательно, для этого типа диффузии через мембрану АТФ не требуется, это просто вопрос молекул, движущихся вниз по градиенту концентрации. Поскольку для простой диффузии не требуется АТФ, большие полярные молекулы или ионы не могут диффундировать через мембрану. Это происходит из-за гидрофобной хвостовой части мембраны, которая представляет собой слишком большой энергетический барьер, который не может быть преодолен потенциалом, накопленным в градиенте.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): изображение простой диффузии, при которой неполярные соединения диффундируют через мембрану за счет использования градиента концентрации. Этот процесс не требует каких-либо белков-посредников или пор.

Чистая скорость переноса пропорциональна разнице концентраций (C ₂ — C ₁) через мембрану (рисунок \ (\ PageIndex {4} \)).

\ [J = — \ dfrac {KD_1 (C_2-C_1)} {l} \]

где

\ (J \) — чистая ставка транспорта,
\ (K \) — коэффициент распределения для отношения растворимостей материала в липиде и воде,
\ (D_1 \) — коэффициент диффузии диффундирующего вещества в мембране, а
\ (l \) — толщина мембраны.

Для ионов и других гидрофильных веществ K — очень небольшое число, учитывая, что диффузия таких молекул через мембрану очень медленная.

Облегченный транспорт

В отличие от простой диффузии, которая не требует АТФ, облегченный транспорт нуждается в АТФ, чтобы преодолеть энергетический барьер гидрофобной хвостовой области мембраны. Кроме того, этот тип диффузии зависит от груза, связывающего встроенный в мембрану канал или белок-носитель.Существует два типа облегченной транспортировки: транспортировка с облегчением пор и транспортировка с помощью перевозчика. Чтобы различать перенос с помощью пор и диффузию с облегчением носителей, можно колебать текучесть мембраны, изменяя температуру. Это изменение температуры остановит диффузию, облегчаемую носителями, из-за того, что диффузия, облегчаемая носителями, должна проходить через мембрану, чтобы функционировать, и не может этого делать, когда мембрана находится в не текучем состоянии.

Транспортировка с порами

Транспорт с помощью пор использует встроенные в мембрану белки, которые могут открываться и закрываться для облегчения диффузии.Этот тип диффузии позволяет отобранным ионам проходить через поры, например, Cl-. Важным примером транспорта с помощью пор является транспортировка глюкозы за счет использования механизма закрытых пор, при котором поры никогда не открываются сразу с обоих концов (рисунок \ (\ PageIndex {5} \)). Вместо этого пора открывается снаружи, позволяя поступать глюкозе, закрывает внешнее отверстие, открывает внутреннее отверстие, высвобождает глюкозу в цитозоль и, наконец, возвращается в состояние связывания снаружи (15).

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): изображение глюкозы, использующей транспортную систему с порами (светло-зеленый) в качестве средства для пересечения мембраны, это упрощенная диаграмма, которая не показывает механизм закрытых пор.

Транспортные средства, обслуживаемые перевозчиком

Ионофоры антибиотиков, такие как валиномицин, носитель катионов, являются примером транспорта с облегчением носителя. Его сложенная конформация позволяет белку иметь внешнюю гидрофобную поверхность, что делает его растворимым в липидном бислое, с внутренней конформацией, которая имитирует гидратную оболочку, которую катион будет иметь в водном растворе.Эта конформация позволяет валиномицину диффундировать с одной поверхности мембраны, захватывать ион, а затем диффундировать к другой поверхности, чтобы высвободить его (рисунок \ (\ PageIndex {6} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): Облегченная диффузия включает использование белка для облегчения движения молекул через мембрану. В некоторых случаях молекулы проходят через каналы внутри белка, в других случаях белок меняет форму, позволяя молекулам проходить через них. Изображение используется с разрешения (общественное достояние).

Факторы, влияющие на мембранную диффузию

Есть несколько факторов, которые могут влиять на диффузию молекул как внутри, так и через мембрану; физические барьеры, электростатические узлы притяжения или отталкивания, а также явления разделения (3) — вот лишь несколько примеров.

Физические препятствия

Физические препятствия могут стать значительными, что может затруднить свободное прохождение молекул. Некоторые адаптерные белки (альфа-актинин, талин, винкулин и др.)) может прикреплять кортикальный цитоскелет к длинным цитозольным хвостам трансмембранных белков внутри плазматической мембраны и действовать как ограждение, ограничивающее движение молекул через мембрану (4,5). Такая обструкция кортикальным цитоскелетом привела к наблюдению, что молекулы претерпевают «диффузию прыжков», при которой они периодически «прыгают» между ограниченными зонами (4,5), чтобы диффундировать (Рисунок 7).

Рисунок \ (\ PageIndex {7} \): изображение сетчатого актинового цитоскелета (светло-фиолетовый), прикрепляющегося к трансмембранным белкам (темно-фиолетовый) и тесно связанным липидам, чтобы сформировать барьер, ограничивающий диффузию молекул (3).Красные стрелки указывают на ограниченную диффузию.

Соединения мембрана-матрица также могут вносить вклад в физическое препятствие, препятствующее диффузии через мембрану. Это происходит из-за связывания рецепторов интегрина, расположенных в плазматической мембране, и внеклеточного матрикса (волокнистая сеть белков, к которым прикрепляются клетки) (Рисунок \ (\ PageIndex {8} \)). Если это взаимодействие все больше накапливается с достаточно высокой плотностью, то диффузия ограничивается. Недавнее исследование показало, что этот тип физического барьера блокирует диффузию мембранных молекул, размеры которых превышают ширину взаимодействия интегрин-матрица (6).

Рисунок \ (\ PageIndex {8} \): изображение внеклеточного матрикса (желтый), соединяющегося с мембранными рецепторами (фиолетовый) для создания сетки, ограничивающей диффузию (3). Красные стрелки указывают на ограниченную диффузию.

Электростатические препятствия

Электростатические взаимодействия также могут мешать свободной диффузии, поскольку заряженные белки или липиды могут отталкиваться одинаковыми зарядами или притягиваться противоположными (Рисунок \ (\ PageIndex {9} \)). Маклафлин и Мюррей в 2005 году показали, что белки имеют изначально развернутые области, которые имеют как основные, так и гидрофобные остатки, которые позволяют им существовать внутри бислоя и в то же время электростатически притягивать анионные липиды (7).В результате связанные с мембраной катионные остатки связываются вместе, создавая отрицательно заряженное кольцо вокруг белка. Таким образом, образующееся кольцо анионных липидов может изменять подвижность других заряженных молекул в плоскости мембраны (8).

Рисунок \ (\ PageIndex {9} \): показано, что белок, несущий домен PH, рекрутируется в участок, богатый его липидом-лигандом. Отрицательный заряд на PIP ₂ (зеленый) накапливает и отклоняет белки с таким же отрицательным зарядом (синий) (3).

Барьеры, создаваемые перегородками

В мембране определенные типы липидов или белков могут разделяться на определенные области, что приводит к области субдиффузионного поведения (3). Ассоциация между липидами и белками часто обусловлена узнаванием определенных связывающих доменов, например ассоциацией белковых PH-доменов с фосфоинозитидами (9). Другой способ образования этих липидно-белковых комплексов — это гидрофобные взаимодействия. Примером этого комплекса, управляемого гидрофобным взаимодействием, являются микродомены, богатые насыщенными липидами и холестерином, известные как липидные рафты (10).Наконец, кривизна мембраны может играть роль в препятствовании диффузии (рис. 10). Изогнутая область мембраны имеет отличные свойства, поскольку головные группы липидов, составляющих вогнутый монослой, необычно близки, тогда как головные группы на выпуклом монослое расположены нехарактерно далеко друг от друга. Вогнутая сторона изогнутого бислоя может изменять диффузию физически или электростатически, в то время как выпуклая сторона создает более доступную мембрану из-за уменьшенной упаковки головных групп.

