16
A sejtek felépítése és mûködése
TRANSZPORTFOLYAMATOK A SEJTEKBEN Mi az ozmózis o és mi a jelentõsége a sejtek vízforgalmában? máb
1. Sejtmembrán elektronmikroszkópos felvétele
biológiai mûködése a sejtmembránnak, az endoMi a bio plazmatikus hálózatnak, a Golgi-készüléknek, a lizosszómának, a mitokondriumnak, a zöld színtestnek és a maghártyának? (Az elõzõ években már tanultál róluk.) tanu
A biológiai membránok nemcsak a sejthártya, hanem szinte az összes sejtalkotó felépítésében részt vesznek. (1.) Magát az élõ sejtet úgy is felfoghatjuk, mint egysejtmástól membránnal vagy membránrendszerrel elhatárolt hártya citoplazma reakcióterek (anyagcsereterek) együttesét. A membrán (fehérjeszintézis, kromatin elhatárolja ugyan az egyes sejtalkotókat, de ugyanakkor anyagátalakítási állomány össze is köti õket, mert rajta keresztül szállítófolyamatok folyamatok) játszódnak le. Az egész sejt maga is egy nagy anyagcseretér, amelyet a sejtmembrán választ el környezetétõl. A sejten belüli két fõ reakciótér a citoplazma és a sejtmag, ezeket a maghártya választja el. A citoplazmában lévõ sejtszervek egymástól elkülönülõ, de egyben egymással az õket határoló membránokon keresztül kapcsolatban lévõ, kisebb-nagyobb anyagcseretereket alkotnak. (2.) A mitokondriumok és a színtestek olyan bonyolult sejtszervek, amelyeknek belsejében a belsõ maghártya lizoszóma (sejtmag membránok több anyagcsereteret is elkülönítenek és citoplazma egymástól. (3.) közötti kapcsolat) Golgi-készülék A különféle anyagok átjutását a membránon transz(anyagátalakítási sejtmag (öröklõdés, portfolyamatoknak nevezzük. A sejt anyagokat vesz folyamatok) nukleinsav-szintézis) fel a környezetébõl és anyagokat ad le oda. A sejtszervek 2. Az állati sejt legfontosabb az anyagokat a citoplazma alapállományából veszik fel anyagcsereterei és oda is adják le. A különbözõ reakcióterekben lezajló biokémiai folyamatok a transzportfolyamatokon kereszmembránok belsõ tül kapcsolódnak egymáshoz. közötti tér membrán A szabad transzport esetén az anyagok önállóan, szállítómolekulák segítsége nélkül, diffúzióval jutnak át belsõ tér (alapállomány) a membránon. Ennek a folyamatnak a mozgatója a membrán két oldala közötti koncentrációkülönbség. Az ozmózis folyamatában például a víz szabad transzportkülsõ membrán tal jut át a sejtmembránon. A vízmolekulák egészen a 3. A mitokondriumok anyagcsereterei membrán két oldala közötti töménységkülönbség kiegyenlítõdéséig áramlanak a hígabb oldatból a töméHány anyagcseretér látható a rajzon? nyebb felé. (4.) Melyek ezek? mitokondrium (energiatermelõ és lebontó folyamatok)
bio10szki-press-3.indd 16
endoplazmatikus hálózat (szállítás, fehérjeszintézis)
2010.06.23. 9:29:44
A sejtek felépítése és mûködése
De nemcsak a víz esetében figyelhetõ meg szabad transzport. A zsírban oldódó vitaminok, a zsírsavak, továbbá a kisebb méretû ionok is ilyen módon jutnak át a membránon. A közvetített transzportnál a membránban sajátos szállítómolekulák (transzporterek) mûködnek. A szállítók a membrán kettõs lipidrétegét átérõ fehérjemolekulák. Ezekhez specifikusan szállítandó anyagok (szubsztrátok) kapcsolódhatnak. (A szubsztrát szó jelentése: anyag, amely szállítódik; anyag, amire egy bizonyos enzim hat.) Magának a szállításnak több féle mechanizmusa is ismert. Gyakran a szállítófehérje a membrán egyik oldalán megköti a hozzá specifikusan kapcsolódó szállítandó anyagot. Ezáltal egy transzporter–szubsztrát-komplex keletkezik. A specifikus kapcsolódás egyidejûleg megváltoztatja a szállító térszerkezetét. Olyan átrendezõdés jön létre, amelynek a hatására a molekula minden energiafelhasználás nélkül, kizárólag csak a térszerkezet-változás következtében 180 fokot fordul a membránban. Ezáltal a szubsztrát a membrán másik oldalára kerül. Ezt követõen a transzporter–szubsztrát-komplex szétesik, a szállítás befejezõdött, az anyag átjutott a membránon. (Képletesen szólva a transzpor ter úgy mozog a membránban, mint például a szállodák forgóajtója.) Természetesen a szállítás kétirányú lehet (belülrõl kifelé, kívülrõl befelé, illetve egyikrõl másik és másikról egyik oldal felé). Egy másik szállítási lehetõségnél a transzporterek nem fordulnak ugyan 180 fokot, de a membránban elfoglalt helyzetüket ekkor is változtatják. Például a transzporter-fehérje térszerkezete úgy változik meg, hogy benne átjárást szolgáló csatorna (pórus) keletkezik. (5.) Csatorna nemcsak egy fehérjemolekulán belül, hanem két egymás melletti fehérjemolekula között is kialakulhat. Ehhez a szerkezetváltozáshoz sem szükséges energia. A szubsztrát kötõdése automatikusan okozza a pórust kialakító szerkezetváltozást. A közvetített transzport a szállítás energiaszükséglete alapján passzív és aktív lehet. A passzív transzportnak nincs energiaigénye, a transzportfehérje a nagyobb töménységû helyen felveszi és a kisebb töménységû helyen leadja a szubsztrátot. (6.) Az aktív transzport a passzív transzporttal ellentétes irányú, tehát a kisebb töménységtõl szállít a nagyobb töménység felé. A transzport megvalósulásához energia szükséges. (7.)
