Движение веществ в клетку и из нее PDF Печать E-mail

Плазматическая мембрана, окружающая протоплазму любой живой клетки, играет очень важную роль в регуляции движения веществ в клетку и из клетки. Эта мембрана не просто пропускает различные вещества, но проявляет определенную избирательность по отношению к тем веществам, которые проникают в клетку или выходят из нее. Прежде чем ознакомиться с процессами, регулирующими эту избирательность, рассмотрим некоторые физические явления, связанные с движением веществ через мембрану в неживых системах.

Диффузия

Бросим кристаллик какого-нибудь растворимого красящего вещества в стакан с водой. Краска будет постепенно распространяться, и со временем вся вода окажется окрашенной. Если этот стакан оставить стоять достаточно долго, то краска распределится в воде совершенно равномерно. Этот процесс обусловлен явлением, называемым диффузией. Когда твердый кристаллик красителя попадает в воду, он начинает растворяться; это означает, что молекулы отрываются с поверхности кристалла и свободно движутся в воде.

В любых условиях молекулы всегда находятся в движении. В твердом веществе это движение очень ограниченно, но все же и в нем каждая молекула колеблется около какой-то точки. В жидкости молекулы движутся быстрее и перемещаются относительно свободно. В газах молекулы приобретают уже настолько большую скорость, что могут отделяться друг от друга и двигаться совершенно независимо. Источником энергии движения молекул служит тепло.

Все предметы на Земле в сущности нагреты. Только при абсолютном нуле (-273°) могло бы прекратиться движение молекул, а вместе с ним и диффузия. Наблюдать движение молекул непосредственно нельзя, так как под микроскопом не видны отдельные молекулы, однако можно наблюдать результаты этого процесса. Если приготовить взвесь тонкого порошка, бактерий или других мелких частиц в воде и рассматривать эту взвесь под микроскопом, то можно видеть, как частицы быстро движутся в разных направлениях. Это движение носит название броуновского движения; оно вызвано тем, что взвешенная частица подвергается со всех сторон ударам молекул воды. Хотя удары следуют со всех сторон, в отдельные короткие моменты они не сбалансированы, и благодаря этому частица получает толчок в каком-то одном направлении.

Для аналогии представьте себе, что на футбольном ноле находится большой надутый мяч диаметром 6 — 7 м; игроки толкают и пинают его со всех сторон. Несмотря на то что удары наносятся отовсюду, все же иногда толчок с одной стороны окажется сильнее, чем с другой, и в результате мяч откатится в сторону. Если бы мы могли наблюдать эту картину с большой высоты, то увидели бы только беспорядочные движения мяча, а людей не разглядели бы; нам казалось бы, что мяч катается сам по себе, не испытывая действия посторонних сил.

Вернемся к растворяющемуся кристаллику краски. Молекулы, переходящие в раствор, движутся быстро. Те из них, которые находятся вблизи кристалла, расположены близко друг к другу и часто сталкиваются. Молекулы, находящиеся дальше от кристалла, не так скучены и, испытывая более редкие столкновения, могут продвинуться на большее расстояние. Постепенно все молекулы отделяются от кристалла и равномерно распределяются во всем объеме воды. Но и тогда они не прекращают своего движения. Однако их столкновения происходят повсюду в среднем одинаково часто, и потому плотность раствора во всех точках одинакова. В общем можно сказать, что диффузия — это движение молекул и ионов из области более высокой концентрации в область более низкой концентрации.

В биологии мы в основном сталкиваемся с диффузией молекул в водном растворе, но возможна также диффузия и в воздухе. Если небольшие количества эфира налить в плоскую чашку в одном конце комнаты, то запах эфира сразу почувствуется в противоположном конце. Это показывает, что молекулы эфира диффундируют в воздухе из одного конца комнаты в другой.

Интересные статьи по биологии:

1) Гены и ферменты

2) Мутация