Рис. \ (\ PageIndex {1} \) 0: Область, где мембрана подвергается резкой кривизне, может вызвать обнажение гидрофобных областей на внешней створке мембраны в дополнение к сжатию липидных головок на внутренней створке. Искривление может изменить распределение липидов и белков.

Методы мониторинга диффузии

Восстановление флуоресценции после фотообесцвечивания (FRAP) изначально было очень полезно при изучении латеральной диффузии компонентов мембраны (11).В этом методе используются флуоресцентно меченые зонды для отслеживания интересующей молекулы. При использовании лазера высокой интенсивности флуорофоры в интересующей области будут обесцвечиваться и терять сигнал (Рисунок 11). Зонды, которые не были обесцвечены, затем будут диффундировать по всему образцу и заменить обесцвеченную область. Поскольку этот метод измеряет среднее поведение молекулы, он в конечном итоге имеет ограниченное временное разрешение (секунды).
Флуоресцентная корреляционная спектроскопия (FCS) — это корреляционный анализ, который измеряет колебания интенсивности флуоресценции.Этот метод обеспечивает высокую пространственную точность и может измерять коэффициенты диффузии молекул (12,13). В отличие от FRAP, FCS может получать разрешение по времени, но не имеет возможности фиксировать определенные переходные события.
Визуализация полного внутреннего отражения (ITIR) -FCS — это метод, который может обойти обе проблемы, присущие другим методам, поскольку он может исследовать диффузию в мембранах с хорошим временным и пространственным разрешением (12). ITIR-FCS может применяться к диффузии, активному переносу или даже к обоим.

Список литературы

Singer S.J. и Николсон Г. Л. 1972. Модель жидкой мозаики структуры клеточных мембран. Наука . 175: 720-31.
Фрай Л.Д. и Эдидин М. 1970. Быстрое перемешивание антигенов клеточной поверхности после образования гетерокарионов мыши и человека. Журнал клеточных исследований . 7: 319-35.
Мэтьюз К.К. и Ван Холде К. 1996. Биохимия. Второе издание. Менло-Парк, Калифорния: Издательство Benjamin / Cummings Publishing Company, Inc.
Фудзивара Т.К., Ричи Х., Муракоши К., Якобсон, Кусуми 2002. Фосфолипиды подвергаются диффузии хмеля в клеточной мембране, разделенной на части. Журнал клеточной биологии . 157: 1071-82.
Suzuki K.G., Fujiwara T.K., Sanematsu F., Iino R., Edidin M., Kusumi A 2007. GPI-заякоренные рецепторные кластеры временно привлекают Lyn и G-альфа для временной иммобилизации кластера и активации Lyn: исследование отслеживания одиночных молекул. Журнал клеточной биологии . 177: 717-30.
Paszek M.J., DuFort C.C., Rossier O., Bainer R., Mouw J.K., Godula K., Hudak J.N., Lakins A.C., Wijekoon L., Cassereau 2014. Раковой гликокаликс механически стимулирует рост и выживание, опосредованные интегрином. Природа . 511: 319-25.
Маклафлин С. и Мюррей Д. 2005. Организация фосфоинозитидов плазматической мембраны с помощью электростатики белков. Природа . 438: 605-611.
Ван ден Боггарт Г., Мейенберг К., Рисселада Х. Дж., Амин К. И., Уиллиг Б.Э., Хубрих М., Дайер С.В. Хелл, Х., Грубмюллер У., Дидериксен, Ян Р., 2011. Секвестрация мембранных белков за счет ионных белок-липидных взаимодействий. Природа. 479: 552-55.
Trimble W.S. и Гринштейн С. 2015. Барьеры на пути свободной диффузии белков и липидов в плазматической мембране. Журнал клеточной биологии. 208: 259-71
Lemmon M.A. 2008. Распознавание мембраны фосфолипид-связывающими доменами. Обзор природы молекулярной и клеточной биологии. 9: 99-111.
Лингвуд Д. и Саймонс К., 2010. Липидные рафты как принцип организации мембраны. Наука . 327: 46-50.
Чен Ю., Лагерхольм Б.С., Ян Б., Якобсон К., 2006. Методы измерения латеральной диффузии мембранных липидов и белков. Методы. 39: 147-53.
Sankaran J., Manna M., Guo L., Kraut R., Wohland T. 2009. Исследование диффузии, транспорта и организации клеточных мембран с помощью кросс-корреляционной спектроскопии флуоресценции изображения. Биофизический журнал . 97: 2630-39.
Magde D., Elson E.L., Webb W.W. 1974. Флуоресцентная корреляционная спектроскопия. Биополимеры . 17: 361-76.
Oka Y., Asaon T., Shibasaki Y., Lin JL, Tsukuda K., Katagiri H., Akanuma Y., Takaku F. 1990. C-концевой усеченный транспортер глюкозы заблокирован в обращенной внутрь форме без транспортной активности . Природа . 345: 550-53.

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с вашим системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

3.5 Пассивный транспорт — Концепции биологии — 1-е канадское издание

К концу этого раздела вы сможете:

Объясните, почему и как происходит пассивный перенос
Понимать процессы осмоса и диффузии
Определите тонус и опишите его отношение к пассивному транспорту

Плазменные мембраны должны позволять определенным веществам входить в клетку и выходить из нее, при этом предотвращая попадание вредных материалов и выход основных материалов.Другими словами, плазматические мембраны избирательно проницаемы — они пропускают одни вещества, но не пропускают другие. Если бы они потеряли эту избирательность, клетка больше не могла бы поддерживать себя и была бы разрушена. Некоторым клеткам требуется большее количество определенных веществ, чем другим клеткам; у них должен быть способ получить эти материалы из внеклеточных жидкостей. Это может происходить пассивно, поскольку определенные материалы движутся вперед и назад, или в ячейке могут быть специальные механизмы, обеспечивающие транспортировку.Большинство клеток тратят большую часть своей энергии в форме аденозинтрифосфата (АТФ) на создание и поддержание неравномерного распределения ионов на противоположных сторонах своих мембран. Структура плазматической мембраны способствует этим функциям, но также создает некоторые проблемы.

Наиболее прямые формы мембранного транспорта пассивны. Пассивный перенос является естественным явлением и не требует от клетки затрат энергии для выполнения движения. При пассивном переносе вещества перемещаются из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией в процессе, называемом диффузией и .Говорят, что физическое пространство, в котором имеется различная концентрация одного вещества, имеет градиент концентрации.

Плазменные мембраны асимметричны, что означает, что, несмотря на зеркальное отображение, сформированное фосфолипидами, внутренняя часть мембраны не идентична внешней стороне мембраны. Интегральные белки, которые действуют как каналы или насосы, работают в одном направлении. Углеводы, присоединенные к липидам или белкам, также находятся на внешней поверхности плазматической мембраны. Эти углеводные комплексы помогают клетке связывать необходимые клетке вещества во внеклеточной жидкости.Это значительно усиливает избирательность плазматических мембран.

Напомним, что плазматические мембраны имеют гидрофильные и гидрофобные области. Эта характеристика помогает движению одних материалов через мембрану и препятствует движению других. Жирорастворимый материал может легко проскальзывать через гидрофобное липидное ядро мембраны . Такие вещества, как жирорастворимые витамины A, D, E и K, легко проходят через плазматические мембраны в пищеварительном тракте и других тканях.Жирорастворимые препараты также легко проникают в клетки и легко транспортируются в ткани и органы организма. Молекулы кислорода и углекислого газа не имеют заряда и проходят через простую диффузию.

