Ląstelių transporto rūšys ir jų charakteristikos

The korinio ryšio tai apima judėjimą ir molekulių perkėlimą tarp ląstelių viduje ir išorėje. Keitimasis molekulėmis tarp šių skyrių yra esminis reiškinys tinkamam organizmo funkcionavimui, ir tarpininkauja daugybė įvykių, pvz..

Biologinės membranos yra ne tik atsakingos už ląstelės ribų nustatymą, bet ir atlieka būtiną vaidmenį medžiagų judėjime. Jie turi keletą baltymų, kurie kerta struktūrą ir, labai selektyviai, leidžia įvesti tam tikras molekules.

Mobilusis transportas skirstomas į dvi pagrindines rūšis, priklausomai nuo to, ar sistema naudoja energiją tiesiogiai, ar ne.

Pasyvus transportas nereikalauja energijos, o molekulės sugeba perplauti membraną pasyviosios difuzijos, vandeninių kanalų arba transportuojamų molekulių pagalba. Aktyvaus transportavimo kryptį lemia tik koncentracijos gradientai tarp abiejų membranos pusių.

Priešingai, antrojo tipo transportui reikia energijos ir vadinamas aktyviu transportu. Dėl sistemos įleidžiamo energijos siurbliai gali perkelti molekules į jų koncentracijos gradientus. Žymiausias pavyzdys literatūroje yra natrio-kalio siurblys.

Indeksas

• 1 Teoriniai pagrindai
  • 1.1 - Ląstelių membranos
  • 1.2 -Lipidai membranose
  • 1.3 - Baltymai membranose
  • 1.4 - membranos selektyvumas
  • 1.5. Difuzija ir osmosas
  • 1.6 -Toniškumas
  • 1.7
• 2 Transmembraninis pasyvus transportas
  • 2.1 Paprasta transliacija
  • 2.2 Vandeniniai kanalai
  • 2.3 Molekulės transportadora
  • 2.4 Osmosis
  • 2.5 Ultrafiltracija
  • 2.6 Supaprastinta sklaida
• 3 Transmembraninis aktyvus transportas
  • 3.1 Aktyvaus transporto charakteristikos
  • 3.2 Transporto selektyvumas
  • 3.3 Aktyvaus transportavimo pavyzdys: natrio-kalio siurblys
  • 3.4 Kaip veikia siurblys?
• 4 Masinis transportas
  • 4.1 -Endocitozė
  • 4.2 -Eksocitozė
• 5 Nuorodos

Teoriniai pagrindai

-Ląstelių membranos

Norint suprasti, kaip tarp ląstelių ir gretimų skyrių vyksta prekyba medžiagomis ir molekulėmis, būtina išanalizuoti biologinių membranų struktūrą ir sudėtį..

-Lipidai membranose

Ląsteles supa plona ir sudėtinga lipidinio pobūdžio membrana. Pagrindinis komponentas yra fosfolipidai.

Jie susideda iš polinės galvos ir apolinių uodegų. Membranos susideda iš dviejų fosfolipidų sluoksnių - „lipidų dvigubų sluoksnių“, kuriuose uodegos yra sugrupuotos ir galvos suteikia papildomų ir ląstelių ląstelių..

Molekulės, turinčios poliarines ir apolines zonas, vadinamos amfipatinėmis. Ši savybė yra labai svarbi lipidų komponentų organizavimui membranose.

Šią struktūrą dalijasi membranos, kurios supa subcelluliarinius skyrius. Atminkite, kad membrana apsupta ir mitochondrijų, chloroplastų, pūslelių ir kitų organelių.

Be fosfogliceridų ar fosfolipidų, membranos gausu sfingolipidų, turinčių skeleto formą iš molekulės, vadinamos sfingozinu ir steroliu. Šioje paskutinėje grupėje randame cholesterolį, lipidą, kuris moduliuoja membranos savybes.

-Baltymai membranose

Membrana yra dinamiška struktūra, kurioje yra daug baltymų. Membrano baltymai veikia kaip „vartai“ arba „apsaugai“, kurių molekulinė reikšmė yra didelė, ir kurie su dideliu selektyvumu apibrėžia, kas patenka į ląsteles ir išeina iš jo.

Dėl šios priežasties sakoma, kad membranos yra pusiau skvarbios, nes kai kurie junginiai sugeba patekti ir kiti ne..

Ne visi membranoje esantys baltymai yra atsakingi už tarpininkavimą. Kiti yra atsakingi už išorinių signalų, kurie sukuria ląstelių atsaką į išorinius stimulus, surinkimą.

