Deliti:
Vrste prenosa celic in njihove značilnosti
The celični prevoz vključuje promet in premik molekul med notranjostjo in zunanjostjo celic. Izmenjava molekul med temi razdelki je bistven pojav za pravilno delovanje organizma in posreduje vrsto dogodkov, kot je membranski potencial, da omenimo nekatere.
Biološke membrane niso le odgovorne za razmejitev celic, ampak imajo tudi nepogrešljivo vlogo v prometu s snovmi. Imajo vrsto beljakovin, ki prečkajo strukturo in zelo selektivno dovolijo ali ne vstop določenih molekul.
Celični promet je razdeljen na dva glavna tipa, odvisno od tega, ali sistem uporablja energijo neposredno ali ne.
Pasivni transport ne potrebuje energije, molekule pa preidejo skozi membrano s pasivno difuzijo s pomočjo vodnih kanalov ali s pomočjo transportiranih molekul. Smer aktivnega transporta je določena izključno s koncentracijskimi gradienti med obema stranema membrane.
Nasprotno pa druga vrsta prevoza zahteva energijo in se imenuje aktivni prevoz. Zahvaljujoč energiji, ki se vbrizga v sistem, lahko črpalke premikajo molekule proti svojim koncentracijskim gradientom. Najpomembnejši primer v literaturi je natrijeva črpalka.
Indeks
- 1 Teoretične osnove
- 1.1 - Celične membrane
- 1.2 -Lipidi v membranah
- 1.3 - Proteini v membranah
- 1.4 - Selektivnost membrane
- 1.5 - Difuzija in osmoza
- 1.6 -Toničnost
- 1.7 - Vpliv električnega
- 2 Transmembranski pasivni transport
- 2.1 Enostavno oddajanje
- 2.2 Vodni kanali
- 2.3 Prenos molekul
- 2.4 Osmoza
- 2.5 Ultrafiltracija
- 2.6 Pospešeno razširjanje
- 3 Transmembranski aktivni transport
- 3.1 Značilnosti aktivnega prevoza
- 3.2 Selektivnost prometa
- 3.3 Primer aktivnega transporta: natrijeva-kalijeva črpalka
- 3.4 Kako deluje črpalka?
- 4 Masovni prevoz
- 4.1 - Endocitoza
- 4.2 - Eksocitoza
- 5 Reference
Teoretične osnove
-Celične membrane
Da bi razumeli, kako poteka promet s snovmi in molekulami med celico in sosednjimi oddelki, je treba analizirati strukturo in sestavo bioloških membran..
-Lipidi v membranah
Celice so obdane s tanko in kompleksno membrano lipidne narave. Osnovna komponenta so fosfolipidi.
Ti so sestavljeni iz polarne glave in nepolarnih repov. Membrane so sestavljene iz dveh plasti fosfolipidov - "lipidnih dvoslojev" - v katerih so repi združeni v notranjost in glave dajejo ekstra in znotrajcelične obraze..
Molekule, ki imajo tako polarna kot nepolarna območja, se imenujejo amfipatične. Ta lastnost je ključna za prostorsko organizacijo lipidnih komponent znotraj membran.
Ta struktura je skupna membranam, ki obdajajo subcelularne oddelke. Ne pozabite, da so tudi mitohondrije, kloroplasti, vezikli in druge organele obdani z membrano.
Poleg fosfogliceridov ali fosfolipidov so membrane bogate s sfingolipidi, ki imajo skelete, ki nastanejo iz molekule, imenovane sfingozin in sterol. V tej zadnji skupini najdemo holesterol, lipid, ki modulira lastnosti membrane, kot njeno fluidnost.
-Beljakovine v membranah
Membrana je dinamična struktura, ki v sebi vsebuje več proteinov. Proteini membrane delujejo kot neke vrste "vratarji" ali "stražarji" molekularne, ki z veliko selektivnostjo definirajo, kdo vstopi in kdo zapusti celico..
Zato se pravi, da so membrane polprepustne, saj nekatere spojine uspejo vstopiti, druge pa ne..
