Príjem a výdaj látok patrí medzi základné fyziologické procesy a je nevyhnutnou podmienkou existencie každej bunky. Táto komunikácia s okolím sa uskutočňuje cez bunkové povrchy. Najväčší význam v tomto procese má cytoplazmatická membrána, ktorá je polopriepustná (semipermeabilná) a selektívne prepúšťa dnu aj von len potrebné látky. Vďaka svojej dynamickej chemickej štruktúre dokáže membrána prepustiť i väčšie molekuly či celé bunkové časti. Po smrti bunky sa plazmatická membrána stáva voľne priepustnou (permeabilnou).
Bunka prijíma látky potrebné na:
- krytie spotreby energie – cukry, tuky
- stavbu bunky – cukry, bielkoviny
- riadenie činnosti bunky – bielkoviny, hormóny, enzýmy
- chod metabolických procesov – voda, ióny, vitamíny
Bunka vylučuje látky, ktoré:
- nepotrebuje alebo sú pre ňu škodlivé – oxid uhličitý, močovina
- potrebujú iné bunky – enzýmy, vitamíny, hormóny
- sú potrebné na ochranu – protilátky
Z hľadiska spotreby energie a veľkosti prenášaných častíc rozlišujeme tri základné typy prenosu látok:
- pasívny transport – prebieha bez spotreby energie, po koncentračnom spáde
- aktívny transport – prebieha proti koncentračnému spádu, vyžaduje energiu (ATP)
- cytózy – prenos veľkých častíc za aktívnej prestavby membrány
Pasívny transport link
Pasívny transport znamená prenos biomolekúl atómovej alebo nízkomolekulárnej povahy cez biomembrány bez spotreby bunkovej energie. Je to čisto fyzikálny proces, ktorý je závislý od koncentračného spádu (gradientu) a priepustnosti membrány. Látky sa pohybujú v smere koncentračného spádu, čiže z miesta s vyššou koncentráciou na miesto s nižšou koncentráciou. Zaraďujeme sem difúziu a osmózu.
Difúzia link
Ide o voľný pohyb malých molekúl, atómov a iónov po koncentračnom gradiente. Rýchlosť a rozsah difúzie závisí od rozdielu koncentrácie rozpustenej látky na oboch stranách biomembrány. Proces sa prirodzene zastaví v momente, keď dôjde k vyrovnaniu koncentrácie látky na oboch stranách, čím sa eliminuje koncentračný gradient. Takto sa cez lipidovú dvojvrstvu membrány voľne prenáša kyslík, oxid uhličitý, organické neelektrolyty (alkohol, močovina), ako aj niektoré jedy a farbivá.
Uľahčená difúzia predstavuje pohyb špecifických molekúl cez biomembránu pomocou integrovaných proteínových prenášačov. Takýmto spôsobom sa do bunky prenáša napríklad glukóza, pretože je nerozpustná v tukoch a jej molekula je príliš veľká na to, aby prešla cez bežné membránové póry. Napriek tomu, že bunka využíva špecifickú bielkovinu vo funkcii prenášača, tento proces prebieha stále po koncentračnom gradiente, a preto naň bunka nespotrebúva žiadnu energiu.
Osmóza link
Z fyzikálneho hľadiska je to jednosmerný prechod rozpúšťadla (solventu) cez semipermeabilnú membránu. V biologickom ponímaní ide o špeciálny prípad difúzie, kedy cez membránu neprechádzajú rozpustené látky, ale výlučne molekuly vody. Voda preniká z redšieho roztoku do hustejšieho s cieľom zriediť ho. Hnacou silou je rozdiel koncentrácií osmoticky aktívnych častíc na oboch stranách membrány.
Správanie bunky pri osmóze závisí od koncentrácie látok v jej okolí. Rozlišujeme tri základné typy prostredí:
- izotonické prostredie (gr. iso– = rovnaký; tonos = napínanie) – má rovnakú osmotickú hodnotu ako bunka. Voda prúdi dnu aj von v rovnakej miere, objem bunky sa nemení.
- hypertonické prostredie (gr. hyper– = nad) – má vyššiu koncentráciu osmoticky aktívnych častíc (napríklad slaná voda). Bunka vodu stráca a zmenšuje sa. U rastlín nastáva plazmolýza (oddelenie cytoplazmatickej membrány od pevnej bunkovej steny, viditeľné napr. po posolení uhorky). U živočíchov nastáva celkové zmrštenie – plazmorýza. Opačný proces vyrovnávania hladiny sa nazýva deplazmolýza.
- hypotonické prostredie (gr. hypo– = pod) – má nižšiu koncentráciu častíc (napríklad destilovaná voda). Bunka vodu nasáva. U rastlín stúpa vnútorný tlak (turgor), čomu sčasti odoláva bunková stena. Pri extrémnom preplnení bunka praskne, čo nazývame plazmoptýza (napríklad praskanie čerešieň v daždi). Živočíšna bunka nasáva vodu až kým nepraskne, čomu hovoríme osmotická lýza (pri červených krvinkách konkrétne hemolýza).
