Transport błonowy

Zagadnienia

• Biologia
• Błona komórkowa
• Dyfuzja
• Transport aktywny
• Transport błonowy

Opis

W ramach modułu Transport błonowy uczniowie odkrywają zależności między właściwościami substancji rozpuszczonych, ich stężeniem oraz niektórymi typowymi mechanizmami przenikania substancji rozpuszczonych przez błonę komórkową.

PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, https://phet.colorado.edu Na licencji CC BY 4.0

W opracowaniu niniejszego poradnika wykorzystano materiały PhET: Strona źródłowa symulacji, Teacher Tips (Fiedler, wrzesień 2025)

W szablonie strony wykorzystano kod html/css: phydemo.app.

Poziom

Szkoła średnia

Przykładowe cele nauczania

• Przewiduj, kiedy cząsteczki i jony o określonych rozmiarach i ładunku będą się przemieszczać przez błonę, a kiedy nie.
• Określ warunki wywołujące ułatwioną dyfuzję określonych substancji rozpuszczonych za pomocą różnych rodzajów białek transportowych.
• Wyjaśnij, w jaki sposób energia jest wykorzystywana w transporcie aktywnym do przemieszczania cząsteczek i jonów przeciwnie do ich gradientu stężeń.

Przykładowe materiały teoretyczne

• Transport substancji przez błony komórkowe (ZPE)
• Transport przez błony biologiczne (Wikipedia)
• Błony i transport (Khan Academy)

Sterowanie symulacją

Od dyfuzji biernej po transport aktywny, aplikacja Transport błonowy umożliwia badanie czynników wpływających na przemieszczanie się substancji rozpuszczonych przez błonę komórkową. Jakie substancje rozpuszczone przenikają przez błonę naturalnie? Które z nich potrzebują wsparcia białek transportowych? Jak zmieniają się stężenia substancji rozpuszczonych w czasie?

Ekran Dyfuzja prosta (link bezpośredni)

Na ekranie poświęconym dyfuzji biernej uczniowie poznają rodzaje substancji rozpuszczonych, które dyfundują biernie przez błonę komórkową.

Ekran Dyfuzja ułatwiona (link bezpośredni)

Ekran dyfuzji ułatwionej rozszerza opcje dostępne dla uczniów, pozwalając na przejście substancji rozpuszczonej przez błonę z udziałem białek transportowych oraz opcje wywołujące zmiany w tych białkach.

Ekran Transport aktywny (link bezpośredni)

Uczniowie mogą zgłębiać wykorzystanie adenozynotrifosforanu (ATP) do przemieszczania substancji rozpuszczonych wbrew gradientowi stężeń oraz przykład wtórnego transportu aktywnego z wykorzystaniem glukozy i sodu. Uczniowie muszą utrzymywać wyższe stężenie sodu poza komórką, aby umożliwić transport glukozy do komórki.

Ekran Pobaw się (link bezpośredni)

Ekran Pobaw się nie dodaje żadnych nowych funkcji, ale rozszerza wszystkie opcje z poprzednich ekranów, umożliwiając uczniom tworzenie dowolnych konfiguracji i bardziej złożonych systemów interakcji między białkami i substancjami rozpuszczonymi.

Opcje dostosowywania

Poniższe parametry query umożliwiają dostosowanie symulacji i można je dodać, dołączając znak '?' do adresu URL symulacji i oddzielając każdy parametr query znakiem '&'. Ogólny wzorzec adresu URL to: …html?queryParameter1&queryParameter2&queryParameter3

Na przykład, jeśli w symulacji Transport błonowy chcesz uwzględnić tylko pierwszy i drugi ekran (screens=1,2), z domyślnie otwartym drugim ekranem (initialScreen=2), użyj: https://www.edukator.pl/simulations/membrane-transport_all.html?screens=1,2&initialScreen=2

Aby uruchomić to w języku polskim (locale=pl), adres URL będzie wyglądał następująco: https://www.edukator.pl/simulations/membrane-transport_all.html?locale=pl&screens=1,2&initialScreen=2

Wskazuje, że dostęp do tego dostosowania można uzyskać też z menu Preferencje, Opcje... lub w samej symulacji.

