CELLETRANSPORT: TYPER OG DERES EGENSKAPER - BIOLOGI

Den transport celle omfatter trafikk og bevegelse av molekyler mellom innsiden og utsiden av celler. Utveksling av molekyler mellom disse avdelingene er et essensielt fenomen for riktig organisering, og formidler en rekke hendelser, som membranpotensialet, for å nevne noen.

Biologiske membraner er ikke bare ansvarlige for å avgrense 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 inntreden av visse molekyler.

Kilde: LadyofHats, via Wikimedia Commons

Mobil transport er klassifisert i to hovedtyper, avhengig av om systemet bruker energi direkte eller ikke.

Passiv transport krever ikke energi, og molekylene er i stand til 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 typen transport energi og kalles aktiv transport. Takket være energien som injiseres i systemet, kan pumpene bevege molekylene mot konsentrasjonsgradientene. Det mest kjente eksemplet i litteraturen er natrium-kaliumpumpe.

Teoretiske grunnlag

-Sellemembraner

For å forstå hvordan trafikken av stoffer og molekyler skjer mellom cellen og de tilstøtende rommene, er det nødvendig å analysere strukturen og sammensetningen av biologiske membraner.

-Lipider i membranene

Av Jpablo cad, fra Wikimedia Commons

Cellene er omgitt av en tynn og kompleks membran av lipid karakter. Den grunnleggende komponenten er fosfolipider.

Disse består av et polart hode og apolare haler. Membranene er sammensatt av to lag fosfolipider - "lipid-dobbeltlag" - der halene er gruppert inni og hodene vender mot de ekstra og intracellulære ansiktene.

Molekyler som har både polare og apolare soner kalles amfipatisk. 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 kalt sfingosin og steroler. I denne siste gruppen finner vi kolesterol, en lipid som modulerer membranens egenskaper, for eksempel dens flyt.

-Proteiner i membranene

Figur 1. Diagram over den flytende mosaikkmodellen. Kilde: Av LadyofHats Mariana Ruiz, oversettelse Pilar Saenz, via Wikimedia Commons

Membranen er en dynamisk struktur som inneholder flere proteiner inne. Proteinene i membranen fungerer som en slags molekylære "portvakter" eller "vakter", som med stor selektivitet definerer hvem som kommer inn og hvem som forlater cellen.

Av denne grunn sies membraner å være halvgjennomtrengelige, da noen forbindelser klarer å komme inn og andre ikke.

Ikke alle proteiner som er i membranen er ansvarlige for å formidle trafikken. Andre er ansvarlige for å fange eksterne signaler som gir en cellulær respons på ytre stimuli.

-Selektivitet av membranen

Lipidens indre av membranen er sterkt hydrofob, noe som gjør membranen svært ugjennomtrengelig for passering av molekyler av polar eller hydrofil karakter (dette uttrykket betyr "forelsket i vann").

Dette innebærer en ekstra vanskelighetsgrad for passering av polare molekyler. Overføring av vannoppløselige molekyler er imidlertid nødvendig, slik at celler har en serie transportmekanismer som muliggjør effektiv bevegelse av disse stoffene mellom cellen og dens ytre miljø.

Tilsvarende må store molekyler, som proteiner, transporteres og krever spesialiserte systemer.

-Diffusjon og osmose

Bevegelsen av partikler gjennom cellemembraner skjer i henhold til følgende fysiske prinsipper.

Disse prinsippene er diffusjon og osmose og gjelder for bevegelse av oppløste og løsningsmidler i en løsning gjennom en halvgjennomtrengelig membran - for eksempel 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 kalles Fick diffusjonsligningen, men vi vil ikke fordype oss i den.

Med dette konseptet i bakhodet kan vi definere begrepet permeabilitet, som refererer til hastigheten som et stoff klarer å passivt trenge gjennom membranen under en serie spesifikke forhold.

På den annen side beveger vann seg også langs konsentrasjonsgradienten i et fenomen som kalles osmose. Selv om det virker unøyaktig å referere til vannkonsentrasjonen, må vi forstå at den vitale væsken oppfører seg som ethvert annet stoff, med tanke på dens diffusjon.