Vsi proteini, ki so v membrani, niso odgovorni za posredovanje prometa. Drugi so odgovorni za zajemanje zunanjih signalov, ki povzročajo celični odziv na zunanje dražljaje.
-Selektivnost membrane
Lipidna notranjost membrane je zelo hidrofobna, zato je membrana zelo neprepustna za prehod polarnih ali hidrofilnih molekul (ta izraz pomeni "zaljubljen v vodo")..
To pomeni dodatno težavo pri prehodu polarnih molekul. Vendar je tranzit vodotopnih molekul potreben, tako da imajo celice vrsto transportnih mehanizmov, ki omogočajo učinkovito premikanje teh snovi med celico in njenim zunanjim okoljem..
Na enak način je treba prenašati velike molekule, kot so beljakovine, in zahtevati specializirane sisteme.
-Difuzija in osmoza
Gibanje delcev skozi celične membrane poteka po naslednjih fizikalnih principih.
Ta načela so difuzija in osmoza in se uporabljata za premik raztopin in topil v raztopini skozi polprepustno membrano - kot so biološke membrane, ki jih najdemo v živih celicah..
Difuzija je proces, ki vključuje naključno toplotno gibanje delcev, suspendiranih iz regij visokih koncentracij, proti regijam z nižjo koncentracijo. Obstaja matematični izraz, ki želi opisati proces in se imenuje Fickova difuzijska enačba, vendar ne bomo šli v to..
Ob upoštevanju tega koncepta lahko definiramo pojem prepustnost, ki se nanaša na hitrost, s katero snov pasivno prodre skozi membrano v nizu konkretnih pogojev..
Po drugi strani se voda premika v prid njenemu koncentracijskemu gradientu v pojavu, imenovanem osmoza. Čeprav se zdi, da se ne sklicuje na koncentracijo vode, moramo razumeti, da se vitalna tekočina obnaša kot katera koli druga snov v smislu njene difuzije..
-Toničnost
Upoštevajoč opisane fizikalne pojave, bodo koncentracije, ki obstajajo znotraj celice in zunaj, določile smer transporta.
Torej je toničnost raztopine odziv celic, potopljenih v raztopino. V tem scenariju je uporabljeno nekaj izrazov:
Izotonična
Celica, tkivo ali raztopina je izotonična glede na drugo, če je koncentracija v obeh elementih enaka. V fiziološkem kontekstu celica, potopljena v izotonično okolje, ne bo doživela nobene spremembe.
Hipotonična
Rešitev je hipotonična glede na celico, če je koncentracija raztopin nižja od zunaj - to pomeni, da ima celica več raztopin. V tem primeru je težnja vode vstop v celico.
Če v rdeče krvne celice damo destilirano vodo (ki je brez raztopljenih snovi), bi voda vstopila do razpočenja. Ta pojav imenujemo hemoliza.
Hipertonično
Rešitev je hipertonična glede na celico, če je koncentracija raztopin višja od zunaj - to pomeni, da ima celica manj raztopin.
V tem primeru je težnja vode, da zapusti celico. Če postavimo rdeče krvne celice v bolj koncentrirano raztopino, se voda v globulah pojavi in celica dobi naguban videz..
Ti trije koncepti so biološko pomembni. Na primer, jajca morskega organizma morajo biti izotonična glede na morsko vodo, da se ne razpoči in ne izgubi vode..
Podobno morajo imeti paraziti, ki živijo v krvi sesalcev, koncentracijo raztopin, podobno tistemu, v katerem se razvijajo..
-Električni vpliv
Ko govorimo o ionih, ki so nabiti delci, gibanje skozi membrane ni usmerjeno izključno s koncentracijskimi gradienti. V tem sistemu je treba upoštevati obremenitve raztopin.
Ion se nagiba, da se odmakne od območij, kjer je koncentracija visoka (kot je opisano v poglavju o osmozi in difuziji), in tudi če je ion negativen, se bo pomaknil proti regijam, kjer je naraščajoč negativni potencial. Ne pozabite, da se pritegnejo različne tarife in da se enaki stroški odbijejo.
