ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ

Transcript

1 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ

2 Προσοµοίωση Είναι γνωστό ότι η εξάσκηση των φοιτητών σε επίπεδο εργαστηριακών ασκήσεων, µε χρήση των κατάλληλων πειραµατοζώων, οργάνων και αναλωσίµων (χηµικών κλπ) αποτελεί τη βάση για την κατανόηση των αντίστοιχων κεφαλαίων της Φυσιολογίας. Οι ασκήσεις αυτές σας δίνουν την ευκαιρία να έλθετε σε άµεση επαφή µε το εξεταζόµενο κάθε φορά φυσιολογικό σύστηµα (π.χ. Νευρικό, Πεπτικό κλπ). Από την άλλη πλευρά, τα αποτελέσµατα των πειραµάτων εξαρτώνται από πολλές παραµέτρους, και η µέχρι σήµερα εµπειρία δείχνει ότι ποικίλλουν ανάµεσα στους φοιτητές. Η χρησιµοποίηση κατάλληλα σχεδιασµένων προγραµµάτων σε ηλεκτρονικό υπολογιστή, παρέχει αρκετά πλεονεκτήµατα για τη συµπληρωµατική µελέτη της λειτουργίας διαφόρων φυσιολογικών συστηµάτων. Με δεδοµένο ότι δεν υπάρχει κανένας κίνδυνος να καταστραφεί ούτε ο ιστός ούτε τα όργανα που χρησιµοποιούνται, σας δίνεται περισσότερος χρόνος να σκεφτείτε, να προβληµατιστείτε σε θεωρητικό επίπεδο και να εξάγετε συµπεράσµατα για θέµατα που σας ενδιαφέρουν.

3 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ

4 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ Όλοι οι ζωντανοί οργανισµοί, στην ουσία, είναι µια σειρά αλληλοσυνδεόµενων υδατικών διαλυµάτων που περιέχονται σε σάκκους από µεµβράνες φωσφολιπιδίων.

5 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ Όλοι οι ζωντανοί οργανισµοί, στην ουσία, είναι µια σειρά αλληλοσυνδεόµενων υδατικών διαλυµάτων που περιέχονται σε σάκκους από µεµβράνες φωσφολιπιδίων. Ιδιότητες και πλεονεκτήματα του νερού ως βάση της ζωής

6 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ Όλοι οι ζωντανοί οργανισµοί, στην ουσία, είναι µια σειρά αλληλοσυνδεόµενων υδατικών διαλυµάτων που περιέχονται σε σάκκους από µεµβράνες φωσφολιπιδίων. Ιδιότητες και πλεονεκτήματα του νερού ως βάση της ζωής Αποτελείται από δύο άτοµα υδρογόνου που συνδέονται οµοιοπολικά µε ένα κεντρικό άτοµο οξυγόνου, το οποίο είναι τόσο ισχυρά αρνητικά φορτισµένο, ώστε οι δεσµοί αυτοί να αποκτούν ορισµένα από τα χαρακτηριστικά των ιοντικών δεσµών

7 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ Όλοι οι ζωντανοί οργανισµοί, στην ουσία, είναι µια σειρά αλληλοσυνδεόµενων υδατικών διαλυµάτων που περιέχονται σε σάκκους από µεµβράνες φωσφολιπιδίων. Ιδιότητες και πλεονεκτήματα του νερού ως βάση της ζωής Αποτελείται από δύο άτοµα υδρογόνου που συνδέονται οµοιοπολικά µε ένα κεντρικό άτοµο οξυγόνου, το οποίο είναι τόσο ισχυρά αρνητικά φορτισµένο, ώστε οι δεσµοί αυτοί να αποκτούν ορισµένα από τα χαρακτηριστικά των ιοντικών δεσµών Έτσι, το µόριο του νερού συµπεριφέρεται ως δίπολο, µε κάθε άτοµο Η να έχει ένα µικρό θετικό φορτίο και το άτοµο του Ο να έχει διπλό αρνητικό φορτίο, µε αποτέλεσµα το µόριο να µην είναι γραµµικό, αλλά ο δεσµός να σχηµατίζει γωνία

