Transport wody i minerałów przez błony biologiczne

Błona komórkowa to silnie hydrofobowa i selektywnie przepuszczalna struktura oddzielająca zawartość protoplastu od środowiska zewnętrznego. Dla podtrzymania podstawowych funkcji życiowych komórki, niektóre jony i związki chemiczne muszą być przez nią pobierane lub usuwane w sposób ciągły. Swobodnie przez błonę komórkową mogą przenikać tylko bardzo małe, pozbawione ładunku cząsteczki (np. O2, CO2, N2), które przeciskają się pomiędzy łańcuchami kwasów tłuszczowych oraz niektóre związki organiczne rozpuszczalne w lipidach (np. etanol, hormony steroidowe). Z kolei elektrolity i drobnocząsteczkowe związki organiczne przenikają przez błony biologiczne na drodze transportu biernego lub aktywnego. Transport bierny może odbywać się na drodze dyfuzji prostej, złożonej i ułatwionej. Dyfuzja prosta zachodzi w kierunku od stężenia wyższego do niższego i ustaje w momencie ustalenia się stanu równowagi dynamicznej. W dyfuzji złożonej tempo przenikania substancji przez błonę jest uwarunkowane gradientem stężenia, gradientem potencjału elektrycznego oraz gradientem ciśnienia osmotycznego. Dyfuzja ułatwiona zachodzi poprzez struktury zwane kanałami jonowymi i przenośnikami (permeazami). Permeazy wiążą określony substrat po jednej stronie błony i przenoszą na stronę przeciwną. Kanały jonowe zbudowane są z integralnych białek błonowych. Umożliwiają transport nieorganicznym jonom oraz niektórym drobnocząsteczkowym związkom organicznym, wobec których wykazują wysoką swoistość. Jednym z czynników kontrolujących bramkowanie, czyli otwieranie i zamykanie kanału jest potencjał elektryczny błony. Oprócz tego, na bramkowanie kanału wpływ mają przekaźniki wewnątrzkomórkowe, lipidowe składniki błon oraz stopień ich naprężenia. Kanały transportujące wodę noszą nazwę akwaporyn.
Odbywający się wbrew gradientowi stężeń transport aktywny jonów, oraz drobno- i wielkocząsteczkowych związków organicznych, wymaga stałego dopływu energii metabolicznej do elektrochemicznej polaryzacji błon i wytwarzania siły transportowej. Pompa protonowa (H+-ATPaza) transportuje protony z cytoplazmy na zewnątrz komórki lub do wnętrza wakuoli. W wyniku transportu pierwotnego dochodzi do asymetrycznego rozmieszczenia jonów H+ po obu stronach błon. Dzięki istniejącym w poprzek błony różnicom pH i ładunku elektrycznego, protony wracają do komórki, czemu towarzyszy transport wtórny różnych jonów i cząsteczek. Przenoszenie zarówno protonów, jak i jonów, elektrolitów oraz innych substancji ze środowiska zewnętrznego do cytoplazmy to symport. Natomiast transport protonów ze środowiska do wnętrza komórki z jednoczesnym przenoszeniem pozostałych substancji w kierunku przeciwnym to antyport.
Substancje wielkocząsteczkowe mogą być pobierane przez komórki również na drodze endocytozy lub fagocytozy. Fagocytoza to pobieranie drobnych, nierozpuszczalnych cząstek, np. bakterii lub szczątków organicznych. Oddziaływanie makrocząsteczki z błoną komórkową prowadzi do jej uwypuklenia i powstania tzw. wodniczki pokarmowej. Endocytoza dzieli się na pinocytozę i endocytozę receptorową. Pinocytoza polega na pobieraniu małych kropli płynu zewnątrzkomórkowego do cytozolu. Endocytoza receptorowa zachodzi w wyspecjalizowanych okolicach błony komórkowej z udziałem opłaszczonych dołków, które od strony cytoplazmy powlekane są swoistym białkiem, klatryną. W wyniku związania się pobranej cząsteczki z odpowiednim receptorem, z opłaszczonych dołków powstają pęcherzyki zwane endosomami, które przemieszczają się w głąb cytoplazmy, gdzie zlewają się z lizosomami.
U roślin wyższych, mimo że protoplasty poszczególnych komórek oddzielone są od siebie ścianami komórkowymi, ich cytoplazma może się ze sobą kontaktować za pomocą plazmodesmy (symplast i apoplast).

Literatura: P. Wojtaszek, A. Woźny, L. Ratajczak „Biologia komórki roślinnej. Struktura”, Wydawnictwo Naukowe PWN, W-wa, 2012.