Za napovedovanje obnašanja ionov moramo dodati kombinirane sile koncentracijskega gradienta in električnega gradienta. Ta novi parameter se imenuje neto elektrokemijski gradient.
Vrste celičnega prometa so razvrščene glede na uporabo - ali ne - energije s strani sistema v pasivnih in aktivnih premikih. V nadaljevanju bomo podrobno opisali vse:
Transmembranski pasivni transport
Pasivna gibanja skozi membrane vključujejo prehod molekul brez neposredne potrebe po energiji. Ker ti sistemi ne vključujejo energije, je odvisno izključno od koncentracijskih gradientov (vključno z električnimi), ki obstajajo prek plazemske membrane.
Čeprav je energija, ki je odgovorna za gibanje delcev, shranjena v takšnih gradientih, je primerno in primerno nadaljevati s procesom kot pasivnim.
Obstajajo tri osnovne poti, skozi katere molekule lahko pasivno prehajajo z ene strani na drugo:
Enostavna difuzija
Najenostavnejši in najbolj intuitiven način prenašanja raztopine je prečkanje membrane po zgoraj omenjenih gradientih..
Molekula difundira skozi plazemsko membrano, vodna faza pusti stran, raztopi v lipidnem delu in končno vstopi v vodni del celične notranjosti. Enako se lahko zgodi v nasprotni smeri, od notranjosti celice navzven.
Učinkovit prehod skozi membrano bo določil raven toplotne energije, ki jo ima sistem. Če je dovolj visoka, bo molekula lahko prešla membrano.
Podrobneje se mora molekula razbiti vse vodikove povezave, ki nastanejo v vodni fazi, da se lahko premaknejo v lipidno fazo. Ta dogodek zahteva 5 kcal kinetične energije za vsako prisotno povezavo.
Naslednji dejavnik, ki ga je treba upoštevati, je topnost molekule v lipidnem območju. Na mobilnost vplivajo različni dejavniki, kot so molekulska masa in oblika molekule.
Kinetika enostavnega difuzijskega koraka kaže kinetiko nenasičenosti. To pomeni, da se vhod poveča v sorazmerju s koncentracijo raztopine, ki se prevaža v zunajcelični regiji.
Vodni kanali
Druga alternativa prehoda molekul skozi pasivno pot je skozi vodni kanal, ki se nahaja v membrani. Ti kanali so neke vrste pore, ki omogočajo prehod molekule in se izogibajo stiku s hidrofobnim območjem.
Nekatere nabite molekule uspejo vstopiti v celico po njenem koncentracijskem gradientu. Zaradi tega sistema kanalov, napolnjenih z vodo, so membrane zelo neprepustne za ione. Znotraj teh molekul izstopajo natrij, kalij, kalcij in klor.
Transportna molekula
Zadnja alternativa je kombinacija zanimive raztopine s transportno molekulo, ki maskira njeno hidrofilno naravo, tako da doseže prehod skozi del membrane, bogato z lipidi..
Transporter poveča lipidno topnost molekule, ki jo je treba prevažati, in spodbuja njen prehod v korist koncentracijskega gradienta ali elektrokemijskega gradienta..
Te transportne beljakovine delujejo na različne načine. V najenostavnejšem primeru se raztopina prenaša z ene strani membrane na drugo. Ta vrsta se imenuje podpora. Nasprotno pa se, če se druga raztopina prevaža hkrati ali sklopljena, prevoznik imenuje priklopnik.
Če sklopljeni transporter premakne obe molekuli v isto smer, je simportna, če pa je v nasprotnih smereh, je transporter protiport.
Osmoza
To je vrsta celičnega transporta, pri kateri topilo prehaja selektivno skozi polprepustno membrano.
Voda, na primer, se nagiba k prehodu poleg celice, v kateri je njena koncentracija nižja. Gibanje vode na tej poti ustvarja tlak, imenovan osmotski tlak.
Ta pritisk je potreben za uravnavanje koncentracije snovi v celici, ki nato vpliva na obliko celice.
