Објави:
Типови транспорта ћелија и њихове карактеристике
Тхе транспорт ћелија укључује саобраћај и премјештање молекула између унутрашњости и вањске стране ћелија. Размјена молекула између ових одјељака је битна појава за исправно функционирање организма и посредује низ догађаја, као што је мембрански потенцијал, да споменемо неке.
Биолошке мембране не само да су одговорне за ограничавање ћелије, већ играју и незамјењиву улогу у промету супстанци. Они имају низ протеина који прелазе структуру и, врло селективно, дозвољавају или не улазе одређене молекуле.
Целуларни транспорт се класификује у два главна типа, у зависности од тога да ли систем користи енергију директно или не.
Пасивни транспорт не захтева енергију, а молекули успевају да пређу мембрану пасивном дифузијом, помоћу водених канала или помоћу транспортованих молекула. Правац активног транспорта одређен је искључиво концентрационим градијентима између обе стране мембране.
Насупрот томе, друга врста транспорта захтева енергију и зове се активни транспорт. Захваљујући енергији која се убризгава у систем, пумпе могу померати молекуле у односу на њихове концентрације. Најистакнутији пример у литератури је натријум-калијум пумпа.
Индек
- 1 Теоријске основе
- 1.1 - Ћелијске мембране
- 1.2 -Липиди у мембранама
- 1.3 - Протеини у мембранама
- 1.4 - Селективност мембране
- 1.5 - Дифузија и осмоза
- 1.6 -Тоницити
- 1.7 -Инфлуенце елецтриц
- 2 Трансмембрански пасивни транспорт
- 2.1 Једноставно емитовање
- 2.2 Водени канали
- 2.3 Молецуле транспортадора
- 2.4 Осмоза
- 2.5 Ултрафилтрација
- 2.6 Олакшана дисеминација
- 3 Трансмембрански активни транспорт
- 3.1 Карактеристике активног транспорта
- 3.2 Селективност транспорта
- 3.3 Пример активног транспорта: натријум-калијум пумпа
- 3.4 Како пумпа ради?
- 4 Масовни транспорт
- 4.1-Ендоцитоза
- 4.2 -Ексоцитоза
- 5 Референце
Теоријске основе
-Ћелијске мембране
Да би се разумело како долази до трговине супстанцама и молекулима између ћелија и суседних одељака, потребно је анализирати структуру и састав биолошких мембрана.
-Липиди у мембранама
Ћелије су окружене танком и комплексном мембраном липидне природе. Основна компонента су фосфолипиди.
Они се састоје од поларне главе и неполарних репова. Мембране се састоје од два слоја фосфолипида - "липидних двослојева" - у којима се репови групишу и главе дају екстра и интрацелуларна лица.
Молекули који имају и поларну и аполарну зону називају се амфипатским. Ово својство је кључно за просторну организацију липидних компоненти унутар мембрана.
Ова структура је заједничка мембранама које окружују субцелуларне преграде. Запамтите да су и митохондрије, хлоропласти, везикуле и друге органеле окружене мембраном.
Поред фосфоглицерида или фосфолипида, мембране су богате сфинголипидима, који имају костуре формиране од молекула који се назива сфингозин и стерол. У овој последњој групи налазимо холестерол, липид који модулира својства мембране, као своју флуидност.
-Протеини у мембранама
Мембрана је динамичка структура, која садржи вишеструке протеине. Протеини мембране делују као нека врста "чувара" молекуларних "чувара" који дефинишу са великом селективношћу ко улази и ко напушта ћелију.
Из тог разлога, речено је да су мембране полупропусне, јер нека једињења успевају да уђу, а други не..
Нису сви протеини који су у мембрани одговорни за посредовање у саобраћају. Други су одговорни за хватање вањских сигнала који производе станични одговор на вањске подражаје.
-Селективност мембране
Липидна унутрашњост мембране је високо хидрофобна, што чини мембрану веома непропусном за пролазак поларних или хидрофилних молекула (овај термин значи "заљубљен у воду").
Ово подразумева додатну тешкоћу за пролазак поларних молекула. Међутим, транзит молекула топивих у води је неопходан, тако да ћелије имају низ транспортних механизама који омогућавају ефикасно премјештање ових супстанци између ћелије и њеног спољашњег окружења..
На исти начин, велики молекули, као што су протеини, морају бити транспортовани и захтевају специјализоване системе.
-Дифузија и осмоза
Кретање честица кроз ћелијске мембране одвија се пратећи следеће физичке принципе.
Ови принципи су дифузија и осмоза и примењују се на кретање растворених материја и растварача у раствору кроз полупропусну мембрану - као што су биолошке мембране које се налазе у живим ћелијама..