-Membranos selektyvumas

Membranos lipidų vidus yra labai hidrofobinis, todėl membrana yra neperšlampama polinių ar hidrofilinių molekulių praeinimui (šis terminas reiškia „meilę vandenyje“)..

Tai reiškia papildomus sunkumus poliarinių molekulių praeityje. Tačiau būtina ištirpinti vandenyje tirpių molekulių tranzitą, todėl ląstelės turi keletą transporto mechanizmų, leidžiančių veiksmingai išstumti šias medžiagas tarp ląstelės ir jos išorinės aplinkos..

Taip pat turi būti gabenamos didelės molekulės, pvz., Baltymai, ir reikalingos specializuotos sistemos.

-Difuzija ir osmosas

Dalelių judėjimas per ląstelių membranas vyksta laikantis šių fizinių principų.

Šie principai yra difuzija ir osmosas ir yra taikomi tirpiklių ir tirpiklių judėjimui tirpalo per pusiau laidžią membraną, pvz., Biologinėse membranose, esančiose gyvose ląstelėse..

Difuzija yra procesas, kuris apima atsitiktinį dalelių, suspenduotų iš didelių koncentracijų regionų, judėjimą į mažesnės koncentracijos regionus. Yra matematinė išraiška, kuria siekiama apibūdinti procesą ir yra vadinama „Fick“ difuzijos lygtimi, tačiau mes į ją neįeisime.

Turint omenyje šią koncepciją, galime apibrėžti terminą „pralaidumas“, kuris nurodo greitį, kuriuo medžiaga pasiskirsto pasyviai per membraną pagal kelias konkrečias sąlygas.

Kita vertus, vanduo taip pat pasisako už savo koncentracijos gradientą, vadinamą osmoze. Nors atrodo, kad nėra tikslios nuorodos į vandens koncentraciją, turime suprasti, kad gyvybiškai skystas skystis elgiasi kaip bet kuri kita medžiaga, atsižvelgiant į jos sklaidą.

-Toniškumas

Atsižvelgiant į aprašytus fizinius reiškinius, koncentracija, esanti tiek ląstelės viduje, tiek išorėje, lemia transporto kryptį.

Taigi tirpalo toniškumas yra į tirpalą panardintų ląstelių atsakas. Šiam scenarijui taikoma tam tikra terminologija:

Izotoninis

Ląstelė, audinys arba tirpalas yra izotoninis kito atžvilgiu, jei koncentracija abiejuose elementuose yra lygi. Fiziologiniame kontekste ląstelė, įmerkta į izotoninę aplinką, nepasikeis.

Hipotoninis

Sprendimas yra hipotoninis ląstelės atžvilgiu, jei tirpiklių koncentracija yra mažesnė už išorę - ty ląstelė turi daugiau tirpiklių. Tokiu atveju vandens tendencija patekti į ląstelę.

Jei į raudonuosius kraujo kūnelius įdedame į distiliuotą vandenį (kuriame nėra tirpių), vanduo pateks iki sprogo. Šis reiškinys vadinamas hemolize.

Hipertoninis

Sprendimas yra hipertoninis ląstelės atžvilgiu, jei tirpiklių koncentracija yra didesnė už išorę, ty ląstelė turi mažiau tirpiklių.

Šiuo atveju vandens tendencija išeiti iš ląstelės. Jei į raudonuosius kraujo kūnelius dedame daugiau koncentruoto tirpalo, vanduo, esantis globuliuose, linkęs išeiti, o ląstelė pasireiškia raukšlėta išvaizda.

Šios trys sąvokos yra biologiškai svarbios. Pavyzdžiui, jūrų organizmo kiaušiniai turi būti izotoniški jūros vandens atžvilgiu, kad nebūtų sprogo ir neprarastų vandens.

Panašiai, parazitai, kurie gyvena žinduolių kraujyje, turėtų turėti panašią koncentraciją kaip ir terpė, kurioje jie vystosi..

-Elektros įtaka

Kalbėdami apie jonus, kurie yra įkrautos dalelės, judėjimas per membranas nėra nukreiptas tik į koncentracijos gradientus. Šioje sistemoje būtina atsižvelgti į tirpiklių apkrovas.

Jonas yra linkęs pereiti nuo regionų, kuriuose koncentracija yra didelė (kaip aprašyta osmoso ir difuzijos skyriuje), ir jei jonas yra neigiamas, jis pereis į regionus, kuriuose yra didėjantis neigiamas potencialas. Atminkite, kad pritraukiami skirtingi mokesčiai, o lygūs mokesčiai atbaidomi.

