Определение полупроницаемой мембраны
Полупроницаемая мембрана – это слой, через который могут проходить только определенные молекулы. Полупроницаемые мембраны могут быть как биологическими, так и искусственными. Искусственные полупроницаемые мембраны включают в себя различные материалы, предназначенные для фильтрация такие как используемые в обратном осмос, которые пропускают только воду. Биологические мембраны клеток создаются двумя листами фосфолипид, которые содержат липидный хвост, присоединенный к полярному глава, Хвостовые области каждого листа объединяются, а головки молекул направлены наружу. Полярные головы указывают как наружу к окружающей среде клетка и внутрь к цитозоль, Таким образом, гидрофобный область липидных хвостов отделяет два тела решение, Это можно увидеть на изображении ниже.
В то время как вода и другие маленькие молекулы могут проскальзывать через промежутки между молекулами фосфолипидов, другие молекулы, такие как ионы и большие питательные вещества, не могут проникнуть внутрь клетки или выйти из нее. Это делает фосфолипидный бислой превосходной полупроницаемой мембраной, которая позволяет клеткам отделять свое содержимое от окружающей среды и других клеток. Концентрация раствора, связанного полупроницаемой мембраной, может быть описана его тонус по сравнению с окружающей средой или другими клетками. Поскольку биологические мембраны проницаемы для воды, но не растворены, вода имеет тенденцию проникать в клетки, которые гипертонический в окружающую среду, в то время как вода выходит из клеток, которые гипотонический.
Мембраны большинства клеток также содержат различные транспортные белки, которые облегчают движение больших молекул и ионов через клеточная мембрана, Некоторые из этих белков требуют энергии для перемещения через мембрану, форма активный транспорт в то время как другие свободно текут, когда поры белка открыты через мембрану. Это называется пассивный транспорт, С этими специализированными белками клеточная мембрана становится селективно проницаемой мембраной, так как генетика клетки решают, какие молекулы могут пройти через мембрану. Полупроницаемые мембраны эволюционировали таким образом с течением времени, чтобы позволить и ограничивать широкий спектр молекул, которые в широком смысле объясняют различные функции клеток в разных организмах и тканях.
Примеры полупроницаемой мембраны
Искусственные мембраны и тоничность
Искусственные мембраны использовались в лаборатории для демонстрации основ влияния осмолярности на клетки. Как и клеточные мембраны, полупроницаемая мембрана, созданная искусственно, пропускает только воду, ограничивая растворенные в растворе растворенные вещества. Если два раствора соединены через полупроницаемую мембрану, между ними будет течь вода, но растворенные вещества будут ограничены стороной мембраны, на которой они начали. Это можно увидеть на следующей иллюстрации этого эксперимента.
Левая сторона изображения показывает начальную настройку. Полупроницаемая мембрана маркируется и разделяет два раствора, помещенных в U-образную трубку. Правая сторона трубки содержит меньше растворенных веществ, чем правая, и считается гипотонической справа от гипертонической. По мере продолжения эксперимента полупроницаемая мембрана будет пропускать через мембрану воду, но не растворенные вещества. В некотором смысле вода между двумя растворами связана и предпочитает, чтобы растворенные вещества распределялись равномерно. Как правило, растворенные вещества будут равномерно распределяться по воде, но полупроницаемая мембрана предотвращает это. Вместо этого вода должна быть молекула двигаться через мембрану. Чтобы сбалансировать концентрации двух растворов, вода выходит из правой части трубки в левую сторону. Это изменение громкости можно увидеть в правой части изображения. Хотя объемы растворов изменились, полупроницаемая мембрана все еще допускает выравнивание концентраций. Решения сейчас изотонический.
