De celle transport det involverer trafikk og bevegelse av molekyler mellom det indre og ytre av celler. Utvekslingen av molekyler mellom disse avdelingene er et viktig fenomen for at organismen skal fungere korrekt, og formidler en rekke hendelser, for eksempel membranpotensialet, for å nevne noe..
Biologiske membraner er ikke bare ansvarlige for avgrensningen av cellen, de spiller også en uunnværlig rolle i handel med stoffer. De har en serie proteiner som krysser strukturen og, veldig selektivt, tillater eller ikke innføring av visse molekyler.
Mobiltransport er klassifisert i to hovedtyper, avhengig av om systemet bruker energi direkte eller ikke.
Passiv transport krever ikke energi, og molekylene klarer å krysse membranen ved passiv diffusjon, gjennom vandige kanaler eller gjennom transporterte molekyler. Retningen for aktiv transport bestemmes utelukkende av konsentrasjonsgradientene mellom begge sider av membranen..
Derimot krever den andre transporttypen energi og kalles aktiv transport. Takket være energien som er injisert i systemet, kan pumpene bevege molekylene mot konsentrasjonsgradientene. Det mest bemerkelsesverdige eksemplet i litteraturen er natrium-kaliumpumpen..
Artikkelindeks
For å forstå hvordan trafikken av stoffer og molekyler skjer mellom cellen og tilstøtende rom, er det nødvendig å analysere strukturen og sammensetningen av biologiske membraner..
Celler er omgitt av en tynn og kompleks membran av lipid karakter. Den grunnleggende komponenten er fosfolipider.
Disse består av et polarhode og apolar haler. Membranene er sammensatt av to lag fosfolipider - "lipid-dobbeltlag" - der halene er gruppert innvendig og hodene vender mot de ekstra og intracellulære ansiktene..
Molekyler som har både polare og apolare soner kalles amfipatiske. Denne egenskapen er avgjørende for den romlige organisasjonen av lipidkomponenter i membraner..
Denne strukturen deles av membranene som omgir de subcellulære rommene. Husk at mitokondrier, kloroplaster, vesikler og andre organeller også er omgitt av en membran..
I tillegg til fosfoglyserider eller fosfolipider, er membraner rike på sfingolipider, som har skjeletter som består av et molekyl som kalles sfingosin og steroler. I denne siste gruppen finner vi kolesterol, et lipid som modulerer egenskapene til membranen, for eksempel dens flyt..
Membranen er en dynamisk struktur som inneholder flere proteiner inni. Membranproteiner fungerer som en slags molekylære "portvoktere" eller "vakter" som med stor selektivitet definerer hvem som kommer inn og hvem som forlater cellen.
Av denne grunn sies det at membraner er halvgjennomtrengelige, da noen forbindelser klarer å komme inn og andre ikke..
Ikke alle proteiner som er i membranen har ansvaret for å formidle trafikken. Andre er ansvarlige for å fange eksterne signaler som gir en cellulær respons på eksterne stimuli.
Lipidens indre av membranen er svært hydrofob, noe som gjør membranen svært ugjennomtrengelig for passering av molekyler av polær eller hydrofil natur (dette begrepet betyr "forelsket i vann").
Dette innebærer en ekstra vanskelighet for passering av polare molekyler. Imidlertid er transitt av vannløselige molekyler nødvendig, og det er derfor celler har en serie transportmekanismer som tillater effektiv bevegelse av disse stoffene mellom cellen og dens ytre miljø..
Tilsvarende må store molekyler, som proteiner, transporteres og krever spesialiserte systemer..
Bevegelsen av partikler gjennom cellemembraner skjer ved å følge følgende fysiske prinsipper.
Disse prinsippene er diffusjon og osmose og gjelder for bevegelse av løsemidler og løsemidler i en løsning gjennom en semi-permeabel membran - slik som biologiske membraner som finnes i levende celler..
Diffusjon er prosessen som involverer tilfeldig termisk bevegelse av suspenderte partikler fra regioner med høye konsentrasjoner til regioner med lavere konsentrasjon. Det er et matematisk uttrykk som søker å beskrive prosessen, og det kalles Fick diffusjonsligning, men vi vil ikke fordype oss i den.
Med dette konseptet i tankene kan vi definere begrepet permeabilitet, som refererer til hastigheten som et stoff klarer å passere gjennom membranen under en rekke spesifikke forhold..