Aktívny transport link
Prenos látok proti koncentračnému spádu (z miesta s nižšou koncentráciou tam, kde je ich už veľa) si vyžaduje energiu. Bunka ju získava enzymatickým štiepením molekuly ATP (adenozíntrifosfát). Vďaka tomu dokáže vychytávať dôležité živiny aj z prostredia, kde sú len v stopových množstvách.
Tento transport zabezpečujú špecifické membránové bielkoviny, ktoré delíme do dvoch skupín:
- primárny aktívny transport – zabezpečujú ho molekulárne pumpy, ktoré priamo spotrebúvajú ATP na pretlačenie iónov.
- sodíkovo-draslíková pumpa (Na⁺/K⁺ ATPáza) – kľúčová pre nervové bunky. Za jedno spotrebované ATP vyhodí 3 katióny Na⁺ von a vtiahne len 2 katióny K⁺ do bunky. Keďže bunka pri každom cykle prichádza o jeden kladný náboj a v jej vnútri zostávajú uväznené veľké záporné molekuly (napr. anióny bielkovín), vytvára sa vo vnútri bunky záporný elektrický pokojový potenciál. V pokoji bunka na chod tejto pumpy obetuje až tretinu svojej energie.
- vápniková pumpa (napríklad SERCA) – udržiava nízku koncentráciu iónov Ca²⁺ v cytoplazme svalových buniek tým, že ich neustále pumpuje do endoplazmatického (sarkoplazmatického) retikula.
- sekundárny aktívny transport (kotransport) – nespotrebúva ATP priamo. Využíva prúd jednej látky prechádzajúcej po svojom koncentračnom spáde na transport inej látky proti jej koncentračnému spádu.
- symport – obe látky prechádzajú membránou rovnakým smerom
- antiport – látky sa pri prechode membránou vymieňajú v opačných smeroch
Mechanizmus prenášačového transportu funguje v troch krokoch:
- rozpoznanie – prenášač zachytí molekulu na povrchu membrány
- translokácia – zmena priestorovej štruktúry (konformácie) prenášača a presun molekuly na druhú stranu (podporované hydrolýzou ATP)
- obnova – uvoľnenie molekuly a návrat prenášača do pôvodného tvaru
Cytózy link
Veľké molekuly (bielkoviny, polysacharidy) a celé častice prestupujú cez cytoplazmatickú membránu mechanizmom jej prestavby. Tieto dynamické procesy nazývame cytózy. Zahŕňajú splývanie (fúziu) membrán a odštepovanie mechúrikov (vezikuláciu).
Podľa smeru, akým nastáva prenos častíc, rozlišujeme:
- endocytózy – do bunky
- exocytózy – z bunky
Endocytóza link
Endocytóza je prijímanie (ingescia) látok do bunky. Plazmatická membrána sa preliači dovnútra a vytvorí membránový mechúrik (vezikulu), ktorý transportovanú látku vtiahne a uzavrie v bunke. Rozlišujeme tri druhy:
Fagocytóza link
Fagocytóza je pohlcovanie pevných častíc. Pozoroval ju ruský zoológ ILYA MEČNIKOV (1845–1916). Bunka pomocou mikrofilamentov vytvára panôžky (pseudopódie), ktorými obalí časticu a uzavrie ju do fagocytovej vakuoly (fagozómu). Slúži prvokom (napríklad meňavke) na prijímanie potravy a bielym krvinkám na likvidáciu baktérií (nešpecifická imunita).
Pinocytóza link
Pinocytóza predstavuje prijímanie roztokov. Popísal ju WARREN LEWIS (1870–1964). Preliačením membrány vzniká priehlbina, ktorá sa odškrtí ako pinocytová vakuola. Vezikuly vznikajúce pri endocytóze sa vo všeobecnosti nazývajú endozómy. Vo vnútri bunky splývajú s primárnymi lyzozómami, čím vznikajú sekundárne lyzozómy určené na rozklad látok.
Receptormi sprostredkovaná endocytóza link
Na rozdiel od neselektívnej fagocytózy a pinocytózy je receptormi sprostredkovaná endocytóza vysoko špecifický proces prijímania látok. Prebieha v nasledujúcich krokoch:
- rozpoznanie – membránové receptory viažu výlučne špecifický ligand (napríklad cholesterol)
- preliačenie – väzba vyvolá invagináciu (preliačenie) membrány spolu s komplexom receptor-ligand
- vytvorenie vačku – preliačenina sa zaškrtí a vznikne transportná vezikula
- recyklácia – po uvoľnení transportovanej látky sa receptorové bielkoviny recyklujú späť do cytoplazmatickej membrány
Exocytóza link
Exocytóza je proces výdaja väčších molekúl a funguje ako opak endocytózy. Látky sa vylučujú do okolia vo forme exocytárnych vezikúl. Vznikajú odškrtením z endoplazmatického retikula alebo z diktyozómov Golgiho aparátu. Tieto vezikuly splynú s cytoplazmatickou membránou a vylejú svoj obsah von. Bunky takto vylučujú stavebné polysacharidy, molekuly extracelulárnej matrix, hormóny či neurotransmitery.