Parametr query i opis	Przykładowe linki
screens - określa, które ekrany są włączone do symulacji i jaka jest ich kolejność. Każdy ekran powinien być oddzielony przecinkiem. Więcej informacji można znaleźć w Centrum pomocy.	screens=2,1 screens=1
initialScreen - otwiera kartę SIM bezpośrednio na określonym ekranie, z pominięciem ekranu głównego.	initialScreen=1 initialScreen=2
locale - określa język symulacji przy użyciu kodów ISO 639-1. Dostępne wersje językowe można znaleźć na stronie symulacji w zakładce Tłumaczenia. Uwaga: działa to tylko wtedy, gdy adres URL symulacji kończy się na “_all.html”.	locale=pl (polski) locale=es (hiszpański)
audio - jeśli muted, dźwięk jest domyślnie wyciszony. Jeśli disabled, cały dźwięk jest trwale wyłączony.	audio=muted audio=disabled
animateLipids - gdy false,wyłącza ciągły ruch błony. Domyślnie jest true.	animateLipids=false
glucoseMetabolism - gdy true,włącza powolne usuwanie cząsteczek glukozy z wnętrza komórki. Domyślnie jest false.	glucoseMetabolism=true
allowLinks - jeśli false, wyłącza linki, które prowadzą uczniów do zewnętrznego adresu URL. Domyślnie jest true.	allowLinks=false
supportsPanAndZoom - gdy false, uniemożliwia przesuwanie i powiększanie symulacji za pomocą pinch-to-zoom lub elementów sterujących zoomem przeglądarki. Domyślnie jest true.	supportsPanAndZoom=false

Menu Preferencje

Po kliknięciu ikony menu Preferencje otworzy się okno, w którym w sekcjach Symulacja, Wizualne i Audio,możemy zaznaczyć żądane opcje:

• Animacja lipidów: Ciągły ruch błony ma na celu podkreślenie jej ruchliwości, ale można go wyłączyć z dowolnego powodu, aby przedstawić błonę o losowej orientacji, ale statyczną.
• Metabolizm glukozy: Glukoza jest szybko fosforylowana w wielu kontekstach biologicznych, co pozwala na jej wykorzystanie w innych szlakach metabolicznych. Tę opcję symulacji można włączyć, aby to podkreślić, co powoduje powolne usuwanie cząsteczek glukozy z wnętrza komórki po dodaniu lub po transporcie do wnętrza. Ta opcja stwarza sytuację, w której stężenie niefosforylowanej glukozy jest stale niskie lub nie występuje na wykresach słupkowych. Możesz zachęcić uczniów do interpretacji tego zjawiska w oparciu o charakter dodanej glukozy w porównaniu z jej fosforylowanym produktem.

Jasnoróżowe interaktywne podświetlenia można włączyć dla interakcji za pomocą myszy i ekranu dotykowego. Podczas prezentacji interaktywne podświetlenia mogą przyciągać uwagę i skupiać uwagę uczniów. Aby znaleźć i aktywować interaktywne podświetlenia, otwórz menu Preferencje i przejdź do zakładki Wizualne.

Gdy adres URL symulacji kończy się na "_all.html", dodatkowo pojawia się sekcja Lokalizacja, w której możemy dokonać wyboru języka:

Ułatwienia dostępu

Sterowanie za pomocą klawiatury - skróty klawiszowe

Generalnie sterujemy symulacją za pomocą myszy lub dotyku. Alternatywnie uczniowie mogą też nawigować i sterować elementami interaktywnymi za pomocą klawiatury. Po kliknięciu otworzy się okno z listą obsługiwanych skrótów.

Przy aktywnym ekranie startowym:

Przy aktywnym ekranie Dyfuzja prosta:

Przy aktywnym ekranie Dyfuzja ułatwiona, Transport aktywny lub Pobaw się:

Tylko jeden przykładowy ligand każdego typu można ustawić za pomocą klawisza TAB, podnieść lub zwolnić za pomocą klawiszy SPACJA/ENTER i przeskoczyć do białka lub poza błonę za pomocą klawiszy STRZAŁEK. Nie każdy ligand można ustawić za pomocą tej metody wprowadzania. Funkcja „przeciągania” ligandu ma na celu podkreślenie związku przyczynowo-skutkowego między ligandem a białkami bramkowanymi ligandem, ale nie ma w pełni zastąpić naturalnego wiązania/odłączania ligandów do odpowiedniego kanału bramkowanego ligandem.

Tryb pełnoekranowy

Po kliknięciu logo PhET (na dole po prawej) pojawia się okno zawierające informacje dotyczące symulacji. Możemy tu zmienić sposób jej wyświetlania.

Klikając Pełny ekran przechodzimy do trybu pełnoekranowego (powrót - klawisz escape).

Wersje offline, niewymagające połączenia z internetem

Dostępne są również wersje symulacji niewymagające połączenia z internetem.