På den annen side beveger vann seg også langs konsentrasjonsgradienten i et fenomen som kalles osmose. Selv om det virker upresist å referere til konsentrasjonen av vann, må vi forstå at den vitale væsken oppfører seg som alle andre stoffer når det gjelder diffusjon.
Tatt i betraktning de fysiske fenomenene som er beskrevet, vil konsentrasjonene som eksisterer både inne i cellen og utenfor bestemme transportretningen..
Dermed er tonisiteten til en løsning responsen fra celler nedsenket i en løsning. Det er noen terminologi brukt på dette scenariet:
En celle, et vev eller en løsning er isotonisk i forhold til en annen hvis konsentrasjonen er lik i begge elementene. I en fysiologisk sammenheng vil en celle nedsenket i et isotonisk miljø ikke oppleve noen endring..
En løsning er hypotonisk med hensyn til cellen hvis konsentrasjonen av oppløste stoffer er lavere utenfor - det vil si at cellen har flere oppløste stoffer. I dette tilfellet er vannets tendens til å komme inn i cellen.
Hvis vi legger røde blodlegemer i destillert vann (som er fri for oppløste stoffer), ville vannet komme inn til de sprekker. Dette fenomenet kalles hemolyse..
En løsning er hypertonisk med hensyn til cellen hvis konsentrasjonen av oppløste stoffer er høyere på utsiden - det vil si at cellen har færre oppløste stoffer.
I dette tilfellet er vannets tendens til å forlate cellen. Hvis vi setter røde blodlegemer i en mer konsentrert løsning, har vannet i blodcellene en tendens til å strømme ut og cellen får et rynket utseende..
Disse tre begrepene har biologisk relevans. For eksempel må eggene til en marine organisme være isotonisk med hensyn til sjøvann for ikke å sprekke og ikke miste vann..
På samme måte må parasitter som lever i blod fra pattedyr ha en konsentrasjon av oppløste stoffer som ligner miljøet de utvikler seg i..
Når vi snakker om ioner, som er ladede partikler, styres ikke bevegelsen gjennom membranene utelukkende av konsentrasjonsgradienter. I dette systemet må ladningene av oppløste stoffer tas i betraktning.
Ionen har en tendens til å bevege seg bort fra områdene der konsentrasjonen er høy (som beskrevet i avsnittet om osmose og diffusjon), og også hvis ionet er negativt, vil det bevege seg mot regionene der det er et voksende negativt potensial. Husk at forskjellige belastninger tiltrekker seg, og lignende kostnader avviser.
For å forutsi ionens oppførsel, må vi legge til de kombinerte kreftene til konsentrasjonsgradienten og den elektriske gradienten. Denne nye parameteren kalles netto elektrokjemisk gradient..
Typer mobiltransport er klassifisert avhengig av bruk - eller ikke - av energi av systemet i passive og aktive bevegelser. Vi vil beskrive hver enkelt i detalj nedenfor:
Passive bevegelser gjennom membraner involverer passering av molekyler uten direkte behov for energi. Siden disse systemene ikke involverer energi, avhenger det utelukkende av konsentrasjonsgradientene (inkludert elektriske) som finnes over plasmamembranen..
Selv om energien som er ansvarlig for bevegelsen av partiklene, er lagret i slike gradienter, er det hensiktsmessig og praktisk å fortsette å betrakte prosessen som passiv..
Det er tre grunnleggende veier som molekyler passivt kan passere fra den ene siden til den andre:
Den enkleste og mest intuitive måten å transportere en løsemiddel på er å krysse membranen etter gradientene nevnt ovenfor..
Molekylet diffunderer gjennom plasmamembranen og lar den vandige fasen være til side, oppløses i lipiddelen og kommer til slutt inn i den vandige delen av celleinnredningen. Det samme kan skje i motsatt retning, fra innsiden av cellen til utsiden..
Den effektive passasjen gjennom membranen vil bli bestemt av nivået på termisk energi som systemet har. Hvis det er høyt nok, vil molekylet være i stand til å krysse membranen.
Sett mer detaljert, må molekylet bryte alle hydrogenbindinger dannet i den vandige fasen for å kunne bevege seg til lipidfasen. Denne hendelsen krever 5 kcal kinetisk energi for hver kobling.
Den neste faktoren å ta i betraktning er oppløseligheten av molekylet i lipidsonen. Mobilitet påvirkes av en rekke faktorer, som molekylvekt og form av molekylet.