-Tonicity

Når man tar hensyn til de fysiske fenomenene som er beskrevet, vil konsentrasjonene som finnes både inne i cellen og utenfor bestemme transportretningen.

Således er toniciteten til en løsning responsen fra celler nedsenket i en løsning. Det er noen terminologier som brukes i dette scenariet:

isotonisk

En celle, vev eller løsning er isoton i forhold til en annen hvis konsentrasjonen er lik i begge elementer. I fysiologisk sammenheng vil en celle nedsenket i et isotonisk miljø ikke gjennomgå noen endring.

hypoton

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 putter røde blodlegemer i destillert vann (som er fri for løsemidler), ville vannet komme inn til de sprengte. Dette fenomenet kalles hemolyse.

hyperton

En løsning er hypertonisk med hensyn til cellen hvis konsentrasjonen av løste stoffer er høyere på utsiden - det vil si at cellen har færre løste stoffer.

I dette tilfellet er vannets tendens til å forlate cellen. Hvis vi legger røde blodlegemer i en mer konsentrert løsning, har vannet i blodcellene en tendens til å lekke ut og cellen får et rynket utseende.

Disse tre begrepene har biologisk relevans. Eggene fra en marin organisme må for eksempel være isoton med hensyn til sjøvann for ikke å sprekke og ikke miste vann.

Parasitter som lever i blod fra pattedyr må på samme måte ha en konsentrasjon av løsemidler som ligner på miljøet de utvikler seg i.

-Elektrisk påvirkning

Når vi snakker om ioner, som er ladede partikler, drives ikke bevegelsen gjennom membranene utelukkende av konsentrasjonsgradienter. I dette systemet må kostnadene for løsemidler tas med i betraktningen.

Ionet har en tendens til å bevege seg bort fra områdene der konsentrasjonen er høy (som beskrevet i seksjonen om osmose og diffusjon), og også hvis ionet er negativt vil det gå videre mot områdene der det er et voksende negativt potensiale. Husk at forskjellige ladninger tiltrekker seg, og som lignende kostnader avviser.

For å forutsi atferden til ionet, må vi legge til de samlede kreftene i konsentrasjonsgradienten og den elektriske gradienten. Denne nye parameteren kalles netto elektrokjemisk gradient.

Typene cellulær transport klassifiseres avhengig av bruk - eller ikke - av energi fra systemet i passive og aktive bevegelser. Vi vil beskrive hver i detalj nedenfor:

Passiv transmembrantransport

Passive bevegelser gjennom membraner innebærer 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 passende og praktisk å fortsette å betrakte prosessen som passiv.

Det er tre elementære måter molekyler kan passere fra den ene siden til den andre passivt:

Enkel diffusjon

Den enkleste og mest intuitive måten å transportere et løst stoff på er å krysse membranen etter gradientene nevnt over.

Molekylet diffunderer gjennom plasmamembranen, etterlater den vandige fasen til side, løses opp i lipiddelen og kommer til slutt inn i den vandige delen av celleinnretningen. Det samme kan skje i motsatt retning, fra innsiden av cellen til utsiden.

Den effektive passasjen gjennom membranen vil bli bestemt av nivået med termisk energi som systemet har. Hvis den er høy nok, vil molekylet kunne krysse membranen.

Sett i mer detalj 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 tilstedeværende kobling.

Den neste faktoren å ta hensyn til er løseligheten av molekylet i lipidsonen. Mobilitet påvirkes av en rekke faktorer, for eksempel molekylvekt og molekylets form.

Kinetikken av passasjen ved enkel diffusjon viser en kinetikk av umettelse. Dette betyr at inngangen øker i forhold til konsentrasjonen av det løste stoffet som skal transporteres i det ekstracellulære området.

Vandige kanaler

Det andre alternativet for passering av molekyler gjennom den passive ruten er gjennom en vandig kanal som ligger 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.

Bærermolekyl

Det siste alternativet er kombinasjonen av det oppløste stoffet 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 dens passasje til fordel for konsentrasjonsgradienten eller den elektrokjemiske gradienten.