Aplikacja PhET Desktop zawiera wszystkie symulacje HTML5 i Java, w tym ich tłumaczenia, do użytku offline w systemach Windows i macOS (dostępne po zalogowaniu tu). Symulacje HTML5 nie wymagają dodatkowego oprogramowania, natomiast do uruchamiania dowolnych symulacji Java w aplikacji komputerowej jest wymagany Java SE Development Kit 8.

Za symboliczną opłatą możemy pobrać w postaci jednej aplikacji wszystkie materiały PhET, które zostały opublikowane w html5. Telefony, tablety i Chromebooki (z systemem Android): Google Play. iPhone'y i iPady (aplikacja na iOS): App Store

Darmową wersję desktopową tej aplikacji pobierzemy bezpośrednio klikając tu - wersja _pl zawiera polską (domyślną) i angielską wersję językową i tu - wersja _all zawiera angielską (domyślną) i wszystkie inne dostępne wersje językowe lub ze strony PhET (klikając przycisk ze strzałką przy wybranej wersji językowej):

Dźwięk i sonifikacja

• Unikalne dźwięki podkreślają przejście każdej substancji rozpuszczonej przez błonę. Wysokość tych dźwięków wzrasta, gdy substancja rozpuszczona przechodzi z wnętrza na zewnątrz (w górę). Dźwięki te mogą pomóc w podkreśleniu kierunkowości i przepływu netto substancji rozpuszczonych w warunkach dalekich od stanu równowagi i zbliżonych do stanu równowagi. Można je wyłączyć lub włączyć za pomocą pola wyboru Dźwięki przejścia w symulacji.
• Dźwięki przejścia można przypisać stereo do każdego głośnika lub słuchawki, aby podkreślić kierunkowość przejścia. Opcja ta znajduje się w zakładce Audio w menu Preferencje.
• Każde białko transportowe ma unikalne powiązanie dźwiękowe z każdym ze swoich zdarzeń wiązania i zmian konformacyjnych, aby podkreślić czynniki wyzwalające niezbędne do transportu substancji rozpuszczonych.
• Dowiedz się więcej o tym, jak PhET wykorzystuje dźwięk i sonifikację w symulacjach.

Interaktywny opis - Udźwiękowienie

• Ta symulacja zawiera interaktywny opis umożliwiający dostęp niewizualny, dostarczany wyłącznie podczas korzystania z oprogramowania czytnika ekranu. Więcej informacji na temat korzystania z tej funkcji można znaleźć w filmie Introduction to Interactive Description.
• Ta symulacja zawiera dodatkowe opisy konkretnych stanów białek i ich zmian, gdy uwaga skupiona jest na białkach w błonie komórkowej.
• Nauczyciele mogą uzyskać dostęp do A11y View tutaj, aby zdecydować, czy interaktywny opis tej symulacji spełnia ich potrzeby instruktażowe. Przypomnienie: A11y View nie jest przeznaczony do użytku przez uczniów i nie zapewni dobrego doświadczenia uczniom korzystającym z oprogramowania do odczytu ekranu.

Voicing

• Ta symulacja oferuje opis głosowy w przeglądarce za pośrednictwem funkcji Voicing (wyłącznie język angielski). Włącz udźwiękowienie na karcie Audio w menu Preferencje. Więcej informacji na temat tej funkcji można znaleźć w filmie Introduction to Voicing video.
• ​​Po zaznaczeniu opcji Voice objects details and changes uczniowie mają dostęp do szczegółowych informacji o ilościach substancji rozpuszczonych i białkach. Sposób dostarczania tych informacji różni się w zależności od metody wprowadzania.
• Po zaznaczeniu opcji Voice surrounding context changes dostępne są ograniczone informacje zwrotne dotyczące dalszych efektów działań podejmowanych w symulacji.
• Od wersji 1.0.0 pełny opis dostępny w oprogramowaniu do odczytu ekranu nie jest dostępny w trybie Voicing, szczególnie w kontekście dostępnych zmian kontekstu.