Клеточная мембрана
Как и искусственный пример, описанный выше, клеточные мембраны всех организмов ведут себя как простые полупроницаемые мембраны, пропуская воду, исключая при этом растворенные вещества. Тем не менее, клетки существуют в самых разных средах. В океане вода сильно концентрируется с солями, создается гипертоническая среда. В пресноводных средах существует противоположное состояние, и вода стремится затопить клетки. Наземные организмы сталкиваются с совершенно новой проблемой, полной нехваткой воды. В то время как основной фосфолипидный бислой служит для отделения клеток от окружающей среды, одного этого едва ли будет достаточно, чтобы компенсировать это широкое разнообразие условий. Клетки организмов, которые живут в этих различных средах, выработали белки, которые функционируют, пропуская растворенные вещества через мембрану. В то время как клетки должны тратить энергию, чтобы сделать это, это также позволяет им поддерживать условия в цитозоле и выполнять функцию жизни. Эта постоянная борьба за поддержание условий внутри клеток известна как гомеостаз.
- Избирательно проницаемая мембрана – Мембрана, которая пропускает вещества таким образом, что создает гомеостаз.
- Гомеостаз – Состояние равновесия, при котором может осуществляться процесс жизни (репликация ДНК и т. Д.).
- Фосфолипидный бислой – полупроницаемая мембрана, созданная всеми биологическими организмами.
- Клеточная мембрана – фосфолипидный бислой, содержащий сотни различных транспортных белков, которые регулируют поток растворенных веществ и создают состояние гомеостаза.
викторина
1. Генетическое мутация в клетке заставляет клетку продуцировать клеточную мембрану, которая не имеет транспортных белков. Мембрана все еще функционирует как полупроницаемая мембрана. Будет ли клетка жить и сможет размножаться?A. нетB. даC. Только в правильной обстановке
Ответ на вопрос № 1
верно. Эта клетка обречена. Даже если поместить в среду, в которой есть все питательные вещества и молекулы, необходимые для роста, клетка не сможет их транспортировать. Даже глюкоза, основная молекула для клеточного метаболизма, должна транспортироваться через мембрану со специальными белками. Без этого мембрана теряет свою селективную способность, и клетка быстро погибает.
2. Как видно из приведенного выше примера, ученый устанавливает U-образную трубку с полупроницаемой мембраной, разделяющей два раствора. С правой стороны ученый помещает раствор, который имеет 10 г / л растворенное вещество, Левая сторона получает раствор, содержащий 5 г / л растворенного вещества. Ученый начинает с одинакового объема раствора в каждой пробирке. Каким образом вода будет течь через эту полупроницаемую мембрану?A. Не будет течьB. Слева направоC. Справа налево
Ответ на вопрос № 2
В верно. Левая сторона раствора содержит только половину растворенных молекул в качестве правой стороны, что делает его гипотоническое решение, Вода будет течь из гипотонического раствора в гипертонический раствор пока два решения не станут изотоническими. Полупроницаемая мембрана предотвращает движение растворенных веществ, а не воды. В конце эксперимента будет больше воды с правой стороны, но концентрации пробирок будут такими же.
3. Ученые знают, как создавать фосфолипидные бислои в лаборатории. Если бы вы взяли часть своей ДНК и окружили ее фосфолипидным бислоем, могли бы вы создать свой клон?A. Да! Вот как они клонируют вещи.B. Нет, это не создаст функциональную ячейку.C. Клетка должна заботиться тщательно.
Ответ на вопрос № 3
В верно. Ваша ДНК существует в очень особых условиях. ДНК человека существует внутри ядра, специализированной мембраны, содержащей 2 липидных бислоя. Обе эти мембраны содержат сотни специализированных белков, которые помогают в транспортировке продуктов к ядру и от него. Ядро существует в цитозоле, который содержит еще более специализированные селективно проницаемые мембраны и сам инкапсулирован в клеточной мембране. Клеточная мембрана, в свою очередь, представляет собой не только фосфолипидный бислой, но содержит сотни белков со специфическими функциями. При наличии только фосфолипидного бислоя эта искусственная клетка быстро погибнет.