Disse bærerproteinene fungerer på forskjellige måter. I det enkleste tilfellet overføres et løst stoff fra den ene siden av membranen til den andre. Denne typen kalles en uniport. Tvert imot, hvis en annen løsemiddel transporteres samtidig, eller kobles, kalles transportøren koblet.

Hvis den koblede transportøren beveger de to molekylene i samme retning, er det en symport, og hvis den gjør det i motsatte retninger, er transportøren anti-støtte.

osmose

Osmose2-fr.png: PsYcHoTiKderivativt arbeid: Ortisa, via Wikimedia Commons

Det er den typen celletransport hvor et løsningsmiddel selektivt passerer gjennom den semipermeable membranen.

Vann har for eksempel en tendens til å passere til 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 cellens form.

Ultrafiltrering

I dette tilfellet frembringes bevegelsen av noen oppløste stoffer ved effekten av et hydrostatisk trykk, fra området med størst trykk til det med mindre trykk. I menneskekroppen skjer denne prosessen i nyrene takket være blodtrykket som genereres av hjertet.

På denne måten går vann, urea, etc. fra cellene inn i urinen; og hormoner, vitaminer, etc., forblir i blodet. Denne mekanismen er også kjent som dialyse.

Tilrettelagt formidling

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:

Konsentrasjonsgradienten til stoffet.
Mengden bærerproteiner som er til stede i cellen.
Hastigheten på tilstedeværende proteiner.

Et av disse transporterproteinene er insulin, som letter diffusjon av glukose, og reduserer konsentrasjonen i blodet.

Aktiv transmembrantransport

Så langt har vi diskutert passering av forskjellige molekyler gjennom kanaler uten energikostnader. I disse hendelsene er den eneste kostnaden å generere den potensielle energien i form av differensielle konsentrasjoner på begge sider av membranen.

På denne måten bestemmes transportretningen av den eksisterende gradienten. Løsninger begynner å bli transportert etter de nevnte diffusjonsprinsippene, til de når et punkt hvor nettdiffusjon ender - på dette tidspunktet har man oppnådd en likevekt. 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 en ekte likevekt, når cellen er død. Alle levende celler investerer en stor mengde kjemisk energi for å holde konsentrasjoner av løsemidler utenfor balansen.

Energien som brukes for å holde disse prosessene aktive er generelt ATP-molekylet. Adenosintrifosfat, forkortet som ATP, er et grunnleggende energimolekyl i cellulære prosesser.

Aktive transportegenskaper

Aktiv transport kan virke mot konsentrasjonsgradienter, uansett hvor bratte de er - denne egenskapen vil bli tydelig med forklaringen til natrium-kaliumpumpen (se nedenfor).

Aktive transportmekanismer kan bevege mer enn en klasse molekyler av gangen. For aktiv transport brukes den samme klassifiseringen som er nevnt for transport av flere molekyler samtidig i passiv transport: symport og antistøtte.

Transport med disse pumpene kan hemmes ved å påføre molekyler som spesifikt blokkerer viktige steder på proteinet.

Transportkinetikken er av typen Michaelis-Menten. Begge atferden - som blir hemmet av noe molekyl og kinetikk - er typiske kjennetegn på enzymatiske reaksjoner.

Endelig må systemet ha spesifikke enzymer som er i stand til å hydrolysere ATP-molekylet, for eksempel ATPaser. Dette er mekanismen som systemet oppnår energien som kjennetegner den.

Transportselektivitet

De involverte pumpene er ekstremt selektive i molekylene som skal transporteres. Hvis pumpen for eksempel er en natriumionbærer, vil den ikke ta litiumioner, selv om begge ionene er veldig like i størrelse.

Det antas at proteinene er i stand til å skille mellom to diagnostiske kjennetegn: enkel dehydrering av molekylet og samspillet med ladningene inne i transporternes pore.

Store ioner er kjent for å dehydrere lett, sammenlignet med et lite ion. Dermed vil en pore med svake polare sentre bruke store ioner, fortrinnsvis.

I motsetning til, i kanaler med sterkt ladede sentre, dominerer interaksjon med det dehydrerte ionet.

Eksempel på aktiv transport: natrium-kaliumpumpe

For å forklare mekanismene for aktiv transport er det best å gjøre det med den best studerte modellen: natrium-kaliumpumpen.