Spostrzeżenia na temat korzystania z aplikacji przez uczniów

• Ta symulacja podkreśla podstawowy związek między stężeniem a dyfuzją w niewielkiej części błony komórkowej. Uczniowie mogą w naturalny sposób zacząć zastanawiać się nad skutkami w szerszej skali, w tym nad zmianami potencjału błonowego, na które nie da się udzielić satysfakcjonującej odpowiedzi w ramach tej symulacji. Zachęć ich do przemyślenia tych kwestii, ale nie odwracaj ich uwagi od głównych celów edukacyjnych tego ćwiczenia.
• Zachęć uczniów do korzystania z wykresów słupkowych w celu monitorowania ilości substancji rozpuszczonej po obu stronach błony. Przypomnij im, że niewielkie, krótkotrwałe wahania po osiągnięciu stanu równowagi wynikają z losowego ruchu poszczególnych cząsteczek, a nie ze znaczących zmian w środowisku. Poproś ich, aby przyjrzeli się stężeniom wewnątrz i na zewnątrz komórki w dłuższych przedziałach czasowych, aby zidentyfikować rzeczywiste tendencje.

Uproszczenia / założenia modelu

• Skalowanie wizualne i ikonografia przedkładają przejrzystość dla ucznia nad geometrię w skali molekularnej.
• Cząsteczki dyfundują losowo, wizualnie przedstawiając mikroskopową losowość napędzającą dyfuzję. Ruch cząsteczek jest stochastyczny, aby stworzyć wizualnie interpretowalne przepływy netto; skale czasowe i wartości liczbowe są dostosowane do celów dydaktycznych, a nie do ścisłości biochemicznej.
• W rzeczywistych komórkach kanały ułatwiające dyfuzję nie przenoszą aktywnie substancji przez siebie; umożliwiają jedynie ich dyfuzję. Niektóre białka transportowe mają niewielki promień przechwytywania, aby proces dyfuzji nie trwał zbyt długo dla uczniów. Nauczyciele powinni upewnić się, że uczniowie rozumieją, iż ruch przez kanały jest bierny – wynika z dyfuzji – i że kanały nie „pompują” niczego przez błonę.
• Zdarzenia bramkowania są niemal natychmiastowe, aby podkreślić związek przyczynowo-skutkowy, ale z niewielkim opóźnieniem w otwieraniu/zamykaniu, aby podkreślić konformacyjną zmianę kształtu białka. Rzeczywiste bramkowanie biologiczne jest często stochastyczne, zależne od czasu i zależne od wielu oddziałujących czynników, które nie są uwzględnione w symulacji.
• Symulacja kładzie nacisk na relacje jakościowe (na przykład więcej otwartych kanałów → szybszy przepływ netto) zamiast odtwarzania dokładnych stałych szybkości biochemicznych. Czynniki środowiskowe, takie jak temperatura, siła jonowa, zatłoczenie molekularne i heterogeniczność błony, nie są modelowane, a mogą one znacząco wpływać na rzeczywistą kinetykę transportu.
• Więcej informacji dotyczących założeń modelu można uzyskać tu (en)

Sugestie dotyczące wykorzystania

Wskazówki dotyczące wszystkich symulacji zawarte są w informacjach ogólnych.

Więcej porad dotyczących korzystania z symulacji z uczniami można znaleźć na stronach PhET w sekcji Wskazówki dotyczące korzystania z PhET.

Przykładowe polecenia

• Czy potrafisz przewidzieć, jakie będą względne stężenia poszczególnych substancji rozpuszczonych wewnątrz i na zewnątrz komórki po 30 sekundach? Po 30 minutach? Jak zmieni się szybkość przechodzenia substancji rozpuszczonych przez błonę komórkową?
• Zacznij od wysokiego stężenia na zewnątrz i zerowego wewnątrz. Otwórz kanał pasywny i opisz to, co widzisz w ciągu 30 sekund. W którym kierunku przebiega przepływ netto? Dlaczego?
• Ustaw gradient, który pozostaje taki sam we wszystkich próbach, ale zwiększaj liczbę otwartych kanałów w każdej próbie. Przewiduj, a następnie zapisz, jak zmienia się czas osiągnięcia stanu bliskiego stacjonarnemu.
• Użyj substancji rozpuszczonej, która nie może przenikać biernie. Dodaj nośnik wspomagający i porównaj szybkość przenikania z substancją rozpuszczoną biernie przy tym samym gradiencie. Wyjaśnij różnice w mechanizmie.
• Użyj aktywnego transportu, aby utrzymać wysoki poziom Na⁺ na zewnątrz i uruchom symulację na kilka minut. Jakie kombinacje szybkości pompy i wycieku kanału pozwalają utrzymać poziom Na⁺? Wyjaśnij koncepcyjnie wydatki energetyczne.

Zobacz wszystkie opublikowane na stronach PhET aktywności dla Transport błonowy tutaj (dostęp do materiałów wymaga zalogowania).

Symulacje zbliżone tematycznie