Norėdami prognozuoti jonų elgesį, turime pridėti koncentracijos gradiento ir elektrinio gradiento bendras jėgas. Šis naujas parametras vadinamas grynuoju elektrocheminiu gradientu.

Mobiliojo ryšio tipai klasifikuojami priklausomai nuo to, ar sistema naudoja energiją, ar ne, pasyviuose ir aktyviuose judėjimuose. Toliau išsamiai aprašysime kiekvieną:

Transmembraninis pasyvus transportas

Pasyvus judėjimas per membranas apima molekulių praeinimą be tiesioginio energijos poreikio. Kadangi šiose sistemose nėra energijos, tai priklauso tik nuo koncentracijos gradientų (įskaitant ir elektrinius), kurie yra per plazmos membraną.

Nors energija, atsakinga už dalelių judėjimą, yra saugoma tokiuose nuolydžiuose, tikslinga ir patogu toliau svarstyti procesą kaip pasyvų.

Yra trys pagrindiniai keliai, per kuriuos molekulės gali pasyviai pereiti iš vienos pusės į kitą:

Paprasta difuzija

Paprasčiausias ir intuityviausias būdas transportuoti tirpiklį yra membranos judėjimas po pirmiau minėtų gradientų..

Molekulė išsisklaido per plazmos membraną, paliekant vandeninę fazę į šalį, ištirpsta lipidinėje dalyje ir galiausiai patenka į ląstelių vidų vandeninę dalį. Tas pats gali atsitikti priešinga kryptimi, iš ląstelės vidų į išorę.

Efektyvus perėjimas per membraną lemia sistemos turimos šilumos energijos lygį. Jei ji yra pakankamai didelė, molekulė galės kirsti membraną.

Detaliau, molekulė turi nutraukti vandenilio jungtis, susidariusias vandeninėje fazėje, kad galėtų judėti į lipidų fazę. Šis įvykis reikalauja 5 kcal kinetinės energijos kiekvienai esamai jungčiai.

Kitas veiksnys, į kurį reikia atsižvelgti, yra molekulės tirpumas lipidų zonoje. Judumą įtakoja įvairūs veiksniai, pvz., Molekulės molekulinė masė ir forma.

Paprastosios difuzijos pakopos kinetika turi ne sočiųjų kinetiką. Tai reiškia, kad įvestis padidėja proporcingai tirpiklio koncentracijai, kuri turi būti transportuojama ekstraląsteliniame regione.

Vandeniniai kanalai

Antrasis molekulių perdavimo pasyvus būdas yra per vandeninį kanalą, esantį membranoje. Šie kanalai yra tam tikros poros, leidžiančios praeiti molekulę, vengiant kontakto su hidrofobiniu regionu.

Tam tikros įkrautos molekulės sugeba patekti į ląstelę po koncentracijos gradiento. Dėl šios kanalų sistemos, pripildytos vandeniu, membranos yra labai nepralaidžios jonams. Šių molekulių viduje išsiskiria natrio, kalio, kalcio ir chloro.

Konvejerio molekulė

Paskutinė alternatyva yra dominuojančio tirpalo derinys su transportuojančia molekule, kuri užmaskuoja jos hidrofilinę prigimtį, kad ji pasiektų per lipidą turinčią membranos dalį..

Transporteris padidina molekulės, kurios reikia transportuoti, lipidų tirpumą ir skatina jo judėjimą naudodamas koncentracijos gradientą arba elektrocheminį gradientą.

Šie transporterių baltymai veikia skirtingai. Paprasčiausia atveju tirpiklis perkeliamas iš vienos membranos pusės į kitą. Šis tipas vadinamas parama. Ir atvirkščiai, jei kitas tirpiklis yra transportuojamas vienu metu arba sujungtas, vežėjas vadinamas priekaba.

Jei sujungtas konvejeris perkelia dvi molekules į tą pačią kryptį, jis yra simporte, o jei tai daro priešingomis kryptimis, konvejeris yra priešpriešinis.

Osmosas

Tai yra ląstelių transportavimo tipas, kuriame tirpiklis selektyviai praeina per pusiau laidžią membraną.

Pavyzdžiui, vanduo paprastai pereina šalia ląstelės, kurioje jo koncentracija yra mažesnė. Vandens judėjimas tokiu keliu sukuria slėgį, vadinamą osmosiniu slėgiu.

Šis slėgis yra būtinas norint reguliuoti medžiagų koncentraciją ląstelėje, kuri paveikia ląstelės formą.