Полярные вещества, за исключением воды, создают проблемы для мембраны. Хотя некоторые полярные молекулы легко соединяются с внешней стороной клетки, они не могут легко пройти через липидное ядро плазматической мембраны . Кроме того, в то время как маленькие ионы могут легко проскальзывать через промежутки в мозаике мембраны, их заряд мешает им это делать.Ионы, такие как натрий, калий, кальций и хлорид, должны иметь специальные средства проникновения через плазматические мембраны. Простые сахара и аминокислоты также нуждаются в помощи для транспорта через плазматические мембраны.

Распространение — это пассивный транспортный процесс. Одиночное вещество имеет тенденцию перемещаться из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией, пока концентрация не станет одинаковой по всему пространству. Вы знакомы с диффузией веществ по воздуху. Например, представьте, как кто-то открывает флакон духов в комнате, заполненной людьми.Самая высокая концентрация духов находится во флаконе, а самая низкая — на краю комнаты. Пар духов будет рассеиваться или распространяться от флакона, и постепенно все больше и больше людей будут ощущать запах духов по мере их распространения. Материалы перемещаются в цитозоле клетки путем диффузии, а некоторые материалы перемещаются через плазматическую мембрану путем диффузии (рис. 3.24). Распространение не требует затрат энергии. Скорее, разные концентрации материалов в разных областях являются формой потенциальной энергии, а диффузия — это диссипация этой потенциальной энергии по мере того, как материалы движутся вниз по градиенту их концентрации, от высокого к низкому.

Рис. 3.24. Диффузия через проницаемую мембрану следует градиенту концентрации вещества, перемещая вещество из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией.

Каждое отдельное вещество в среде, такой как внеклеточная жидкость, имеет свой собственный градиент концентрации, независимый от градиентов концентрации других материалов. Кроме того, каждое вещество будет распространяться в соответствии с этим градиентом.

На скорость диффузии влияют несколько факторов.

Степень градиента концентрации: Чем больше разница в концентрации, тем быстрее происходит диффузия.Чем ближе распределение материала к равновесию, тем медленнее становится скорость диффузии.
Масса диффундирующих молекул: более массивные молекулы движутся медленнее, потому что им труднее перемещаться между молекулами вещества, через которое они движутся; поэтому они распространяются медленнее.
Температура: Более высокие температуры увеличивают энергию и, следовательно, движение молекул, увеличивая скорость диффузии.
Плотность растворителя: по мере увеличения плотности растворителя скорость диффузии уменьшается.Молекулы замедляются, потому что им труднее проходить через более плотную среду.

Концепция в действии

Чтобы увидеть анимацию процесса диффузии в действии, посмотрите это короткое видео о транспорте через клеточную мембрану.

При облегченном транспорте, также называемом облегченной диффузией, материал перемещается через плазматическую мембрану с помощью трансмембранных белков вниз по градиенту концентрации (от высокой до низкой концентрации) без затрат клеточной энергии.Однако вещества, которые подвергаются облегченному транспорту, в противном случае не могли бы легко и быстро диффундировать через плазматическую мембрану. Решение проблемы перемещения полярных и других веществ через плазматическую мембрану лежит в белках, покрывающих ее поверхность. Транспортируемый материал сначала прикрепляется к рецепторам белка или гликопротеина на внешней поверхности плазматической мембраны. Это позволяет удалить материал, необходимый клетке, из внеклеточной жидкости. Затем вещества передаются определенным интегральным белкам, которые облегчают их прохождение, поскольку они образуют каналы или поры, которые позволяют определенным веществам проходить через мембрану.Интегральные белки, участвующие в облегченном транспорте, вместе называются транспортными белками, и они функционируют либо как каналы для материала, либо как носители.

Осмос — это диффузия воды через полупроницаемую мембрану в соответствии с градиентом концентрации воды через мембрану. В то время как диффузия переносит материал через мембраны и внутри клеток, осмос переносит только воду через мембрану, а мембрана ограничивает диффузию растворенных веществ в воде.Осмос — это особый случай диффузии. Вода, как и другие вещества, перемещается из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией. Представьте себе стакан с полупроницаемой мембраной, разделяющей две стороны или половины (рис. 3.25). На обеих сторонах мембраны уровень воды одинаковый, но с каждой стороны существуют разные концентрации растворенного вещества или растворенного вещества, которое не может пересечь мембрану. Если объем воды такой же, но концентрации растворенных веществ различаются, то с обеих сторон мембраны также имеются разные концентрации воды, растворителя.

Рис. 3.25. При осмосе вода всегда перемещается из области с более высокой концентрацией (воды) в область с более низкой концентрацией (воды). В этой системе растворенное вещество не может проходить через избирательно проницаемую мембрану.

Принцип диффузии заключается в том, что молекулы перемещаются и при возможности равномерно распространяются по среде. Однако через нее будет диффундировать только материал, способный проникнуть через мембрану. В этом примере растворенное вещество не может диффундировать через мембрану, а вода может.Вода в этой системе имеет градиент концентрации. Следовательно, вода будет диффундировать вниз по градиенту концентрации, пересекая мембрану в сторону, где она менее концентрирована. Эта диффузия воды через мембрану — осмос — будет продолжаться до тех пор, пока градиент концентрации воды не станет равным нулю. Осмос в живых системах происходит постоянно.

Тоничность описывает количество растворенного вещества в растворе. Мера тоничности раствора или общего количества растворенных веществ, растворенных в определенном количестве раствора, называется его осмолярностью.Три термина — гипотонический, изотонический и гипертонический — используются для связи осмолярности клетки с осмолярностью внеклеточной жидкости, содержащей клетки. В гипотоническом растворе, таком как водопроводная вода, внеклеточная жидкость имеет более низкую концентрацию растворенных веществ, чем жидкость внутри клетки, и вода поступает в клетку. (В живых системах точкой отсчета всегда является цитоплазма, поэтому префикс hypo — означает, что внеклеточная жидкость имеет более низкую концентрацию растворенных веществ или более низкую осмолярность, чем цитоплазма клетки.Это также означает, что во внеклеточной жидкости концентрация воды выше, чем в клетке. В этой ситуации вода будет следовать градиенту своей концентрации и попадет в ячейку. Это может вызвать взрыв или лизис животной клетки.

В гипертоническом растворе (префикс hyper — относится к внеклеточной жидкости, имеющей более высокую концентрацию растворенных веществ, чем цитоплазма клетки), жидкость содержит меньше воды, чем клетка, например морская вода. Поскольку в ячейке концентрация растворенных веществ ниже, вода будет покидать ячейку.Фактически растворенное вещество вытягивает воду из клетки. Это может вызвать сморщивание или образование зубцов в животной клетке.

В изотоническом растворе внеклеточная жидкость имеет ту же осмолярность, что и клетка. Если концентрация растворенных веществ в клетке совпадает с концентрацией внеклеточной жидкости, чистого движения воды внутрь или из клетки не будет. Клетки крови в гипертонических, изотонических и гипотонических растворах приобретают характерный вид (рис. 3.26).

Рис. 3.26. Осмотическое давление изменяет форму эритроцитов в гипертонических, изотонических и гипотонических растворах.

Врач вводит пациенту изотонический физиологический раствор. Пациент умирает, и вскрытие показывает, что многие эритроциты были разрушены. Как вы думаете, раствор, который ввел врач, был действительно изотоническим?