8 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ Όλοι οι ζωντανοί οργανισµοί, στην ουσία, είναι µια σειρά αλληλοσυνδεόµενων υδατικών διαλυµάτων που περιέχονται σε σάκκους από µεµβράνες φωσφολιπιδίων. Ιδιότητες και πλεονεκτήματα του νερού ως βάση της ζωής Αποτελείται από δύο άτοµα υδρογόνου που συνδέονται οµοιοπολικά µε ένα κεντρικό άτοµο οξυγόνου, το οποίο είναι τόσο ισχυρά αρνητικά φορτισµένο, ώστε οι δεσµοί αυτοί να αποκτούν ορισµένα από τα χαρακτηριστικά των ιοντικών δεσµών Έτσι, το µόριο του νερού συµπεριφέρεται ως δίπολο, µε κάθε άτοµο Η να έχει ένα µικρό θετικό φορτίο και το άτοµο του Ο να έχει διπλό αρνητικό φορτίο, µε αποτέλεσµα το µόριο να µην είναι γραµµικό, αλλά ο δεσµός να σχηµατίζει γωνία Η ύπαρξη διπόλου στο µόριο του νερού του παρέχει τη δυνατότητα να σχηµατίζει δευτερεύοντες ασθενείς δεσµούς

9 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ Όλοι οι ζωντανοί οργανισµοί, στην ουσία, είναι µια σειρά αλληλοσυνδεόµενων υδατικών διαλυµάτων που περιέχονται σε σάκκους από µεµβράνες φωσφολιπιδίων. Ιδιότητες και πλεονεκτήματα του νερού ως βάση της ζωής Αποτελείται από δύο άτοµα υδρογόνου που συνδέονται οµοιοπολικά µε ένα κεντρικό άτοµο οξυγόνου, το οποίο είναι τόσο ισχυρά αρνητικά φορτισµένο, ώστε οι δεσµοί αυτοί να αποκτούν ορισµένα από τα χαρακτηριστικά των ιοντικών δεσµών Έτσι, το µόριο του νερού συµπεριφέρεται ως δίπολο, µε κάθε άτοµο Η να έχει ένα µικρό θετικό φορτίο και το άτοµο του Ο να έχει διπλό αρνητικό φορτίο, µε αποτέλεσµα το µόριο να µην είναι γραµµικό, αλλά ο δεσµός να σχηµατίζει γωνία Η ύπαρξη διπόλου στο µόριο του νερού του παρέχει τη δυνατότητα να σχηµατίζει δευτερεύοντες ασθενείς δεσµούς Ενα µόριο νερού µπορεί να σχηµατίζει, παροδικά, δεσµούς µε άλλα δύο µόρια, εφόσον τα άτοµα Η του ενός µορίου έλκονται από τα άτοµα Ο των δύο άλλων µορίων νερού, προσδίνοντας µια τετραεδρική τρισδιάστατη οργάνωση στο νερό

10 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ Όλοι οι ζωντανοί οργανισµοί, στην ουσία, είναι µια σειρά αλληλοσυνδεόµενων υδατικών διαλυµάτων που περιέχονται σε σάκκους από µεµβράνες φωσφολιπιδίων. Ιδιότητες και πλεονεκτήματα του νερού ως βάση της ζωής Αποτελείται από δύο άτοµα υδρογόνου που συνδέονται οµοιοπολικά µε ένα κεντρικό άτοµο οξυγόνου, το οποίο είναι τόσο ισχυρά αρνητικά φορτισµένο, ώστε οι δεσµοί αυτοί να αποκτούν ορισµένα από τα χαρακτηριστικά των ιοντικών δεσµών Έτσι, το µόριο του νερού συµπεριφέρεται ως δίπολο, µε κάθε άτοµο Η να έχει ένα µικρό θετικό φορτίο και το άτοµο του Ο να έχει διπλό αρνητικό φορτίο, µε αποτέλεσµα το µόριο να µην είναι γραµµικό, αλλά ο δεσµός να σχηµατίζει γωνία Η ύπαρξη διπόλου στο µόριο του νερού του παρέχει τη δυνατότητα να σχηµατίζει δευτερεύοντες ασθενείς δεσµούς Ενα µόριο νερού µπορεί να σχηµατίζει, παροδικά, δεσµούς µε άλλα δύο µόρια, εφόσον τα άτοµα Η του ενός µορίου έλκονται από τα άτοµα Ο των δύο άλλων µορίων νερού, προσδίνοντας µια τετραεδρική τρισδιάστατη οργάνωση στο νερό Το σηµείο τήξης και το σηµείο βρασµού του νερού είναι σηµαντικά υψηλότερα από τα αναµενόµενα για τέτοιου είδους µόρια (όπως η NH3 και το H2S). Αυτό σηµαίνει ότι, στις θερµοκρασίες που απαντώνται στην επιφάνεια της γης, το νερό µπορεί να υπάρξει και ως στερεό και ως αέριο, αλλά συχνότερα ως υγρό

