1. ĆELIJA

Difuzija;

Osmoza;

Koloidno stanje biomolekula;

Svi procesi koji se odvijaju unutar ćelije podležu fizičkim i hemijskim zakonima i principima:

– Zakonu o odžanju energije,– Zakonu o dejstvu masa,– Zakonu o stalnom odnosu masa,– Le Šateljevom principu,– Gasnim zakonima itd.

Ćelija se uslovno može posmatrati kao izolovan sistem, ali u suštini, da bi ostvarila svoju homeostazu i ispunila uslov da se razlikuje od nežive materije, ona mora komunicirati sa svojom okolinom, kroz razmenu te iste materije. Procesi pomoću kojih ćelija obezbeđuje minimalne potrebe za održavanje integriteta nazivaju se opšti ili fundamentalni ćelijski procesi.

- transprot metabolita i jona kroz membranu- metabolički procesi u ćeliji- sinteza proteina- umnožavanje...

Transport kroz ćelijsku membranu predstavlja razmenu materije između unutarćelijske (intracelularne) i vanćelijske (ekstracelularne) sredine.

– Inracelularna sredina predstavlja prostor ispunjen citoplazmom sa organelama i jedrom,

– Ekstracelularna sredina je prostor izvan ili između ćelija.Ove dve sredine odvojene su ĆELIJSKOM MEMEBRANOM.

Ćelijska membrana

Postoje velike razlike u sastavu ovih dvaju sredina:

Ekstracelularna sredina

Intracelularna sredina

Natrijum, Na+ 142 mmol/l 10 mmol/l

Kalijum, K + 4 mmol/l 140 mmol/l

Kalcijum, Ca+2 1.2 mmol/l 0.00005 mmol/l

Magnezijum, Mg+2 0.6 mmol/l 29 mmol/l

Hlor, Cl- 103 mmol/l 4 mmol/l

Sadržaj pojedinih supstanci unutar i van ćelije (prosečne vrdnosti za većinu organizama)

Struktura ćelijske membrane, sastavljene od lipidnog dvosloja u koji su uronjeni proteini.

Bikarbonati (HCO)- 28 mmol/l 10 mmol/l

Fosfati (PO4)-3 4 mmol/l 75 mmol/l

Sulfati (SO4)-2 1 mmol/l 2 mmol/l

Glukoza 5 mmol/l 0-1 mmol/l

Aminokiseline 30 mg/dl 200 mg/dl

Masti 5 g/l 20-950 g/l

Parcijalni pritisak kiseonika 35 mm Hg 20 mm Hg

pH 7.4 7.0

Proteini 5 mmol/l 40 mmol/l

Transport kroz membranu može biti:

- Pasivan, u pravcu gradijenta koncentracije i bez utroška energije. Oblici pasivnog transporta su:

Osmoza, Difuzija,Olakšana difuzija;

– Aktivan transport se odvija nasuprot hemijskom gradijentu i uz utrošak energije koja se dobija hidrolizom ATP-a (adfenozin trifosfata) u ADP (adenozin difosfat).

Difuzija

Ćelijska memebrana

Proteinski kanalnajčešće α-helikoidne strukture

Intracelularni prostor

Ekstracelularni prostor

Transportni protein

Molekuli manjemolekulske mase prolaze - difuzijom

Veći molekuli prolaze –aktivnim transportom uzutrošak energije

P = DA/x

Svi molekuli i joni u tečnosti i gasovima su u stalnom kretanju. Takvo kretanje je haotično. Molekuli i joni se usled brojnih međusobnih sudaranja kreću sa mesta veće na mesto manje koncentracije. Ovakvo kretanje se zove difuzija.

Difuzija je spontani transport materije ili energije pod uticajem odgovarajućeg gradijenta iz zone više u zonu niže energije ili koncentracije. Kao i mnogi spontani procesi, difuzija je entropijski (neuređenost sistema) vođen proces u kojem se energija ili materija koja difunduje uniformno raspoređuje u raspoloživom prostoru podižući time entropiju sistema.

Difuzija je transportni proces koji se odigrava bez utroška energije, brzinom koja zavisi od razlike koncentracija rastvorka sa dve strane ćelijske membrane.

Brzina difuzije opisuje se Fikovim zakonima.

F – brzina difuzije; D – difuzioni koeficijent; A – površina membrane kroz koju se odvija difuzija; C – koncentracija rastvorka koji difunduje u

odeljcima o i i;x – debljina ćelijske membrane;

Gde je :

P – permeabilnost (propustljivost) membrane za datu rastvorenu supstancu

Faktori koji utiču na permeabilnost: Odnos ulje/voda tj. particialni koeficijent (veća

rastvorljivost u lipidnom dvosloju povećava propustljivost);

Veličina rastvorene supstance (sa veličinom molekula smanjuje se brzina difuzije); Debljina membrane (smanjena distanca kretanja molekula povećava difuziju); Hidrofilne čestice prolaze ćelijsku membranu kroz vodom ispinjene kanale ili pore; Ako je čestica naelektrisana (jon), onda će njen prolaz kroz membranu zavisiti i od

koncentracijskog gradijenta i od razlike u električnom potencijalu ćelijske membrane;

Osmoza

Osmoza je difuzija vode kroz membranu. Predstavlja vrstu pasivnog transporta. Molekuli vode se kreću iz sredine sa manjom koncentracijom u sredinu sa većom koncentracijom rastvorenih materija.