У некоторых организмов, таких как растения, грибы, бактерии и некоторые простейшие, есть клеточные стенки, которые окружают плазматическую мембрану и предотвращают лизис клеток.Плазматическая мембрана может расширяться только до предела клеточной стенки, поэтому клетка не будет лизироваться. Фактически, цитоплазма растений всегда немного гипертоническая по сравнению с клеточной средой, и вода всегда будет попадать в клетку, если она доступна. Этот приток воды создает тургорное давление, которое укрепляет клеточные стенки растения (рис. 3.27). У недревесных растений давление тургора поддерживает растение. Если клетки растения становятся гипертоническими, как это происходит во время засухи, или если растение не поливают надлежащим образом, вода будет уходить из клетки.В этом состоянии растения теряют тургорное давление и вянут.

Рис. 3.27. Тургорное давление в растительной клетке зависит от тоничности раствора, в котором она купается.

Пассивные формы транспорта, диффузии и осмоса, перемещают материалы с малой молекулярной массой. Вещества диффундируют из областей с высокой концентрацией в области с низкой концентрацией, и этот процесс продолжается до тех пор, пока вещество не будет равномерно распределено в системе. В растворах более чем одного вещества молекулы каждого типа диффундируют в соответствии со своим градиентом концентрации.На скорость диффузии могут влиять многие факторы, включая градиент концентрации, размер диффундирующих частиц и температуру системы.

В живых системах диффузия веществ в клетки и из них опосредуется плазматической мембраной. Некоторые материалы легко диффундируют через мембрану, но другие затрудняются, и их прохождение возможно только с помощью белковых каналов и носителей. Химия живых существ происходит в водных растворах, и балансировка концентраций этих растворов является постоянной проблемой.В живых системах диффузия некоторых веществ была бы медленной или затрудненной без мембранных белков.

градиент концентрации: зона высокой концентрации напротив зоны низкой концентрации

диффузия: пассивный процесс транспортировки низкомолекулярного материала вниз по градиенту его концентрации

облегченная транспортировка: процесс, посредством которого материал движется вниз по градиенту концентрации (от высокой до низкой концентрации) с использованием интегральных мембранных белков

гипертонический: описывает раствор, в котором внеклеточная жидкость имеет более высокую осмолярность, чем жидкость внутри клетки

гипотонический: описывает раствор, в котором внеклеточная жидкость имеет более низкую осмолярность, чем жидкость внутри клетки

изотонический: описывает раствор, в котором внеклеточная жидкость имеет ту же осмолярность, что и жидкость внутри клетки

осмолярность: общее количество веществ, растворенных в определенном количестве раствора

осмос: транспортировка воды через полупроницаемую мембрану из зоны с высокой концентрацией воды в зону с низкой концентрацией воды через мембрану

пассивная транспортировка: способ транспортировки материалов, не требующий энергии

избирательно проницаемая: характеристика мембраны, которая пропускает одни вещества, но не пропускает другие

растворенное вещество: вещество, растворенное в другом с образованием раствора

тоничность: количество растворенного вещества в растворе.

Авторство в СМИ

Рисунок 3.24: модификация работы Марианы Руис Вильярреал
Рисунок 3.26: модификация работы Марианы Руис Вильярреал
Рисунок 3.27: модификация работы Марианы Руис Вильярреал

Пассивный и активный транспорт — The Biology Primer

Активный транспорт

Активный транспорт — это движение молекул через клеточную мембрану в направлении против градиента их концентрации, от низкой до высокой.Активный транспорт обычно связан с накоплением высоких концентраций молекул, в которых нуждается клетка, таких как ионы, глюкоза и аминокислоты. Если в процессе используется химическая энергия, например, из аденозинтрифосфата (АТФ), это называется первичным активным транспортом. Вторичный активный транспорт предполагает использование электрохимического градиента. Активный транспорт использует клеточную энергию, в отличие от пассивного транспорта, который не использует клеточную энергию. Активный транспорт — хороший пример процесса, для которого клеткам требуется энергия.

Почему клетки такие маленькие?

Клетки настолько малы, что вам понадобится микроскоп, чтобы исследовать их. Почему? Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны понять, что для выживания клетки должны постоянно взаимодействовать с окружающей их средой. Растворенные в воде газы и молекулы пищи должны абсорбироваться, а продукты жизнедеятельности должны удаляться. Для большинства клеток этот проход всех материалов внутрь и из клетки должен происходить через плазматическую мембрану. Каждая внутренняя область клетки должна обслуживаться частью клеточной поверхности.По мере роста клетки увеличивается ее внутренний объем и расширяется клеточная мембрана. К сожалению, объем увеличивается быстрее, чем площадь поверхности, и поэтому относительная площадь поверхности, доступная для передачи материалов в единицу объема ячейки, неуклонно уменьшается. В конце концов, в какой-то момент поверхности достаточно, чтобы обслуживать все интерьер; чтобы выжить, клетка должна перестать расти. Важным моментом является то, что отношение площади поверхности к объему становится меньше по мере увеличения ячейки.Таким образом, если клетка вырастет за пределы определенного предела, недостаточное количество материала сможет пересечь мембрану достаточно быстро, чтобы приспособиться к увеличенному клеточному объему. Когда это происходит, клетка должна делиться на более мелкие клетки с подходящим соотношением площадь поверхности / объем или перестать функционировать. Вот почему клетки такие маленькие.

3.1 Клеточная мембрана — анатомия и физиология

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Опишите молекулярные компоненты, из которых состоит клеточная мембрана
Связать структуры клеточной мембраны с ее функциями
Опишите, как молекулы пересекают клеточную мембрану на основе их свойств и градиентов концентрации
Сравните и сопоставьте различные типы пассивного транспорта с активным транспортом, приведя примеры каждого из них.

Несмотря на различия в структуре и функциях, все живые клетки в многоклеточных организмах имеют окружающую клеточную мембрану.Подобно тому, как внешний слой вашей кожи отделяет ваше тело от окружающей среды, клеточная мембрана (также известная как плазматическая мембрана) отделяет внутреннее содержимое клетки от внешней среды. Эта клеточная мембрана обеспечивает защитный барьер вокруг клетки и регулирует, какие материалы могут проходить внутрь или наружу.

Строение и состав клеточной мембраны

Клеточная мембрана — чрезвычайно гибкая структура, состоящая в основном из двух слоев фосфолипидов («бислой»).Холестерин и различные белки также встроены в мембрану, давая мембране множество функций, описанных ниже.

Одна молекула фосфолипида имеет фосфатную группу на одном конце, называемую «головкой», и две расположенные рядом друг с другом цепи жирных кислот, которые составляют липидные «хвосты» (рис. 3.1.1). Липидные хвосты одного слоя обращены к липидным хвостам другого слоя, встречаясь на границе двух слоев. Головки фосфолипидов обращены наружу, один слой открыт для внутренней части клетки, а другой — снаружи (Рисунок 3.1.1).

Рисунок 3.1.1 — Структура и бислой фосфолипидов: Молекула фосфолипида состоит из полярной фосфатной «головы», которая является гидрофильной, и неполярного липидного «хвоста», которая является гидрофобной. Ненасыщенные жирные кислоты приводят к изгибам гидрофобных хвостов. Фосфолипидный бислой состоит из двух смежных листов фосфолипидов, расположенных хвостом к хвосту. Гидрофобные хвосты соединяются друг с другом, образуя внутреннюю часть мембраны. Полярные головки контактируют с жидкостью внутри и снаружи ячейки.