Enkel diffusjonskanal viser ikke-metningskinetikk. Dette betyr at inngangen øker proporsjonalt med konsentrasjonen av løsemidlet som skal transporteres i det ekstracellulære området..
Det andre alternativet for passering av molekyler gjennom passiv vei er gjennom en vandig kanal plassert i membranen. Disse kanalene er en slags porer som tillater passering av molekylet, og unngår kontakt med den hydrofobe regionen.
Visse ladede molekyler klarer å komme inn i cellen ved å følge konsentrasjonsgradienten. Takket være dette systemet med vannfylte kanaler er membranene svært ugjennomtrengelige for ioner. Blant disse molekylene skiller natrium, kalium, kalsium og klor seg ut..
Det siste alternativet er kombinasjonen av det oppløste stoffet av interesse med et bærermolekyl som maskerer dets hydrofile natur, slik at det passerer gjennom den lipidrike delen av membranen..
Transportøren øker lipidløseligheten til molekylet som må transporteres og favoriserer passering til fordel for konsentrasjonsgradienten eller den elektrokjemiske gradienten..
Disse bærerproteinene fungerer på forskjellige måter. I det enkleste tilfellet overføres en løsemiddel fra den ene siden av membranen til den andre. Denne typen kalles en uniport. Tvert imot, hvis en annen løsemiddel blir transportert samtidig, eller koblet, kalles transportøren koblet.
Hvis den koblede transportøren mobiliserer de to molekylene i samme retning, er det en symport, og hvis den gjør det i motsatte retninger, er transportøren antistøttende..
Det er typen cellulær transport der et løsningsmiddel passerer selektivt gjennom den semipermeable membranen.
Vann, for eksempel, har en tendens til å passere til den siden av cellen der konsentrasjonen er lavere. Bevegelsen av vann i denne banen genererer et trykk som kalles osmotisk trykk.
Dette trykket er nødvendig for å regulere konsentrasjonen av stoffer i cellen, som deretter påvirker celleformen..
I dette tilfellet er bevegelsen av noen oppløste stoffer produsert av effekten av et hydrostatisk trykk, fra området med størst trykk til området med minst trykk. I menneskekroppen skjer denne prosessen i nyrene takket være blodtrykket som genereres av hjertet.
På denne måten passerer vann, urea osv. Fra cellene til urinen; og hormoner, vitaminer osv. blir i blodet. Denne mekanismen er også kjent som dialyse..
Det er stoffer med veldig store molekyler (som glukose og andre monosakkarider), som trenger et bærerprotein for å diffundere. Denne diffusjonen er raskere enn enkel diffusjon og avhenger av:
En av disse transportørproteinene er insulin, som letter diffusjonen av glukose, og reduserer konsentrasjonen i blodet.
Så langt har vi diskutert passering av forskjellige molekyler gjennom kanaler uten energikostnad. I disse tilfellene er den eneste kostnaden å generere potensiell energi i form av differensialkonsentrasjoner på begge sider av membranen..
Dermed bestemmes transportretningen av den eksisterende gradienten. Oppløste stoffer begynner å transporteres i henhold til de nevnte diffusjonsprinsippene, til de når et punkt der nettodiffusjonen slutter - på dette punktet er en likevekt nådd. Når det gjelder ioner, påvirkes bevegelsen også av ladning.
Imidlertid er det eneste tilfellet hvor fordelingen av ionene på begge sider av membranen er i ekte likevekt, når cellen er død. Alle levende celler investerer en stor mengde kjemisk energi for å holde oppløste konsentrasjoner utenfor likevekt..
Energien som brukes til å holde disse prosessene aktive er generelt ATP-molekylet. Adenosintrifosfat, forkortet ATP, er et grunnleggende energimolekyl i cellulære prosesser.
Aktiv transport kan virke mot konsentrasjonsgradienter, uansett hvor bratt de er - denne egenskapen blir tydelig med forklaringen på natrium-kaliumpumpen (se nedenfor).
Aktive transportmekanismer kan bevege seg mer enn en klasse molekyler om gangen. For aktiv transport brukes den samme klassifiseringen som er nevnt for transport av flere molekyler samtidig i passiv transport: symport og antistøtte..
Transporten av disse pumpene kan inhiberes ved å påføre molekyler som spesifikt blokkerer viktige steder på proteinet..