Et slående trekk ved cellene er evnen til å opprettholde bratte gradienter av natrium (Na ⁺ ) og kalium (K ⁺ ) -ioner .

I det fysiologiske miljøet er kaliumkonsentrasjonen i celler 10-20 ganger høyere enn utenfor celler. I kontrast er natriumioner mye mer konsentrert i det ekstracellulære miljøet.

Med prinsippene som styrer bevegelsen av ioner på en passiv måte, ville det være umulig å opprettholde disse konsentrasjonene, derfor krever celler et aktivt transportsystem, og dette er natrium-kaliumpumpen.

Pumpen består av et proteinkompleks av ATPase-typen forankret til plasmamembranen til alle dyreceller. Dette har bindingssteder for begge ioner og er ansvarlig for transport med injeksjon av energi.

Hvordan fungerer pumpen?

I dette systemet er det to faktorer som bestemmer bevegelsen av ioner mellom de cellulære og ekstracellulære rommene. Den første er hastigheten som natrium-kaliumpumpen virker, og den andre faktoren er hastigheten som ionet kan komme inn i cellen igjen (i tilfelle av natrium), på grunn av passive diffusjonshendelser.

På denne måten bestemmer hastigheten som ionene kommer inn i cellen hastigheten som pumpen må arbeide for å opprettholde en passende ionekonsentrasjon.

Driften av pumpen avhenger av en serie 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 det cellulære miljøet.

Massetransport

Det er en annen type aktiv transport som hjelper i bevegelsen av makromolekyler, for eksempel polysakkarider og proteiner. Det kan gis ved:

-Endocytosis

Det er tre prosesser med endocytose: fagocytose, pinocytose og ligand-mediert endocytose:

fagocytose

Fagocytose, den type transport der en fast partikkel er dekket av en vesikkel eller fagosom som består av smeltede pseudopoder. Den faste partikkelen som blir igjen i vesikelen blir fordøyd av enzymer og når dermed det indre av cellen.

Slik fungerer de hvite blodcellene i kroppen; de oppsluker bakterier og fremmedlegemer som en forsvarsmekanisme.

pinocytosis

Ernæring av protosoer. Pinocytosis. Bilde av: Jacek FH (avledet fra Mariana Ruiz Villarreal). Tatt og redigert fra https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pinocitosis.svg.

Pinocytose oppstår når stoffet som skal transporteres er en dråpe eller vesikkel av ekstracellulær væske, og membranen skaper en pinocytisk vesikkel hvor innholdet i vesikelen eller dråpen blir behandlet slik at den kommer tilbake til overflaten av cellen.

Endocytose via en reseptor

Det er en prosess som ligner pinocytose, men i dette tilfellet skjer invaginasjon av membranen når et bestemt molekyl (ligand) binder seg til membranreseptoren.

Flere endocytiske vesikler går sammen og danner en større struktur kalt endosomet, som er der liganden skilles fra reseptoren. Reseptoren går deretter tilbake til membranen og liganden binder seg til et liposom der den blir fordøyd av enzymer.

-Exocytosis

Det er en type celletransport der stoffet må bæres utenfor cellen. Under denne prosessen binder den sekretoriske vesikkelmembran seg til cellemembranen og frigjør innholdet i vesikelen.

På denne måten eliminerer celler syntetiserte stoffer eller avfallsstoffer. Slik frigjør de også hormoner, enzymer eller nevrotransmittere.

referanser

Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologi: Livet på jorden. Pearson utdanning.
Donnersberger, AB, & Lesak, AE (2002). Anatomi og fysiologi labbok. Redaksjonell Paidotribo.
Larradagoitia, LV (2012). Grunnleggende anatomofysiologi og patologi. Redaksjonell Paraninfo.
Randall, D., Burggren, WW, Burggren, W., French, K., & Eckert, R. (2002). Eckert dyrefysiologi. Macmillan.
Vived, À. M. (2005). Grunnleggende om fysiologi av fysisk aktivitet og idrett. Panamerican Medical Ed.

CELLETRANSPORT: TYPER OG DERES EGENSKAPER - BIOLOGI - 2025