Фосфатная группа заряжена отрицательно, что делает голову полярной и гидрофильной — или «водолюбивой». Гидрофильная молекула (или область молекулы) — это молекула, которая притягивается к воде. Таким образом, фосфатные головки притягиваются к молекулам воды как внеклеточной, так и внутриклеточной среды. С другой стороны, липидные хвосты не заряжены или неполярны и являются гидрофобными или «водобоязненными». гидрофобная молекула (или область молекулы) отталкивается и отталкивается водой.Таким образом, фосфолипиды представляют собой амфипатические молекулы. Амфипатическая молекула — это молекула, которая содержит как гидрофильную, так и гидрофобную области. Фактически, мыло удаляет масляные и жирные пятна, потому что оно обладает амфипатическими свойствами. Гидрофильная часть может растворяться в промывочной воде, в то время как гидрофобная часть может удерживать жир в пятнах, которые затем можно смыть. Аналогичный процесс происходит в вашей пищеварительной системе, когда соли желчных кислот (состоящие из холестерина, фосфолипидов и соли) помогают расщеплять проглоченные липиды.

Поскольку фосфатные группы полярны и гидрофильны, они притягиваются к воде во внутриклеточной жидкости. Внутриклеточная жидкость (ICF) — это жидкость внутри клетки. Фосфатные группы также притягиваются к внеклеточной жидкости. Внеклеточная жидкость (ECF) — это жидкая среда вне оболочки клеточной мембраны (см. Рисунок выше). Поскольку липидные хвосты гидрофобны, они встречаются во внутренней области мембраны, исключая водянистую внутриклеточную и внеклеточную жидкость из этого пространства.Помимо фосфолипидов и холестерина, клеточная мембрана содержит множество белков, подробно описанных в следующем разделе.

Мембранные белки

Липидный бислой составляет основу клеточной мембраны, но он полностью усеян различными белками. Два разных типа белков, которые обычно связаны с клеточной мембраной, — это интегральный белок и периферический белок (рис. 3.1.2). Как следует из названия, интегральный белок — это белок, встроенный в мембрану.Существует множество различных типов интегральных белков, каждый из которых выполняет свои функции. Например, интегральный белок, который расширяет отверстие через мембрану для ионов, чтобы войти или выйти из клетки, известен как белок канала. Периферические белки обычно находятся на внутренней или внешней поверхности липидного бислоя, но также могут быть прикреплены к внутренней или внешней поверхности интегрального белка.

Рис. 3.1.2. Клеточная мембрана: Клеточная мембрана клетки представляет собой фосфолипидный бислой, содержащий множество различных молекулярных компонентов, включая белки и холестерин, некоторые с присоединенными углеводными группами.

Некоторые интегральные белки служат в качестве белков распознавания клеток или поверхностных белков идентичности, которые маркируют идентичность клетки, чтобы ее могли распознать другие клетки. Некоторые интегральные белки действуют как ферменты или в клеточной адгезии между соседними клетками. Рецептор представляет собой тип белка распознавания, который может избирательно связывать определенную молекулу вне клетки, и это связывание вызывает химическую реакцию внутри клетки. Некоторые интегральные белки выполняют двойную роль как рецептор, так и ионный канал.Одним из примеров взаимодействия рецептор-канал являются рецепторы нервных клеток, которые связывают нейротрансмиттеры, такие как дофамин. Когда молекула дофамина связывается с белком рецептора дофамина, канал в трансмембранном белке открывается, позволяя определенным ионам проникать в клетку. Периферические белки часто связаны с интегральными белками на внутренней клеточной мембране, где они играют роль в передаче клеточных сигналов или прикреплении к внутренним клеточным компонентам (например, цитоскелет, обсуждаемый позже).

Некоторые интегральные мембранные белки являются гликопротеинами.Гликопротеин — это белок, к которому прикреплены молекулы углеводов, которые распространяются во внеклеточную среду. Прикрепленные углеводные метки на гликопротеинах помогают в распознавании клеток. Углеводы, которые происходят из мембранных белков и даже из некоторых мембранных липидов, вместе образуют гликокаликс. Гликокаликс представляет собой нечеткое покрытие вокруг клетки, образованное из гликопротеинов и других углеводов, прикрепленных к клеточной мембране. Гликокаликс может выполнять разные роли.Например, он может иметь молекулы, которые позволяют клетке связываться с другой клеткой, он может содержать рецепторы гормонов или может содержать ферменты, расщепляющие питательные вещества. Гликокализы, обнаруженные в организме человека, являются продуктами его генетической структуры. Они придают каждой из триллионов клеток человека «идентичность» принадлежности к его телу. Эта идентичность — основной способ, которым клетки иммунной защиты человека «знают» не атаковать клетки собственного тела человека, но это также причина, по которой органы, пожертвованные другим человеком, могут быть отвергнуты.

Транспорт через клеточную мембрану

Одно из величайших чудес клеточной мембраны — это ее способность регулировать концентрацию веществ внутри клетки. Эти вещества включают ионы, такие как Ca ⁺⁺, Na ⁺, K ⁺ и Cl ^—, питательные вещества, включая сахара, жирные кислоты и аминокислоты, а также продукты жизнедеятельности, особенно диоксид углерода (CO ₂), который должен покинуть камеру.

Двухслойная липидная структура мембраны обеспечивает первый уровень контроля.Фосфолипиды плотно упакованы вместе, и мембрана имеет гидрофобную внутреннюю часть. Эта структура делает мембрану избирательно проницаемой. Мембрана с селективной проницаемостью позволяет только веществам, отвечающим определенным критериям, проходить через нее без посторонней помощи. В случае клеточной мембраны только относительно небольшие неполярные материалы могут перемещаться через липидный бислой (помните, липидные хвосты мембраны неполярны). Некоторыми примерами этого являются другие липиды, кислород и углекислый газ, а также спирт.Однако водорастворимые материалы, такие как глюкоза, аминокислоты и электролиты, нуждаются в некоторой помощи для прохождения через мембрану, потому что они отталкиваются гидрофобными хвостами фосфолипидного бислоя. Все вещества, которые проходят через мембрану, делают это одним из двух общих методов, которые подразделяются на категории в зависимости от того, требуется ли энергия. Пассивный транспорт — это движение веществ через мембрану без затрат клеточной энергии. Напротив, активный транспорт — это движение веществ через мембрану с использованием энергии аденозинтрифосфата (АТФ).

Пассивный транспорт

Чтобы понять , как веществ пассивно перемещаются через клеточную мембрану, необходимо понимать градиенты концентрации и диффузию. Градиент концентрации — это разница в концентрации вещества в пространстве. Молекулы (или ионы) будут распространяться / диффундировать от того места, где они более сконцентрированы, к месту, где они менее сконцентрированы, до тех пор, пока они не будут равномерно распределены в этом пространстве. (Когда молекулы движутся таким образом, они, как говорят, перемещаются на вниз на свой градиент концентрации, от высокой концентрации к низкой.) Диффузия — это перемещение частиц из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией. Несколько общих примеров помогут проиллюстрировать эту концепцию. Представьте, что вы находитесь в закрытой комнате. Если распылить флакон духов, молекулы запаха естественным образом распространятся из места, где они оставили флакон, во все углы комнаты, и это распространение будет продолжаться до тех пор, пока молекулы не будут равномерно распределены в комнате. Другой пример — ложка сахара, помещенная в чашку чая.В конце концов сахар будет распространяться по всему чаю, пока не исчезнет градиент концентрации. В обоих случаях, если в комнате теплее или чай горячее, диффузия происходит еще быстрее, поскольку молекулы сталкиваются друг с другом и распространяются быстрее, чем при более низких температурах.

Внешний веб-сайт

Посетите эту ссылку, чтобы увидеть диффузию и то, как она приводится в движение кинетической энергией молекул в растворе. Как температура влияет на скорость диффузии и почему?

