Концепции современного естествознания. Биология. Анисимов А.П. - 27 стр.

                   СЕГМЕНТ 16. ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ
        Перенос веществ между организмом и средой - необходимый этап в процессах
обмена веществ. Это - поглощение пищевых материалов и вынос отходов, поглощение
кислорода и удаление углекислого газа, перенос неорганических ионов, воды и других
веществ. Способы и механизмы поглощения и выделения веществ различаются у
организмов разного уровня сложности - у одноклеточных и многоклеточных,
животных и растений. На высших уровнях организации - у многоклеточных
животных - в эти процессы включаются мышечные и ресничные механизмы:
преследование и захват добычи, глотание и перистальтика по кишечнику у
позвоночных, нагнетание водных потоков и фильтрация планктона у сидячих
беспозвоночных - например, у двустворчатых моллюсков мидии, гребешка. У высших
растений для транспорта воды и солей от корней к стеблю и листьям большое значение
имеет осмотическая диффузия - движение растворов по градиенту концентрации, то
есть из среды с высокой концентрацией вещества в среду с низкой концентрацией. Этот
транспорт имеет простую физико-химическую основу и не требует энергетических
затрат. Движение синтезированных веществ (сахаров) в обратную сторону, напротив,
требует энергии.
        Переносу малых молекул часто способствует их связывание с более крупными
молекулами-переносчиками. Типичный пример - перенос кислорода из атмосферного
воздуха, вдыхаемого через легкие, в кровь и далее во все клетки организма (для
окисления пищевых субстратов и извлечения энергии - см. сегмент 13). В этом случае
кислород из полости легких под осмотическим давлением поступает в кровеносные
капилляры, далее в специальные клетки - эритроциты (красные кровяные тельца), где
химически связывается с особым белком гемоглобином. Принцип связывания
кислорода с гемоглобином очень прост. В составе этого белка имеются атомы железа,
которые и окисляются кислородом - железо временно превращается в окисел (как
обычное железо на воздухе превращается в ржавчину). Однако связь железа с
кислородом непрочная, так что по мере углубления эритроцитов в ткани организма, где
собственная концентрация кислорода ниже, гемоглобин отдает связанный с ним
кислород, который теперь диффундирует в клетки, а далее в митохондрии. Решающее
значение в транспорте кислорода имеет конфигурация (третичная структура)
молекулы гемоглобина, от которой зависит окислительно-восстановительная
способность связанного железа. При заболевании, которое называется серповидно-
клеточной анемией (эритроциты имеют нетипичную форму серпа), замена всего одной
аминокислоты в составе гемоглобина так изменяет его форму, что делает железо не
эффективным в отношении кислорода. Дыхание нарушается.
        Критическим моментом в транспорте веществ между организмом и средой -
будь то одно- или многоклеточный, животный или растительный организм - является
преодоление клеточных оболочек. Оболочка клетки включает липидно-белковую
мембрану (плазмалемму) и углеводную стенку (см. сегмент 8 и рис. 3).
        Клеточная стенка, даже очень толстая, как у растительных клеток, не
представляет серьезного препятствия для воды и растворенных в ней веществ, но
плазмалемма имеет настоящие барьерные свойства, так как ее основу составляют два
слоя липидов (жиров), практически не проницаемых для водных растворов (см. рис. 2,
3 - строение липидов и мембран). Через билипидный слой легко проникают лишь газы
(мелкие электрически нейтральные молекулы) и жирорастворимые вещества (спирты,
ацетон и др.). Но клетке нужны прежде всего питательные органические и
минеральные вещества. Для переноса заряженных частиц - ионов, а также небольших
органических молекул - аминокислот, сахаров и т.п. в липидной мембране вставлены
многочисленные белковые поры. Мембрана представляет как бы белковую мозаику по
липидному фону. Белки мембранных пор, как и большинство других белков,
взаимодействуют с водой, так что пора представляет фактически водный канал. Однако
благодаря белковой компоненте каждый такой канал имеет избирательную
проницаемость - для ионов K+, Na+, Ca2+, Cl- и др. Вместе с ионами в клетку