Ultrafiltracija
V tem primeru gibanje nekaterih raztopin nastane zaradi hidrostatskega tlaka, od območja najvišjega tlaka do najnižjega tlaka. V človeškem telesu se ta proces odvija v ledvicah zaradi krvnega tlaka, ki ga povzroča srce.
Tako voda, sečnina itd. Prehaja iz celic v urin; in hormoni, vitamini itd., ostanejo v krvi. Ta mehanizem je znan tudi kot dializa.
Pospešeno razširjanje
Obstajajo snovi z zelo velikimi molekulami (kot so glukoza in drugi monosaharidi), ki potrebujejo širjenje nosilnega proteina. Ta difuzija je hitrejša od enostavne difuzije in je odvisna od:
- Koncentracijski gradient snovi.
- Količina transportnih proteinov v celici.
- Hitrost prisotnosti beljakovin.
Eden od teh transportnih proteinov je insulin, ki olajša difuzijo glukoze in zmanjša njeno koncentracijo v krvi.
Transmembranski aktivni transport
Do sedaj smo razpravljali o prehodu različnih molekul skozi kanale brez stroškov energije. Pri teh dogodkih je edini strošek ustvarjanje potencialne energije v obliki diferencialnih koncentracij na obeh straneh membrane.
Na ta način je smer prevoza določena z obstoječim gradientom. Solute se začnejo prenašati po omenjenih principih difuzije, dokler ne dosežejo točke, kjer se konča neto difuzija - na tej točki je doseženo ravnovesje. V primeru ionov na gibanje vpliva tudi obremenitev.
Vendar pa je v edinem primeru, kjer je porazdelitev ionov na obeh straneh membrane v realnem ravnovesju, ko je celica mrtva. Vse žive celice vložijo veliko količino kemične energije, da ohranijo koncentracijo raztopine proč od ravnovesja.
Energija, ki se uporablja za ohranitev teh procesov, je na splošno molekula ATP. Adenozin trifosfat, skrajšano ATP, je temeljna energijska molekula v celičnih procesih.
Značilnosti aktivnega prevoza
Aktivni transport lahko delujejo proti koncentracijskih gradientov, ne glede na to, kako z oznako, da so - bo to premoženje postalo jasno, z obrazložitvijo natrijevega črpalke - kalij (glejte spodaj).
Aktivni transportni mehanizmi lahko premaknejo več kot en razred molekul naenkrat. Za aktivni transport je omenjena omenjena klasifikacija uporabljena za transport več molekul hkrati v pasivnem transportu: simporte in antiporte.
Transport, ki ga opravijo te črpalke, se lahko prepreči z uporabo molekul, ki specifično blokirajo ključna mesta v proteinu.
Kinetika transporta je tipa Michaelis-Menten. Oba vedenja - ki ju zavira določena molekula in kinetika - sta značilni lastnosti encimskih reakcij.
Nazadnje, sistem mora imeti specifične encime, ki lahko hidrolizirajo molekulo ATP, kot so ATPaze. To je mehanizem, s katerim sistem pridobi energijo, ki jo karakterizira.
Selektivnost prometa
Vključene črpalke so izredno selektivne v molekulah, ki se bodo prevažale. Na primer, če je črpalka nosilec natrijevih ionov, litijevih ionov ne bo, čeprav sta oba iona zelo podobna velikosti.
Verjetno proteini ne ločiti dva diagnostične funkcije: enostavnost dehidracijo molekule in interakcijo z obremenitvami znotraj por transporterja.
Znano je, da veliki ioni zlahka dehidrirajo, če jih primerjamo z majhnim ionom. Tako bodo pore s šibkimi polarnimi središči uporabljali velike ione, najbolje.
Nasprotno pa v kanalih z močno nabito sredino prevladuje interakcija z dehidriranim ionom.
Primer aktivnega transporta: natrijeva-kalijeva črpalka
Da bi pojasnili mehanizme aktivnega prevoza, je najbolje, da to storite z najbolj raziskanim modelom: natrijevo-kalijevo črpalko.