Когда какое-либо вещество существует в большей концентрации на одной стороне полупроницаемой мембраны, такой как клеточные мембраны, любое вещество, которое может двигаться вниз по градиенту своей концентрации через мембрану, будет делать это.Если вещества могут перемещаться через клеточную мембрану без затрат энергии клетки, движение молекул называется пассивным переносом. Рассмотрим вещества, которые могут легко диффундировать через липидный бислой клеточной мембраны, такие как газы кислород (O ₂) и диоксид углерода (CO ₂). Эти небольшие жирорастворимые газы и другие маленькие жирорастворимые молекулы могут растворяться в мембране и входить в клетку или выходить из нее в соответствии с градиентом их концентрации. Этот механизм движения молекул через клеточную мембрану со стороны, где они более сконцентрированы, в сторону, где они менее сконцентрированы, представляет собой форму пассивного транспорта, называемого простой диффузией . O ₂ обычно диффундирует в клетки, потому что он более сконцентрирован вне них, а CO ₂ обычно диффундирует из клеток, потому что он более сконцентрирован внутри них.

Прежде чем двигаться дальше, важно понять, что градиенты концентрации кислорода и углекислого газа всегда будут существовать в живой клетке и никогда не будут иметь равного распределения. Это связано с тем, что клетки быстро потребляют кислород во время метаболизма, и поэтому обычно внутри клетки концентрация O ₂ ниже, чем снаружи.В результате кислород будет диффундировать извне клетки напрямую через липидный бислой мембраны в цитоплазму внутри клетки. С другой стороны, поскольку клетки продуцируют CO ₂ в качестве побочного продукта метаболизма, концентрации CO ₂ повышаются в цитоплазме; следовательно, CO ₂ будет перемещаться из клетки через липидный бислой во внеклеточную жидкость, где его концентрация ниже. (Рисунок 3.1.3).

Рисунок 3.1.3 — Простая диффузия через клеточную (плазменную) мембрану: Структура липидного бислоя позволяет небольшим незаряженным веществам, таким как кислород и углекислый газ, и гидрофобным молекулам, таким как липиды, проходить через клеточную мембрану вниз. их градиент концентрации путем простой диффузии.

Большие полярные или ионные молекулы, которые являются гидрофильными, не могут легко пересечь фосфолипидный бислой. Заряженные атомы или молекулы любого размера не могут пересечь клеточную мембрану посредством простой диффузии, поскольку заряды отталкиваются гидрофобными хвостами внутри бислоя фосфолипидов. Растворенные вещества, растворенные в воде по обе стороны от клеточной мембраны, будут иметь тенденцию диффундировать вниз по градиенту их концентрации, но поскольку большинство веществ не могут свободно проходить через липидный бислой клеточной мембраны, их движение ограничивается белковыми каналами и специализированными транспортными механизмами в мембране. . Облегченная диффузия — это процесс диффузии, используемый для тех веществ, которые не могут пересекать липидный бислой из-за своего размера, заряда и / или полярности, но делают это вниз по градиенту их концентрации (рис. 3.1.4). Например, хотя ионы натрия (Na ⁺) сильно сконцентрированы вне клеток, эти электролиты заряжены и не могут проходить через неполярный липидный бислой мембраны. Их диффузии способствуют мембранные белки, которые образуют натриевые каналы (или «поры»), так что ионы Na + могут перемещаться вниз по градиенту их концентрации из-за пределов клеток внутрь клеток.Типичным примером облегченной диффузии с использованием белка-носителя является перемещение глюкозы в клетку, где она используется для производства АТФ. Хотя глюкоза может быть более концентрированной вне клетки, она не может пересекать липидный бислой посредством простой диффузии, потому что она и большая, и полярная, и поэтому отталкивается фосфолипидной мембраной. Чтобы решить эту проблему, специальный белок-носитель, называемый переносчиком глюкозы, будет переносить молекулы глюкозы в клетку, чтобы облегчить ее внутреннюю диффузию.Разница между каналом и носителем состоит в том, что носитель обычно меняет форму в процессе диффузии, а канал — нет. Есть много других растворенных веществ, которые должны пройти через облегченную диффузию, чтобы попасть в клетку, например, аминокислоты, или выйти из клетки, например, отходы.

Рисунок 3.1.4 — Облегченная диффузия: (a) Облегченная диффузия веществ, пересекающих клеточную (плазматическую) мембрану, происходит с помощью белков, таких как канальные белки и белки-носители.Канальные белки менее селективны, чем белки-носители, и обычно легко различают свой груз в зависимости от размера и заряда. (б) Белки-носители более селективны, часто позволяя пересекаться только одному конкретному типу молекул.

Осмос

Специализированный пример облегченного транспорта — вода, движущаяся через клеточную мембрану всех клеток через белковые каналы, известные как аквапорины. Осмос — это диффузия воды через полупроницаемую мембрану от места, где относительная вода больше, к месту, где относительная вода меньше (вниз по градиенту концентрации воды) (Рисунок 3.1.5).

Рисунок 3.1.5 — Осмос: Осмос — это диффузия воды через полупроницаемую мембрану вниз по градиенту ее концентрации. Если мембрана проницаема для воды, но не для растворенного вещества, вода выровняет свою концентрацию, диффундируя в сторону более низкой концентрации воды (и, следовательно, в сторону более высокой концентрации растворенного вещества). В стакане слева раствор с правой стороны мембраны гипертонический.

Сами по себе клетки не могут регулировать движение молекул воды через свою мембрану, поэтому важно, чтобы клетки подвергались воздействию среды, в которой концентрация растворенных веществ вне клеток (во внеклеточной жидкости) равна концентрации растворенные вещества внутри клеток (в цитоплазме).Два раствора, которые имеют одинаковую концентрацию растворенных веществ, называются изотоническими, (равное натяжение). Когда клетки и их внеклеточная среда изотоничны, концентрация молекул воды одинакова снаружи и внутри клеток, и клетки сохраняют свою нормальную форму (и функцию).

Осмос возникает, когда существует дисбаланс растворенных веществ вне клетки по сравнению с внутри клетки. Раствор, который имеет более высокую концентрацию растворенных веществ, чем другой раствор, называется гипертоническим , и молекулы воды имеют тенденцию диффундировать в гипертонический раствор (рис.1.6). Клетки в гипертоническом растворе будут сморщиваться, когда вода покидает клетки посредством осмоса. Напротив, раствор, который имеет более низкую концентрацию растворенных веществ, чем другой раствор, называется гипотоническим , и молекулы воды имеют тенденцию диффундировать из гипотонического раствора. Клетки в гипотоническом растворе будут поглощать слишком много воды и набухать, что в конечном итоге может привести к разрыву. Важнейшим аспектом гомеостаза живых существ является создание внутренней среды, в которой все клетки тела находятся в изотоническом растворе.Различные системы органов, особенно почки, работают над поддержанием этого гомеостаза.

Рисунок 3.1.6 — Концентрация раствора: Гипертонический раствор имеет более высокую концентрацию растворенного вещества, чем другой раствор. Изотонический раствор имеет концентрацию растворенного вещества, равную другому раствору. Гипотонический раствор имеет меньшую концентрацию растворенного вещества, чем другой раствор.

Активный транспорт

Для всех способов транспортировки, описанных выше, ячейка не расходует энергию.Мембранные белки, которые помогают в пассивном переносе веществ, делают это без использования АТФ. Во время первичного активного транспорта требуется АТФ для перемещения вещества через мембрану с помощью мембранного белка и против его градиента концентрации.

Один из наиболее распространенных типов активного транспорта включает белки, которые служат насосами. Слово «насос», вероятно, вызывает в воображении мысли об использовании энергии для накачки шины велосипеда или баскетбольного мяча. Точно так же энергия АТФ требуется этим мембранным белкам для переноса веществ — молекул или ионов — через мембрану против градиентов их концентрации (из области с низкой концентрацией в область с высокой концентрацией).