Pritisak koji je potreban da bi se sprečila osmoza označavamo kao osmotski pritisak. Ako se ćelije nalaze u rastvoru, voda će težiti da prođe kroz ćelijsku membranu u cilju da se

izjednače količine vode sa obe strane membrane. Ako ćeliju stavimo u hipotoničan rastvor (rastvor manje koncentracije u odnos na samu ćeliju) doći će do ulaska vode u ćeliju, do njenog bubrenja i prskanja.

x

CCDAF

io

Koncentracioni gradijent

Odeljci više i niže koncentracije

U hipertoničnom rastvoru (koncentrovaniji od rastvora u samoj ćeliji), voda će izlaziti iz ćelije koja će se smežurati. Zbog toga je veoma važno da se održava stalan osmotski pritisak, odnosno količina vode u organizmu što se naziva osmoregulacija. Kod sisara se osmoregulacija vrši preko bubrega – višak vode iz krvi prelazi u mokraću.

Osmoza zavisi od razlike osmotskih pritisaka () u dva odeljka:

Koloidno stanje materije

Koloidni sistemi su disperzni sistemi kod kojih se veličina čestica kreće u rasponu od 1 – 100 nm.

= nRTC

realno = nRT C

- osmotski pritisakn – broj molova rasvorkaR – univerzalna gasna konstantaT – apsolutna temperatuaraC – koncentracija rastvorka - Van't Hoffov broj (zavisi od prirode supstance)Tipovi koloidnih sistemaTipovi koloidnih sistema

Podela koloida prema strukturi je izvršena na:• Koherentne (kompaktne) sisteme, kakvo je gel stanje;• Nekoherentne (nekompaktne) sisteme, kao što je sol stanje.

Prema interakciji sa disperzionim sredstvom, koloide delimo na:– L

io

filne (hidrofilni) koloidi pokazuju afinitet prema disperznom sredstvu i obavijeni su molekulama rastvarača (vode),

– Liofobne (hidrofobni) koloidi ne pokazuju afinitet prema disperznom sredstvu.

Osobine koloidnih sistema u zmatnoj meri zavise od veličine čestica koloidne supstance.Smanjivanjem veličine čestica:

– Povećava se stepen disperzije (rastvorljivost),– Povećava se specifična površina,– Povećava se specifična slobodna energija.

Koloidne čestice teže da smanje veliku površinsku energiju putem:• Spontane težnje ka stapanju ili agregaciji (gomilanju) koloidnih čestica,• Adsorpcije jona iz rastvora.

Tipovi koloidnih sistema

Rastvori koloida pokazuju sledeće osobine:

Tyndallov efekat, Propuštanjem svetlosti kroz koloidni sistem, dolazi do rasipanja svetlosti u svim pravcima na koloidnim česticama. Koloidne čestice su vidljive kao svetle tačke ako se posmatraju u pravcu okomitom na pravac prostiranja svetlosti i celi koloidni sistem je zamućen.

Koloidni sistemi pokazuju i izvesne kinetičke osobine, kao što je Brownovo kretanje čestica.

Stabilnost je odlika koloidnih sistema. Na njih utiču:– Zemljina teža,– Interakcija sa disperznom fazom (liofobnost/liofilnost),– Elektostatičke interakcije.

Koloidne čestice ostaju dispergovane u disperznom sredstvu jednim delom zahvaljujući slučajnim sudarima sa ostalim molekulama i atomima.Ova osobina našla je primenu u dijalizi i ultrafiltraciji.

Koloidne čestice ostaju dispergovane u disperznom sredstvu jednim delom zahvaljujući slučajnim sudarima sa ostalim molekulama i atomima.Ova osobina našla je primenu u dijalizi i ultrafiltraciji.

Hidrofobni koloidi

Koloidi toga tipa, s obzirom da nemaju afiniteta prema disperznom sredstvu, adsorbuju iz rastvora pozitivne ili negativne ione, pa su sve čestice istoimeno naelektrisane. Zbog tog naboja koloidni rastvor je stabilan.

Hidrofilni koloidi

Čestice hidrofilnih koloida, usled njihovog velikog afiniteta prema vodi, obavijene su plaštom molekula vode koji sprečava spajanje koloidnih čestica u veće agregate.

Koncentrovani rastvot saharoze ili neke soli (mali molekuli) i proteina - koloida (makromolekuli).

Koncentrovani rastvot saharoze ili neke soli (mali molekuli) i proteina - koloida (makromolekuli).