Osupljiva lastnost celic je sposobnost vzdrževanja izrazitih gradientov natrijevih ionov (Na+) in kalija (K+).
V fiziološkem okolju je koncentracija kalija v celicah 10 do 20-krat večja kot v zunanji celici. Nasprotno pa so natrijevi ioni veliko bolj koncentrirani v zunajceličnem okolju.
Z načeli, ki urejajo gibanje ionov bi pasivno mogoče ohraniti takšne koncentracije, zato se celice zahtevajo aktivni prometni sistem in to je natrijev črpalka - kalij.
Črpalko tvori proteinski kompleks tipa ATPaze, ki je pritrjen na plazemsko membrano vseh živalskih celic. To je povezovalno mesto za oba iona in je odgovorno za transport z vbrizgavanjem energije.
Kako deluje črpalka?
V tem sistemu, obstajata dva dejavnika, ki določajo gibanje ionov med celice in zunajceličnih oddelkov. Prvi je hitrost, s katero se akti natrijev črpalke - kalijev in drugi faktor hitrost, pri kateri lahko ionska Vnovičen celico (na natrij), s pasivno difuzijo dogodki.
Na ta način hitrost, s katero ioni vstopijo v celico, določa hitrost, s katero mora črpalka delovati, da se ohrani ustrezna koncentracija ionov..
Delovanje črpalke je odvisno od vrste konformacijskih sprememb v proteinu, ki je odgovoren za transport ionov. Vsaka molekula ATP je neposredno hidrolizirana, pri čemer trije natrijevi ioni zapustijo celico in istočasno vnesejo v celično okolje dva kalijeva iona..
Masovni prevoz
To je druga vrsta aktivnega transporta, ki pomaga pri premikanju makromolekul, kot so polisaharidi in beljakovine. Do tega lahko pride:
-Endocitoza
Obstajajo trije postopki endocitoze: fagocitoza, pinocitoza in ligandno posredovana endocitoza:
Fagocitoza
Fagocitoza je vrsta prevoza, pri kateri je trdni delček prekrit z mehurčkom ali fagosom, ki ga tvorijo taljeni pseudopodi. Trdni delci, ki ostanejo v veziklu, prebavijo encimi in tako dosežejo notranjost celice.
Na ta način bele krvne celice delujejo v telesu; bakterije in tujke kot obrambni mehanizem.
Pinocitoza
Pinocitozo se pojavi, ko je snov, ki se prevaža kapljica ali mehurček zunajcelični tekočini in membrana ustvarja pinocítica mehurček, v katerem je vsebina mehurčka ali kapljice predelan za vrnitev na celični površini.
Endocitoza skozi receptor
To je postopek podoben pinocitozo, vendar v tem primeru pride do invagination membrane, ko posamezna molekula (ligand) se veže na membranski receptor.
Več endocitnih veziklov se pridruži in tvori večjo strukturo, imenovano endosom, kjer je ligand ločen od receptorja. Potem se receptor vrne na membrano in ligand se veže na liposom, v katerem ga prebavijo encimi..
-Eksocitoza
Gre za vrsto celičnega prometa, pri katerem je treba snov vzeti izven celice. Med tem postopkom se membrana sekretorne mehurčke pridruži celični membrani in sprosti vsebino mehurčka.
Na ta način celice odstranijo sintetizirane snovi ali odpadne snovi. To je tudi način, kako sproščajo hormone, encime ali nevrotransmiterje.
Reference
- Audesirk, T., Audesirk, G., in Byers, B. E. (2003). Biologija: Življenje na Zemlji. Pearsonovo izobraževanje.
- Donnersberger, A. B., & Lesak, A. E. (2002). Laboratorijska knjiga anatomije in fiziologije. Uvodnik Paidotribo.
- Larradagoitia, L. V. (2012). Anatomofiziologija in osnovna patologija. Paraninfo Editorial.
- Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., French, K., in Eckert, R. (2002). Eckertova fiziologija živali. Macmillan.
- Vived, À. M. (2005). Osnove fiziologije telesne dejavnosti in športa. Ed Panamericana Medical.