Натрий-калиевый насос , который также называют Na ⁺ / K ⁺ АТФаза, транспортирует натрий из клетки, одновременно перемещая калий в клетку. Насос Na ⁺ / K ⁺ — это важный ионный насос, присутствующий в мембранах всех клеток. Активность этих насосов в нервных клетках настолько велика, что на нее приходится большая часть использования ими АТФ.

Рисунок 3.1.7. Натрий-калиевый насос находится во многих клеточных (плазматических) мембранах.Насос, работающий от АТФ, перемещает ионы натрия и калия в противоположных направлениях, каждый против своего градиента концентрации. За один цикл насоса три иона натрия вытесняются из ячейки, а два иона калия импортируются в ячейку.

Активные транспортные насосы могут также работать вместе с другими активными или пассивными транспортными системами для перемещения веществ через мембрану. Например, натрий-калиевый насос поддерживает высокую концентрацию ионов натрия вне клетки. Следовательно, если клетке нужны ионы натрия, все, что ей нужно сделать, это открыть пассивный натриевый канал, поскольку градиент концентрации ионов натрия заставит их диффундировать в клетку.Таким образом, действие активного транспортного насоса (натрий-калиевый насос) обеспечивает пассивный транспорт ионов натрия, создавая градиент концентрации. Когда активный транспорт обеспечивает перенос другого вещества таким образом, это называется вторичным активным транспортом.

Симпортеры — это вторичные активные переносчики, которые перемещают два вещества в одном направлении. Например, симпортер натрий-глюкоза использует ионы натрия, чтобы «втягивать» молекулы глюкозы в клетку. Поскольку клетки запасают глюкозу для получения энергии, глюкоза обычно находится в более высокой концентрации внутри клетки, чем снаружи; однако из-за действия натрий-калиевого насоса ионы натрия легко диффундируют в клетку при открытии симпортера.Поток ионов натрия через симпортер обеспечивает энергию, которая позволяет глюкозе перемещаться через симпортер в клетку против градиента ее концентрации.

И наоборот, антипортеры — это вторичные активные транспортные системы, которые транспортируют вещества в противоположных направлениях. Например, антипортер ионов натрия-водорода использует энергию поступающего внутрь потока ионов натрия для перемещения ионов водорода (H ⁺) из клетки. Натрий-водородный антипортер используется для поддержания pH внутри клетки.

Другие формы мембранного транспорта

Другие формы активного транспорта не связаны с мембранными переносчиками. Эндоцитоз (попадание «в клетку») — это процесс поглощения клеткой материала путем охвата его частью своей клеточной мембраны, а затем отщипывания этой части мембраны (рис. 3.1.8). После защемления часть мембраны и ее содержимое становятся независимыми внутриклеточными пузырьками. Везикула представляет собой перепончатый мешок — сферическую и полую органеллу, ограниченную двухслойной липидной мембраной.Эндоцитоз часто приносит в клетку материалы, которые необходимо расщепить или переварить. Фагоцитоз («поедание клеток») — это эндоцитоз крупных частиц. Многие иммунные клетки участвуют в фагоцитозе вторгающихся патогенов. Подобно маленьким пакменянам, их работа — патрулировать ткани тела на предмет нежелательных веществ, таких как вторжение в бактериальные клетки, фагоцитировать и переваривать их. В отличие от фагоцитоза, пиноцитоз («питье клеток») переносит жидкость, содержащую растворенные вещества, в клетку через мембранные везикулы.

Рисунок 3.1.8 — Три формы эндоцитоза: Эндоцитоз — это форма активного транспорта, при котором клетка окружает внеклеточные материалы, используя свою клеточную мембрану. (а) При фагоцитозе, который является относительно неселективным, клетка поглощает крупные частицы в более крупные пузырьки, известные как вакуоли. (б) При пиноцитозе клетка поглощает мелкие частицы жидкости. (c) Напротив, рецепторно-опосредованный эндоцитоз довольно селективен. Когда внешние рецепторы связывают определенный лиганд, клетка отвечает эндоцитозом лиганда.

Фагоцитоз и пиноцитоз захватывают большие части внеклеточного материала, и они, как правило, не обладают высокой селективностью в отношении веществ, которые они вносят. Клетки регулируют эндоцитоз определенных веществ через рецептор-опосредованный эндоцитоз. Рецептор-опосредованный эндоцитоз — это эндоцитоз части клеточной мембраны, которая содержит множество рецепторов, специфичных для определенного вещества. Как только поверхностные рецепторы свяжут достаточное количество специфического вещества (лиганда рецептора), клетка будет эндоцитозировать часть клеточной мембраны, содержащую комплексы рецептор-лиганд.Таким образом эритроциты эндоцитируют железо, необходимый компонент гемоглобина. Железо связано с белком, который называется трансферрином в крови. Специфические рецепторы трансферрина на поверхности эритроцитов связывают молекулы железо-трансферрин, и клетка эндоцитирует комплексы рецептор-лиганд.

В отличие от эндоцитоза, экзоцитоз («извлечение из клетки») представляет собой процесс экспорта клеточного материала с использованием везикулярного транспорта (рис. 3.1.9). Многие клетки производят вещества, которые необходимо секретировать, как фабрика, производящая продукт на экспорт.Эти вещества обычно упакованы в мембраносвязанные везикулы внутри клетки. Когда мембрана везикулы сливается с клеточной мембраной, везикула выделяет свое содержимое в интерстициальную жидкость. Затем везикулярная мембрана становится частью клеточной мембраны.

Конкретные примеры экзоцитоза включают клетки желудка и поджелудочной железы, производящие и секретирующие пищеварительные ферменты посредством экзоцитоза (рис. 3.1.10), и эндокринные клетки, производящие и секретирующие гормоны, которые разносятся по всему телу.

Добавление новой мембраны к плазматической мембране обычно сопровождается эндоцитозом, поэтому клетка не увеличивается постоянно. Благодаря этим процессам клеточная мембрана постоянно обновляется и изменяется по мере необходимости.

Рисунок 3.1.9 — Экзоцитоз: Экзоцитоз очень похож на эндоцитоз в обратном направлении. Материал, предназначенный для экспорта, упаковывается в пузырьки внутри клетки. Мембрана везикулы сливается с клеточной мембраной, и содержимое выходит во внеклеточное пространство. Рисунок 3.1.10 — Ферментные продукты клеток поджелудочной железы: Ацинарные клетки поджелудочной железы производят и секретируют множество ферментов, которые переваривают пищу. Крошечные черные гранулы на этой электронной микрофотографии представляют собой секреторные везикулы, заполненные ферментами, которые будут выводиться из клеток посредством экзоцитоза. LM × 2900. (Микрофотография предоставлена Медицинской школой Риджентс Мичиганского университета © 2012)

Заболевания клетки: муковисцидоз

Муковисцидоз (МВ) поражает примерно 30 000 человек в Соединенных Штатах, при этом ежегодно регистрируется около 1000 новых случаев.Это генетическое заболевание наиболее известно своим поражением легких, вызывающим затрудненное дыхание и хронические легочные инфекции, но оно также поражает печень, поджелудочную железу и кишечник. Всего около 50 лет назад прогноз для детей, рожденных с МВ, был очень мрачным — ожидаемая продолжительность жизни редко превышала 10 лет. Сегодня, с развитием медицины, многие пациенты с МВ доживают до 30 лет.

Симптомы CF являются результатом неисправности мембранного ионного канала, называемого регулятором трансмембранной проводимости при муковисцидозе, или CFTR.У здоровых людей белок CFTR является интегральным мембранным белком, который переносит ионы Cl– из клетки. У человека, у которого есть CF, ген CFTR мутирован, таким образом, клетка производит дефектный белок канала, который обычно не включается в мембрану, а вместо этого разрушается клеткой.