Ultrafiltracija

Tokiu atveju kai kurių tirpiklių judėjimas atsiranda dėl hidrostatinio slėgio, nuo didžiausio slėgio ploto iki žemiausio slėgio. Žmogaus organizme šis procesas vyksta inkstuose dėl širdies sukelto kraujospūdžio.

Tokiu būdu vanduo, karbamidas ir tt iš ląstelių patenka į šlapimą; hormonai, vitaminai ir pan. Šis mechanizmas taip pat žinomas kaip dializė.

Supaprastinta sklaida

Yra medžiagų, turinčių labai didelių molekulių (pvz., Gliukozės ir kitų monosacharidų), kuriems reikia plitimo baltymo. Ši difuzija yra greitesnė už paprastą difuziją ir priklauso nuo:

• Medžiagos koncentracijos gradientas.
• Transporterių baltymų kiekis ląstelėje.
• Esamų baltymų greitis.

Vienas iš šių baltymų yra insulinas, kuris palengvina gliukozės difuziją, mažindamas jo koncentraciją kraujyje.

Transmembraninis aktyvus transportas

Iki šiol aptarėme skirtingų molekulių pasiskirstymą per kanalus be energijos sąnaudų. Šiais atvejais vienintelė kaina yra generuoti potencialią energiją skirtingų koncentracijų pavidalu abiejose membranos pusėse.

Tokiu būdu transporto kryptį lemia esamas gradientas. Tirpikliai pradeda transportuoti pagal minėtus difuzijos principus, kol jie pasiekia tašką, kur baigiasi tinklų difuzija - šiuo metu pasiekta pusiausvyra. Jonų atveju judesį taip pat veikia apkrova.

Tačiau vieninteliu atveju, kai jonų pasiskirstymas abiejose membranos pusėse yra realios pusiausvyros, kai ląstelė yra mirusi. Visos gyvos ląstelės daug investuoja į cheminę energiją, kad tirpiųjų medžiagų koncentracijos būtų atokios nuo pusiausvyros.

Energija, naudojama šiems procesams palaikyti, yra ATP molekulė. Adenozino trifosfatas, sutrumpintas kaip ATP, yra pagrindinė energijos molekulė ląstelių procesuose.

Aktyvaus transporto ypatybės

Aktyvus transportavimas gali veikti nuo koncentracijos gradientų, neatsižvelgiant į tai, kaip jie pažymėti - ši savybė bus aiški, paaiškindama natrio-kalio siurblį (žr. Žemiau)..

Aktyvūs transporto mechanizmai vienu metu gali perkelti daugiau nei vieną molekulės klasę. Aktyviam transportavimui paminėta ta pati klasifikacija naudojama kelių molekulių pervežimui vienu metu pasyviu transportu: simporte ir antiporte.

Šių siurblių atliekamą transportavimą gali slopinti molekulių, kurios konkrečiai blokuoja svarbias baltymų vietas, taikymas.

Transporto kinetika yra Michaelis-Menten tipo. Abu būdai, kuriuos slopina kai kurios molekulės ir kinetika, yra būdingos fermentinių reakcijų savybės.

Galiausiai, sistemoje turi būti specifiniai fermentai, galintys hidrolizuoti ATP molekulę, pvz., ATPazes. Tai mechanizmas, kuriuo sistema gauna jai būdingą energiją.

Transporto selektyvumas

Susiję siurbliai yra labai selektyvūs transportuojamose molekulėse. Pavyzdžiui, jei siurblys yra natrio jonų nešiklis, jis nevartos ličio jonų, nors abu jonai yra labai panašūs dydžio.

Manoma, kad baltymai gali išskirti du diagnostinius požymius: molekulės dehidratacijos paprastumą ir sąveiką su įkrovomis transporterio porose..

Yra žinoma, kad dideli jonai lengvai dehidratuoja, jei lyginame juos su nedideliu jonu. Taigi, poros su silpnais poliniais centrais naudos didelius jonus, pageidautina.

Ir atvirkščiai, kanaluose su stipriai įkrautais centrais dominuoja sąveika su dehidratuota jonu.

Aktyvaus transportavimo pavyzdys: natrio-kalio siurblys

Norėdami paaiškinti aktyvaus transporto mechanizmus, geriausia tai padaryti su geriausiai ištirtu modeliu: natrio-kalio siurbliu.

Ryškus ląstelių bruožas yra gebėjimas išlaikyti ryškius natrio jonų gradientus (Na⁺) ir kalio (K⁺).