13 4 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ

14 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ Οι µετακινήσεις του νερού και των διαλυµένων ουσιών διαµέσου ζωντανών ιστών και µεταξύ διαφορετικών διαµερισµάτων των ζωντανών συστηµάτων είναι πολυσύνθετες, αλλά µπορεί να θεωρηθεί ότι ακολουθούν µερικούς σχετικά απλούς κανόνες και αρχές 4

15 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ Οι µετακινήσεις του νερού και των διαλυµένων ουσιών διαµέσου ζωντανών ιστών και µεταξύ διαφορετικών διαµερισµάτων των ζωντανών συστηµάτων είναι πολυσύνθετες, αλλά µπορεί να θεωρηθεί ότι ακολουθούν µερικούς σχετικά απλούς κανόνες και αρχές Η µοριακή σύσταση της πλασµατικής µεµβράνης της δίνει τη δυνατότητα να επιλέγει τις ουσίες που θα τη διαπεράσουν. Επιτρέπει την είσοδο θρεπτικών ουσιών αλλά παράλληλα αποκλείει την είσοδο ανεπιθύµητων ουσιών 4

16 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ Οι µετακινήσεις του νερού και των διαλυµένων ουσιών διαµέσου ζωντανών ιστών και µεταξύ διαφορετικών διαµερισµάτων των ζωντανών συστηµάτων είναι πολυσύνθετες, αλλά µπορεί να θεωρηθεί ότι ακολουθούν µερικούς σχετικά απλούς κανόνες και αρχές Η µοριακή σύσταση της πλασµατικής µεµβράνης της δίνει τη δυνατότητα να επιλέγει τις ουσίες που θα τη διαπεράσουν. Επιτρέπει την είσοδο θρεπτικών ουσιών αλλά παράλληλα αποκλείει την είσοδο ανεπιθύµητων ουσιών 4 Η µεταφορά µέσω της πλασµατικής µεµβράνης πραγµατοποιείται µε δύο βασικούς µηχανισµούς. Κατά την ενεργό µεταφορά, το κύτταρο καταναλώνει ενέργεια (ΑΤΡ) για να προωθήσει τη διαδικασία της µεταφοράς. Κατά την παθητική µεταφορά, η διαδικασία µεταφοράς προωθείται από τις διαφορές της συγκέντρωσης ή της πίεσης ανάµεσα στις δύο πλευρές της µεµβράνης.

19 Παθητική μεταφορά

20 Παθητική μεταφορά ΔΙΑΧΥΣΗ

21 Παθητική μεταφορά ΔΙΑΧΥΣΗ Η διάχυση είναι η µετακίνηση των µορίων από µία περιοχή µε υψηλές συγκεντρώσεις σε µια περιοχή µε χαµηλότερες συγκεντρώσεις. Η δύναµη που προωθεί τη διάχυση είναι η κινητική ενέργεια των ίδιων των µορίων.

22 Παθητική μεταφορά ΔΙΑΧΥΣΗ Η διάχυση είναι η µετακίνηση των µορίων από µία περιοχή µε υψηλές συγκεντρώσεις σε µια περιοχή µε χαµηλότερες συγκεντρώσεις. Η δύναµη που προωθεί τη διάχυση είναι η κινητική ενέργεια των ίδιων των µορίων. Η διάχυση σωµατιδίων διαλυτών σε νερό διαµέσου µιας ηµιδιαπερατής µεµβράνης ονοµάζεται απλή διάχυση.