Дифузија је процес који укључује случајно термичко кретање честица суспендованих из региона високих концентрација према регионима ниже концентрације. Постоји математички израз који настоји да опише процес и назван је Фикова дифузиона једначина, али нећемо ући у њега.
Имајући у виду овај концепт, можемо дефинисати појам пропусности, који се односи на брзину којом материја продире у мембрану пасивно под низом конкретних услова..
С друге стране, вода такође иде у прилог свом градијенту концентрације у феномену званом осмоза. Иако се чини да није прецизно да се односи на концентрацију воде, морамо схватити да се витална течност понаша као било која друга супстанца, у смислу њене дифузије..
-Тоницити
Узимајући у обзир описане физичке феномене, концентрације које постоје и унутар ћелије и изван њих ће одредити правац транспорта.
Према томе, тоничност раствора је одговор ћелија уроњених у раствор. У овом сценарију постоји нека терминологија:
Исотониц
Ћелија, ткиво или раствор је изотоничан у односу на други ако је концентрација у оба елемента једнака. У физиолошком контексту, ћелија уроњена у изотоничну средину неће доживјети никакву промјену.
Хипотониц
Решење је хипотонично у односу на ћелију ако је концентрација растворених супстанци нижа споља - то јест, ћелија има више раствора. У овом случају, тежња воде је да уђе у ћелију.
Ако ставимо црвене крвне ћелије у дестилирану воду (која је без растворених материја), вода би улазила до пуцања. Овај феномен се назива хемолиза.
Хипертониц
Решење је хипертонично у односу на ћелију ако је концентрација растворених споља виша - то јест, ћелија има мање растворених материја.
У овом случају, тежња воде је да напусти ћелију. Ако ставимо црвене крвне ћелије у концентрисани раствор, вода у куглицама има тенденцију да изађе и ћелија добија наборани изглед..
Ова три концепта имају биолошку важност. На пример, јаја морског организма морају бити изотонична у односу на морску воду како не би пукла и не би изгубила воду.
Слично томе, паразити који живе у крви сисара треба да имају концентрацију раствора сличну средству у коме се развијају..
-Елецтриц инфлуенце
Када говоримо о јонима, који су набијене честице, кретање кроз мембране није усмерено искључиво концентрационим градијентима. У овом систему потребно је узети у обзир оптерећења растворених материја.
Ион има тенденцију да се удаљи од региона где је концентрација висока (као што је описано у одељку о осмози и дифузији), а такође и ако је ион негативан, он ће напредовати ка регионима где постоји растући негативни потенцијал. Запамтите да се различите наплате привлаче, а једнаке оптужбе одбијају.
Да бисмо предвидели понашање јона, морамо додати комбиноване силе концентрационог градијента и електричног градијента. Овај нови параметар се назива нето електрокемијски градијент.
Типови мобилног транспорта су класификовани у зависности од употребе - или не - енергије система у пасивним и активним кретањима. У наставку ћемо детаљно описати сваку од њих:
Трансмембрански пасивни транспорт
Пасивни покрети кроз мембране укључују пролазак молекула без директне потребе за енергијом. Како ти системи не укључују енергију, она зависи искључиво од градијента концентрације (укључујући електричне) који постоје кроз плазма мембрану.
Иако је енергија одговорна за кретање честица похрањена у таквим градијентима, прикладно је и прикладно наставити процес сматрати пасивним.
Постоје три елементарне путање кроз које молекуле могу пасивно да прелазе са једне стране на другу:
Једноставна дифузија
Најједноставнији и најинтуитивнији начин преношења растворене материје је прелазак кроз мембрану пратећи горе наведене градијенте..
Молекул дифундује кроз плазма мембрану, остављајући водену фазу у страну, раствара се у липидном делу и коначно улази у водени део унутрашње ћелије. Исто се може десити у супротном смеру, од унутрашњости ћелије ка споља.
Ефикасан пролаз кроз мембрану ће одредити ниво топлотне енергије коју систем поседује. Ако је довољно висок, молекул ће моћи да пређе мембрану.
Гледано детаљније, молекул мора да разбије све водоничне везе формиране у воденој фази да би био у стању да се креће у липидну фазу. Овај догађај захтева 5 кцал кинетичке енергије за сваку присутну везу.
Следећи фактор који треба узети у обзир је растворљивост молекула у липидној зони. На мобилност утичу различити фактори, као што су молекуларна тежина и облик молекула.