bio10szki-press-3.indd 17
17
4. Szabad transzport Mi szabja meg a diffúzió irányát?
5. Közvetített transzport pórusképzõdéssel. Magyarázd meg, hogy a szállítandó anyag hogyan jut át a membránon!
6. Közvetített passzív transzport Magyarázd meg, hogy a szállítandó anyag a transzporter–szubsztrát-komplex térszerkezet-változása következtében hogyan jut át a membránon!
ATP
ADP + P
7. Közvetített aktív transzport Miben különbözik a szabad és a közvetített, valamint a passzív és az aktív transzport?
2010.06.23. 9:29:45
18
A sejtek felépítése és mûködése
1.
2.
3.
4.
8. Az endocitózis folyamata Hogyan nevezzük a 4. felvételen látható képzõdményt? Miben különbözik az endocitózis és az exocitózis?
Egyszerû kísérlettel bizonyíthatjuk, hogy az állati sejtek is ozmózissal veszik fel vagy adják le a vizet. 1 csepp halvért tegyünk tárgylemezre, keverjünk hozzá 1 csepp fiziológiás (0,9%-os) konyhasó-oldatot, és figyeljük meg mikroszkóp alatt a vörösvérsejteket. (A fiziológiás oldat töménysége a vérplazma koncentrációjával lényegében megegyezik.) Ezután szûrõpapírral szívassunk át a tárgylemez alatt 1 csepp 3%-os konyhasó-oldatot. Ennek hatására a vörösvérsejtek kisebbek lesznek, összefonnyadnak, szabálytalan alakúvá válnak. Mi lehet ennek az oka? Ezután szívassunk át a készítményen 0,3%-os, híg konyhasó-oldatot. Ennek hatására a vörösvérsejtek elõször visszanyerik az alakjukat, késõbb pedig már nem figyelhetjük meg õket, viszont a látótér megvörösödik. Mi történt? Mi lehet ennek a hemolízisnek nevezett jelenségnek az oka?
bio10szki-press-3.indd 18
Mivel a transzporter-szubsztrát-komplex kialakulása automatikusan létrehozza a szükséges térszerkezetváltozást, az energia nem magához a membránon való átjutáshoz, hanem a komplex szétbomlásához, tehát a szállított molekulának a nagyobb koncentrációjú helyen a szállítómolekuláról való leválásához használódik fel. Például a növények gyökérszõrsejtjei a koncentrációkülönbség ellenében aktív transzporttal veszik fel a talajból az ionokat. Magában a gyökérszõrsejtben az ion koncentrációja sokszorosa a talajénak, a szállítás mégis a sejt felé irányul.
A se sejtek sejtekben ekkbe b n membránáthelyezõdéssel járó ró ó szállítás szá zállllít ítás ás iiss gyakran gy yak akra rann lejátszódik. lejátszó zóddik. dik. E ffolyamat olya yama m t aalapja lapja a membránárammemb mbrá ráná nára ram mlás jelensége. Ez azt jelenti, hogy a különféle sejtalkotók membránjai egymásba alakulhatnak. A sejtek membránáthelyezõdéssel járó anyagleadását exocitózisnak, míg a sejtbe befelé lezajló membránáthelyezõdéssel járó transzportot endocitózisnak nevezzük. (8.) (Egysejtû állatoknál,, fehérvérsejteknél az endocitózis helyett a fagocitózis fag fa goci citó tó ózi z s [bekebelezés] [b elnevezés használatos.) Az exocitózis folyamata a következõképpen játszódik le: az endoplazmatikus hálózatról leváló anyaggal telt membránhólyagocska beleolvad a Golgi-készülékbe. Az ide került anyag némi átalakítás után egy kis hólyagban leválik és vagy egy elsõdleges lizoszóma lesz belõle, vagy a hólyag beleolvad a sejtmembránba és a benne szállított anyag pedig kijut a sejtbõl. Például a mirigysejtek exocitózissal adják le a váladékukat és az ingerületátvivõ anyag is így távozik az idegsejtek végfácskáiból. Az endocitózisnál a sejtmembrán közelébe jutott anyagszemcsét a membrán mintegy „körülfolyja”, és körülötte egy kis hólyagocskát alakít ki. Ezután a hólyagocska befelé leválik a membránról. Ezt a membránhólyagocskát, amelynek a belsejében kívülrõl származó anyag van, elõlizoszómának, vagy fagoszómának nevezzük. Az elõlizoszóma egybeolvad egy emésztõenzimet tartalmazó elsõdleges lizoszómával, együtt másodlagos lizoszómává alakulnak, amelyben megemésztõdik a felvett anyag. Az egysejtû állatok emésztõ üregecskéje lényegében egy ilyen másodlagos lizoszóma.
KÉRDÉSEK, FELADATOK jelentenek a következõ fogalmak: transzportfolya• Mit mat; szabad transzport; közvetített transzport; szállítómolekula (transzporter); szubsztrát; pórus; passzív transzport; aktív transzport; membránáthelyezõdéssel járó transzport; exocitózis; endocitózis?
2010.06.23. 9:29:47