Transportkinetikken er av Michaelis-Menten-typen. Begge atferdene - som blir hemmet av noe molekyl og kinetikk - er typiske egenskaper for enzymatiske reaksjoner..
Til slutt må systemet ha spesifikke enzymer som er i stand til å hydrolysere ATP-molekylet, for eksempel ATPaser. Dette er mekanismen som systemet får energien som kjennetegner det..
Pumpene som er involvert er ekstremt selektive i molekylene som skal transporteres. For eksempel, hvis pumpen er en natriumionbærer, vil den ikke ta litiumioner, selv om begge ioner er veldig like i størrelse..
Det antas at proteinene er i stand til å skille mellom to diagnostiske egenskaper: enkel dehydrering av molekylet og interaksjonen med ladningene i transportøren..
Store ioner er kjent for å være lett dehydrert sammenlignet med et lite ion. Dermed vil en pore med svake polare sentre bruke store ioner, fortrinnsvis.
Tvert imot, i kanalene med sterkt ladede sentre dominerer interaksjonen med det dehydrerte ionet..
For å forklare mekanismene for aktiv transport, er det best å gjøre det med den best studerte modellen: natrium-kaliumpumpen..
Et slående trekk ved celler er evnen til å opprettholde bratte gradienter av natriumioner (Na+) og kalium (K+).
I det fysiologiske miljøet er kaliumkonsentrasjonen i celler 10-20 ganger høyere enn utenfor cellene. I motsetning til dette er natriumioner mye mer konsentrert i det ekstracellulære miljøet..
Med prinsippene som styrer ioners bevegelse på en passiv måte, ville det være umulig å opprettholde disse konsentrasjonene, derfor krever celler et aktivt transportsystem, og dette er natrium-kaliumpumpen.
Pumpen er dannet av et proteinkompleks av ATPase-typen forankret til plasmamembranen i alle dyreceller. Dette har bindingssteder for begge ioner og er ansvarlig for transport med injeksjon av energi.
I dette systemet er det to faktorer som bestemmer bevegelsen av ioner mellom det cellulære og det ekstracellulære rommet. Den første er hastigheten som natrium-kaliumpumpen virker på, og den andre faktoren er hastigheten som ionet kan komme inn i cellen igjen (i tilfelle natrium) på grunn av passive diffusjonshendelser..
På denne måten bestemmer hastigheten som ionene kommer inn i cellen hastigheten pumpen må arbeide for å opprettholde en passende ionekonsentrasjon..
Driften av pumpen avhenger av en rekke konformasjonsendringer i proteinet som er ansvarlig for transport av ionene. Hvert ATP-molekyl hydrolyseres direkte, i prosessen forlater tre natriumioner cellen og samtidig kommer to kaliumioner inn i mobilmiljøet.
Det er en annen type aktiv transport som hjelper til med bevegelse av makromolekyler, som polysakkarider og proteiner. Det kan gis av:
Det er tre prosesser med endocytose: fagocytose, pinocytose og ligand-mediert endocytose:
Fagocytose den type transport der en fast partikkel dekkes av en vesikkel eller fagosom som består av smeltede pseudopoder. Den faste partikkelen som forblir inne i vesikelen fordøyes av enzymer og når dermed det indre av cellen.
Slik fungerer de hvite blodcellene i kroppen; sluke bakterier og fremmedlegemer som en forsvarsmekanisme.
Pinocytose oppstår når stoffet som skal transporteres er en dråpe eller vesikkel av ekstracellulær væske, og membranen lager en pinocytisk vesikkel der innholdet i vesikelen eller dråpen blir behandlet slik at den går tilbake til overflaten av cellen..
Det er en prosess som ligner på pinocytose, men i dette tilfellet oppstår invaginasjonen av membranen når et bestemt molekyl (ligand) binder seg til membranreseptoren.
Flere endocytiske vesikler slår seg sammen og danner en større struktur som kalles endosomet, hvor liganden er skilt fra reseptoren. Reseptoren går deretter tilbake til membranen, og liganden binder seg til et liposom der den fordøyes av enzymer..
Det er en type cellulær transport der stoffet må bæres utenfor cellen. Under denne prosessen binder den sekretoriske vesikelmembranen seg til cellemembranen og frigjør innholdet i vesikelen..
På denne måten fjerner cellene syntetiserte stoffer eller avfallsstoffer. Slik frigjør de også hormoner, enzymer eller nevrotransmittere.
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.