Fiziologinėje aplinkoje kalio koncentracija ląstelėse yra nuo 10 iki 20 kartų didesnė nei ląstelių išorėje. Priešingai, natrio jonai yra daug labiau koncentruoti ekstraląstelinėje aplinkoje.

Esant principams, reglamentuojantiems jonų judėjimą pasyviai, būtų neįmanoma išlaikyti šių koncentracijų, todėl ląstelės reikalauja aktyvios transporto sistemos ir tai yra natrio-kalio siurblys..

Siurblys yra sudarytas iš ATPazės tipo baltymų komplekso, pritvirtinto prie visų gyvūnų ląstelių plazmos membranos. Tai turi privalomų vietų abiems jonams ir yra atsakingas už transportavimą energijos įpurškimu.

Kaip veikia siurblys?

Šioje sistemoje yra du veiksniai, lemiantys jonų judėjimą tarp ląstelių ir ląstelių. Pirmasis yra greitis, kuriuo veikia natrio-kalio siurblys, o antrasis veiksnys yra greitis, kuriuo jonas vėl gali patekti į ląstelę (natrio atveju) pasyviais difuzijos įvykiais.

Tokiu būdu greitis, kuriuo jonai patenka į ląstelę, nustato greitį, kuriuo siurblys turi dirbti, kad išlaikytų tinkamą jonų koncentraciją..

Siurblio veikimas priklauso nuo konformacinių baltymų pokyčių, kurie yra atsakingi už jonų transportavimą. Kiekviena ATP molekulė yra tiesiogiai hidrolizuojama, procese trys natrio jonai palieka ląstelę ir tuo pačiu metu į ląstelių aplinką patenka du kalio jonai.

Masinis transportas

Tai dar vienas aktyvaus transporto tipas, kuris padeda judėti makromolekulėse, tokiose kaip polisacharidai ir baltymai. Tai gali įvykti per:

-Endocitozė

Yra trys endocitozės procesai: fagocitozė, pinocitozė ir ligandų sukelta endocitozė:

Fagocitozė

Fagocitozė yra transporto rūšis, kurioje kietąja dalelė yra padengta pūslelėmis arba fagosomomis, susidedančiomis iš lydytų pseudopodų. Ši kietoji dalelė, kuri išlieka vezikulėje, virškinama fermentais ir taip pasiekia ląstelės vidų.

Tokiu būdu baltieji kraujo kūneliai veikia organizme; phagocytize bakterijas ir svetimkūnius kaip gynybos mechanizmą.

Pinocitozė

Pinocitozė atsiranda, kai gabenama medžiaga yra ekstraląstelinio skysčio lašelis arba vezikulė, o membrana sukuria pinocitinę vezikulę, kurioje kraujagyslių ar lašų turinys apdorojamas, kad būtų grįžta į ląstelės paviršių.

Endocitozė per receptorių

Tai procesas, panašus į pinocitozę, tačiau šiuo atveju membranos invaginacija atsiranda, kai tam tikra molekulė (ligandas) prisijungia prie membranos receptoriaus..

Keletas endocitinių pūslelių prisijungia ir sudaro didesnę struktūrą, vadinamą endosomu, kur ligandas yra atskiriamas nuo receptoriaus. Tada receptorius grįžta į membraną ir ligandas prisijungia prie liposomos, kurioje jis virškinamas fermentais.

-Eksocitozė

Tai yra mobiliojo ryšio tipas, kuriame medžiaga turi būti paimta už ląstelės ribų. Šio proceso metu sekrecinės pūslelės membrana prisijungia prie ląstelės membranos ir išskiria vezikulės turinį.

Tokiu būdu ląstelės pašalina sintezuotas medžiagas ar atliekas. Taip jie taip pat išskiria hormonus, fermentus ar neurotransmiterius.

Nuorodos

1. Audesirk, T., Audesirk, G., ir Byers, B. E. (2003). Biologija: Gyvenimas Žemėje. Pearsono švietimas.
2. Donnersberger, A. B., ir Lesak, A. E. (2002). Laboratorinė anatomijos ir fiziologijos knyga. Redakcija Paidotribo.
3. Larradagoitia, L. V. (2012). Anatomofiziologija ir pagrindinė patologija. Paraninfo Redakcija.
4. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., prancūzai, K., ir Eckert, R. (2002). Eckert gyvūnų fiziologija. Macmillan.
5. Vived, À. M. (2005). Fizinio aktyvumo ir sporto fiziologijos pagrindai. Red. Panamericana Medical.