Кинетика једноставног корака дифузије показује кинетику незасићења. То значи да се улаз повећава пропорционално концентрацији растворене материје која се транспортује у екстрацелуларном региону.
Водени канали
Друга алтернатива проласка молекула кроз пасивни пут је кроз водени канал који се налази у мембрани. Ови канали су врста пора које омогућавају пролаз молекула, избегавајући контакт са хидрофобним подручјем.
Одређени набијени молекули успевају да уђу у ћелију након њеног градијента концентрације. Захваљујући овом систему канала испуњених водом, мембране су високо непропусне за ионе. Унутар ових молекула истичу се натријум, калијум, калцијум и хлор.
Цонвеиор молецуле
Последња алтернатива је комбинација интересне супстанце од интереса са транспортујућим молекулом који маскира његову хидрофилну природу, тако да се постиже пролаз кроз део мембране мембрана богатих липидима..
Транспортер повећава липидну растворљивост молекула који треба да се транспортује и фаворизује његов пролаз у корист градијента концентрације или електрокемијског градијента.
Ови транспортни протеини функционишу на различите начине. У најједноставнијем случају, раствор се преноси са једне стране мембране на другу. Овај тип се зове подршка. Насупрот томе, ако се нека друга супстанца истовремено транспортује или спаја, транспортер се назива приколицама.
Ако спрегнути транспортер помера два молекула у истом правцу, то је симпорте, а ако то ради у супротним правцима, транспортер је антипорт.
Осмоза
То је тип ћелијског транспорта у коме растварач пролази селективно кроз полупропусну мембрану.
Вода, на пример, тежи да прође поред ћелије у којој је њена концентрација нижа. Кретање воде на том путу генерише притисак који се назива осмотски притисак.
Овај притисак је неопходан да би се регулисала концентрација супстанци у ћелији, што онда утиче на облик ћелије.
Ултрафилтратион
У овом случају, кретање неких растворених материја настаје дејством хидростатског притиска, од подручја највишег притиска до најнижег притиска. У људском телу, овај процес се одвија у бубрезима захваљујући крвном притиску који ствара срце.
На тај начин вода, уреа, итд. Прелази из ћелија у урин; и хормони, витамини, итд., остају у крви. Овај механизам је познат и као дијализа.
Олакшана дисеминација
Постоје супстанце са веома великим молекулима (као што су глукоза и други моносахариди), којима је потребно ширење протеина носача. Ова дифузија је бржа од једноставне дифузије и зависи од:
- Градијент концентрације супстанце.
- Количина транспортних протеина присутних у ћелији.
- Брзина присутних протеина.
Један од ових транспортних протеина је инсулин, који олакшава дифузију глукозе, смањујући његову концентрацију у крви.
Трансмембрански активни транспорт
До сада смо разговарали о проласку различитих молекула кроз канале без трошкова енергије. У овим случајевима, једини трошак је генерисање потенцијалне енергије у облику диференцијалних концентрација на обе стране мембране.
На тај начин се правац транспорта одређује постојећим нагибом. Растворене материје почињу да се превозе пратећи наведене принципе дифузије, све док не достигну тачку где се завршава дифузија мреже - у овом тренутку је постигнута равнотежа. У случају иона, на кретање утиче и оптерећење.
Међутим, у једином случају када је расподела јона на обе стране мембране у реалној равнотежи је када је ћелија мртва. Све живе ћелије улажу велику количину хемијске енергије да задрже концентрацију растворене из равнотеже.
Енергија која се користи за одржавање ових процеса је, генерално, молекул АТП. Аденозин трифосфат, скраћено АТП, је основни молекул енергије у ћелијским процесима.
Карактеристике активног транспорта
Активни транспорт може дјеловати против градијента концентрације, без обзира на то колико су означени - ово својство ће бити јасно с објашњењем пумпе натријум-калиј (види доље).
Активни транспортни механизми могу помицати више од једне класе молекула у исто вријеме. За активни транспорт наведена је иста класификација за транспорт неколико молекула истовремено у пасивном транспорту: симпорте и антипорте.
Транспорт ових пумпи може бити инхибиран применом молекула који специфично блокирају кључне локације у протеину.
Кинетика транспорта је типа Мицхаелис-Ментен. Оба понашања - која су инхибирана неким молекулом и кинетиком - су типичне карактеристике ензимских реакција.
Коначно, систем мора имати специфичне ензиме који могу хидролизовати молекул АТП, као што су АТПазе. То је механизам којим систем добија енергију која је карактеризира.
Селективност транспорта
Укључене пумпе су изузетно селективне у молекулима који ће се транспортовати. На пример, ако је пумпа носилац натријумових јона, она неће узимати литијумске јоне, иако су оба јона веома слична у величини.