23 Μεταφορά διαλυτών µορίων διαµέσου τεχνητών µεµβρανών.

24 Μεταφορά διαλυτών µορίων διαµέσου τεχνητών µεµβρανών.

25 ΔΙΕΥΚΟΛΥΝΟΜΕΝΗ ΔΙΑΧΥΣΗ

26 ΔΙΕΥΚΟΛΥΝΟΜΕΝΗ ΔΙΑΧΥΣΗ Σε αυτό το είδος µεταφοράς, τα διαλυτά µόρια συνδυάζονται στη µεµβράνη µε πρωτεϊνικά µόρια-φορείς και έτσι µεταφέρονται κατά µήκος ή σύµφωνα µε τη βαθµίδωση συγκέντρωσης

27 ΔΙΕΥΚΟΛΥΝΟΜΕΝΗ ΔΙΑΧΥΣΗ Σε αυτό το είδος µεταφοράς, τα διαλυτά µόρια συνδυάζονται στη µεµβράνη µε πρωτεϊνικά µόρια-φορείς και έτσι µεταφέρονται κατά µήκος ή σύµφωνα µε τη βαθµίδωση συγκέντρωσης Η διαδικασία αυτή µπορεί να γίνεται ενάντια στην ηλεκτρική ή/και τη χηµική βαθµίδωση, ή µε πολύ µεγάλη ταχύτητα που δεν σχετίζεται (τουλάχιστον γραµµικά) µε τις διαφορές συγκέντρωσης

28 ΔΙΕΥΚΟΛΥΝΟΜΕΝΗ ΔΙΑΧΥΣΗ Σε αυτό το είδος µεταφοράς, τα διαλυτά µόρια συνδυάζονται στη µεµβράνη µε πρωτεϊνικά µόρια-φορείς και έτσι µεταφέρονται κατά µήκος ή σύµφωνα µε τη βαθµίδωση συγκέντρωσης Η διαδικασία αυτή µπορεί να γίνεται ενάντια στην ηλεκτρική ή/και τη χηµική βαθµίδωση, ή µε πολύ µεγάλη ταχύτητα που δεν σχετίζεται (τουλάχιστον γραµµικά) µε τις διαφορές συγκέντρωσης

29 ΩΣΜΩΣΗ

30 ΩΣΜΩΣΗ Η ώσµωση είναι µια ειδική περίπτωση διάχυσης, κατά την οποία µόνον ο διαλύτης (που σε όλα τα βιολογικά συστήµατα είναι το νερό) µετακινείται διαµέσου της µεµβράνης (για παράδειγµα, µέσα από κανάλια νερού), ενώ οι διαλυµένες ουσίες περιορίζονται από αυτήν

31 ΩΣΜΩΣΗ Η ώσµωση είναι µια ειδική περίπτωση διάχυσης, κατά την οποία µόνον ο διαλύτης (που σε όλα τα βιολογικά συστήµατα είναι το νερό) µετακινείται διαµέσου της µεµβράνης (για παράδειγµα, µέσα από κανάλια νερού), ενώ οι διαλυµένες ουσίες περιορίζονται από αυτήν

32 ΔΙΗΘΗΣΗ

33 ΔΙΗΘΗΣΗ Η διήθηση είναι η διεργασία κατά την οποία το νερό και τα διαλυτά µόρια περνούν µέσω µιας µεµβράνης από µια περιοχή υψηλής υδροστατικής (ρευστής) πίεσης σε µια περιοχή χαµηλότερης υδροστατικής πίεσης.

34 ΔΙΗΘΗΣΗ Η διήθηση είναι η διεργασία κατά την οποία το νερό και τα διαλυτά µόρια περνούν µέσω µιας µεµβράνης από µια περιοχή υψηλής υδροστατικής (ρευστής) πίεσης σε µια περιοχή χαµηλότερης υδροστατικής πίεσης.

35 Ενεργός μεταφορά

36 Ενεργός μεταφορά Όταν ένα κύτταρο καταναλώνει ενέργεια (ATP) για να µετακινήσει ουσίες µέσω των µεµβρανών του, πραγµατοποιεί µια διαδικασία ενεργού µεταφοράς

42 11 Σύνοψη

43 Σύνοψη 11

44 11 Σύνοψη