CFTR требует ATP для функционирования, что делает его Cl– транспортной формой активного транспорта. Это долгое время озадачивало исследователей, потому что ионы Cl– на самом деле текут на вниз по градиенту их концентрации на , когда они переносятся из клеток.Активный транспорт обычно перекачивает ионы против их градиента концентрации, но CFTR представляет собой исключение из этого правила.

В нормальной легочной ткани движение Cl– из клетки поддерживает богатую Cl – отрицательно заряженную среду непосредственно за пределами клетки. Это особенно важно в эпителиальной выстилке дыхательной системы. Клетки респираторного эпителия выделяют слизь, которая улавливает пыль, бактерии и другой мусор. Реснички (множественное число = реснички) — это один из волосовидных придатков, обнаруженных на определенных клетках.Реснички на эпителиальных клетках перемещают слизь и ее захваченные частицы по дыхательным путям от легких к внешней стороне. Для эффективного продвижения вверх слизь не может быть слишком вязкой, скорее, она должна иметь жидкую водянистую консистенцию. Транспорт Cl– и поддержание электроотрицательной среды вне клетки привлекает положительные ионы, такие как Na +, во внеклеточное пространство. Накопление ионов Cl– и Na + во внеклеточном пространстве создает богатую растворенными веществами слизь с низкой концентрацией молекул воды.В результате через осмос вода перемещается из клеток и внеклеточного матрикса в слизь, «разжижая» ее. В нормальной респираторной системе слизь остается достаточно разбавленной, чтобы ее можно было вытолкнуть из дыхательной системы.

Если канал CFTR отсутствует, ионы Cl– не выводятся из клетки в достаточном количестве, что не позволяет им вытягивать положительные ионы. Отсутствие ионов в секретируемой слизи приводит к отсутствию нормального градиента концентрации воды.Таким образом, отсутствует осмотическое давление, втягивающее воду в слизь. Образующаяся слизь густая и липкая, и мерцательный эпителий не может эффективно удалить ее из дыхательной системы. Проходы в легких блокируются слизью вместе с мусором, который она переносит. Бактериальные инфекции возникают легче, потому что бактериальные клетки не выводятся из легких эффективно.

Обзор главы

Клеточная мембрана обеспечивает барьер вокруг клетки, отделяя ее внутренние компоненты от внеклеточной среды.Он состоит из фосфолипидного бислоя с гидрофобными внутренними липидными «хвостами» и гидрофильными внешними фосфатными «головками». Различные мембранные белки разбросаны по бислою, как вставлены в него, так и прикреплены к нему на периферии. Клеточная мембрана избирательно проницаема, позволяя лишь ограниченному количеству материалов диффундировать через ее липидный бислой. Все материалы, которые проходят через мембрану, делают это с использованием пассивных (не требующих энергии) или активных (энергозатратных) процессов переноса.Во время пассивного транспорта материалы перемещаются за счет простой диффузии или облегченной диффузии через мембрану вниз по градиенту их концентрации. Вода проходит через мембрану в процессе диффузии, называемом осмосом. Во время активного переноса энергия расходуется на содействие движению материала через мембрану в направлении против градиента их концентрации. Активный транспорт может происходить с помощью протеиновых насосов или везикул.

Вопросы по интерактивной ссылке

Посетите эту ссылку, чтобы увидеть диффузию и то, как она приводится в движение кинетической энергией молекул в растворе.Как температура влияет на скорость диффузии и почему?

Более высокие температуры ускоряют диффузию, потому что молекулы обладают большей кинетической энергией при более высоких температурах.

Контрольные вопросы

Вопросы критического мышления

Какие материалы могут легко диффундировать через липидный бислой и почему?

Только материалы, которые относительно малы и неполярны, могут легко диффундировать через липидный бислой.Крупные частицы не могут поместиться между отдельными фосфолипидами, которые упакованы вместе, а полярные молекулы отталкиваются гидрофобными / неполярными липидами, выстилающими внутреннюю часть бислоя.

Почему рецептор-опосредованный эндоцитоз считается более избирательным, чем фагоцитоз или пиноцитоз?

Эндоцитоз, опосредованный рецепторами

, более селективен, поскольку вещества, которые попадают в клетку, являются специфическими лигандами, которые могут связываться с рецепторами, подвергающимися эндоцитозу.С другой стороны, фагоцитоз или пиноцитоз не обладают такой рецепторно-лигандной специфичностью и приносят любые материалы, которые оказываются близко к мембране, когда она покрывается оболочкой.

Что общего между осмосом, диффузией, фильтрацией и движением ионов от одного заряда? Чем они отличаются?

Эти четыре явления похожи в том смысле, что они описывают движение веществ по определенному типу градиента. Осмос и диффузия включают движение воды и других веществ вниз по градиенту их концентрации, соответственно.Фильтрация описывает движение частиц вниз по градиенту давления, а движение ионов от одноименного заряда описывает их движение вниз по их электрическому градиенту.

.

Previous Post

Цвета профнастил для крыши – Цвета профнастила для крыши [28 фото]: распространенные оттенки, примеры

Next Post

Профиль стыковочный для поликарбоната – Профиль соединительный для поликарбоната в России

Related Articles

19 февраля, 1970 alexxlab

Тайвек мембрана: Диффузионная мембрана Tyvek Soft 1500×50000 мм 60 г/м2

Содержание область применения, все разновидности и технология монтажаПроизводитель гидроизоляции TyvekПлюсы гидроизоляционной мембраны TyvekМембраны Tyvek AirGuard SD5 и AirGuard ReflectiveГидроизоляционная мембрана Tyvek SoftГидроизоляция Tyvek Solid и Tyvek Solid SilverTyvek Housewrap и FireCurb HousewrapСверхпрочная гидроизоляционная мембрана Tyvek Supro TapeТаблица с характеристиками разных видов мембран TyvekИспытания гидроизоляционных мембранТехнология монтажа мембраны TyvekВ заключениеМембраны Тайвек (Tyvek) цена гидроизоляционной и пароизоляционной […]

Читать далее

18 апреля, 2020 alexxlab

Трехслойная супердиффузионная мембрана: Супердиффузионная мембрана в Санкт-Петербурге. Купить Недорого у Проверенных Продавцов на Торговой Площадке Tiu.ru

Содержание Изоспан AS 130 proff, 70 м2Супердиффузионная трехслойная мембрана Aquatec MDM AQ 120Мегаизол SD (трехслойная супердиффузионная мембрана) 70 кв. м.Применение МЕГАИЗОЛ SDОбласть применения пароизоляции Мегаизол SDВ конструкциях стен с наружным утеплением:В вентилируемых фасадах:Технические характеристики материалаBrane SD — трёхслойная супердиффузионная мембранаТехнические характеристики материала Brane SDПрименение мембраны «Brane SD» В утепленной кровлеПрименение мембраны «Brane SD» В конструкциях […]

Читать далее

11 мая, 2018 alexxlab

Мембрана изоспан: Изоспан AM применение, цена, технические характеристики |isospan.gexa.ru

Содержание Мембрана Изоспан: особенности материала и тонкости крепленияОглавление:Мембрана “Изоспан” — особенности и общие сведенияПреимущества использования материалов “Изоспан”“Изоспан” характеристики и разнообразие материалаРазновидности мембран “Изоспан” и их особенностиКак укладывать “Изоспан”: особенности монтажа мембранИзоспан-АQ proff (70 м2) супердиффузионная мембранаХарактеристикиИзоспан A, 70 м2 — ветрогидрозащитная паропроницаемая мембранаИзоспан AM, 70 м2 — трехслойная ветрогидрозащитная паропроницаемая мембранаИзоспан АМ мембрана. Широкий выбор […]

Читать далее

Добавить комментарий Отменить ответ