Претпоставља се да протеини могу разликовати двије дијагностичке карактеристике: лакоћу дехидрације молекула и интеракцију са набојем унутар пора транспортера..
Познато је да велики јони лако дехидрирају, ако их упоредимо са малим јоном. Дакле, поре са слабим поларним центрима ће користити велике јоне, пожељно.
Супротно томе, у каналима са јако набијеним центрима превладава интеракција са дехидрираним јоном.
Пример активног транспорта: натријум-калијум пумпа
Да би се објаснили механизми активног транспорта најбоље је то урадити са најбоље проученим моделом: натријум-калијум пумпа.
Упечатљива особина ћелија је способност одржавања наглашених градијента натријумових јона (На+и калијум (К+).
У физиолошком окружењу, концентрација калијума унутар ћелија је 10 до 20 пута већа него у спољашњости ћелија. Насупрот томе, натријумови јони су много више концентрисани у екстрацелуларном окружењу.
Са принципима који регулишу кретање јона пасивно, било би немогуће одржати ове концентрације, стога ћелије захтевају активни транспортни систем и то је натријум-калијум пумпа.
Пумпа је формирана протеинским комплексом типа АТПазе, који је везан за плазма мембрану свих животињских ћелија. Ово има места везивања за оба јона и одговорна је за транспорт са убризгавањем енергије.
Како пумпа ради?
У овом систему постоје два фактора који одређују кретање јона између ћелијских и екстрацелуларних преграда. Први је брзина којом делује натријум-калијум пумпа, а други фактор је брзина којом ион може поново ући у ћелију (у случају натријума), кроз догађаје пасивне дифузије.
На овај начин, брзина којом иони улазе у ћелију одређује брзину којом пумпа мора да ради да би одржала одговарајућу концентрацију јона..
Рад пумпе зависи од серије конформационих промена у протеину који је одговоран за транспортовање јона. Сваки молекул АТП се директно хидролизује, у процесу три натријумова јона напуштају ћелију и истовремено уносе два калијумова јона у ћелијску средину.
Масовни транспорт
То је још један тип активног транспорта који помаже у кретању макромолекула, као што су полисахариди и протеини. Може се догодити путем:
-Ендоцитоза
Постоје три процеса ендоцитозе: фагоцитоза, пиноцитоза и лиганд-посредована ендоцитоза:
Пхагоцитосис
Фагоцитоза је тип транспорта у којем је чврста честица прекривена везикулом или фагосом састављеним од спојених псеудопода. Та чврста честица која остаје унутар везикуле се дигестира ензимима и тако доспијева у унутрашњост ћелије.
На тај начин бела крвна зрнца раде у телу; фагоцитизовати бактерије и страна тела као механизам одбране.
Пиноцитосис
Пиноцитоза се јавља када је супстанца која се транспортује капљица или везикула екстрацелуларне течности, а мембрана ствара пиноцитску везикулу у којој се садржај везикуле или капљице обрађује да се врати на површину ћелије..
Ендоцитоза кроз рецептор
То је процес сличан пиноцитози, али у овом случају долази до инвагинације мембране када се одређени молекул (лиганд) везује за мембрански рецептор.
Неколико ендоцитних везикула се спаја и формира већу структуру звану ендосом, где је лиганд одвојен од рецептора. Затим се рецептор враћа на мембрану, а лиганд се веже за липосом у коме се дигестира ензимима.
-Екоцитосис
То је врста мобилног транспорта у којој се супстанца мора узети изван ћелије. Током овог процеса, мембрана секреторног везикула се придружује станичној мембрани и ослобађа садржај везикуле.
На овај начин ћелије елиминишу синтетизиране супстанце или оне које се налазе у отпаду. Тако се ослобађају и хормони, ензими или неуротрансмитери.
Референце
- Аудесирк, Т., Аудесирк, Г., & Биерс, Б.Е. (2003). Биологија: Живот на Земљи. Пеарсон едуцатион.
- Доннерсбергер, А. Б., & Лесак, А.Е. (2002). Лабораторијска књига анатомије и физиологије. Едиториал Паидотрибо.
- Ларрадагоитиа, Л. В. (2012). Анатомофизиологија и основна патологија. Паранинфо Едиториал.
- Рандалл, Д., Бурггрен, В. В., Бурггрен, В., Френцх, К., & Ецкерт, Р. (2002). Ецкертова физиологија животиња. Мацмиллан.
- Вивед, А. М. (2005). Основе физиологије физичке активности и спорта. Ед Панамерицана Медицал.