Дял:
Видове клетъчен транспорт и техните характеристики
на клетъчен транспорт тя включва движението и изместването на молекули между вътрешността и външната страна на клетките. Обменът на молекули между тези отделения е съществен феномен за правилното функциониране на организма и медиира серия от събития, като например мембранния потенциал, за да споменем някои.
Биологичните мембрани са отговорни не само за ограничаване на клетката, но и за незаменима роля в трафика на вещества. Те имат серия от протеини, които пресичат структурата и, много избирателно, позволяват или не влизането на определени молекули.
Клетъчният транспорт се класифицира в два основни типа, в зависимост от това дали системата използва енергия директно или не.
Пасивният транспорт не изисква енергия, а молекулите успяват да преминат мембраната чрез пасивна дифузия, посредством водни канали или посредством транспортирани молекули. Посоката на активния транспорт се определя изключително от концентрационните градиенти между двете страни на мембраната.
За разлика от това, вторият вид транспорт изисква енергия и се нарича активен транспорт. Благодарение на енергията, инжектирана в системата, помпите могат да преместват молекулите срещу техните концентрационни градиенти. Най-забележителният пример в литературата е натриево-калиевата помпа.
индекс
- 1 Теоретични основи
- 1.1 - Клетъчни мембрани
- 1.2 -Липиди в мембраните
- 1.3 -Протеини в мембраните
- 1.4 - Селективност на мембраната
- 1.5 - Дифузия и осмоза
- 1.6 - Тоничност
- 1.7 - Влияние електрически
- 2 Трансмембранни пасивни превози
- 2.1 Просто предаване
- 2.2 Водни канали
- 2.3. Молекула транспорт
- 2.4 Осмоза
- 2.5 Ултрафилтрация
- 2.6 Улеснено разпространение
- 3 Трансмембранни активен транспорт
- 3.1 Характеристики на активния транспорт
- 3.2 Транспортна селективност
- 3.3 Пример за активен транспорт: натриево-калиева помпа
- 3.4 Как работи помпата?
- 4 Масов транспорт
- 4.1 - Ендоцитоза
- 4.2 -Ексоцитоза
- 5 Препратки
Теоретични основи
-Клетъчни мембрани
За да се разбере как се осъществява трафикът на вещества и молекули между клетката и съседните помещения, е необходимо да се анализира структурата и състава на биологичните мембрани..
-Липиди в мембраните
Клетките са заобиколени от тънка и сложна мембрана с липидна природа. Основният компонент е фосфолипиди.
Те са съставени от полярна глава и аполарни опашки. Мембраните са съставени от два слоя фосфолипиди - "липидни билайери" - в които опашките са групирани вътре, а главите дават допълнителни и вътреклетъчни лица.
Молекулите, които имат както полярни, така и неполярни зони, се наричат амфипатични. Това свойство е решаващо за пространствената организация на липидните компоненти в мембраните.
Тази структура се споделя от мембраните, които обграждат субклетъчните отделения. Не забравяйте, че и митохондриите, хлоропластите, везикулите и другите органели са заобиколени от мембрана.
В допълнение към фосфоглицеридите или фосфолипидите, мембраните са богати на сфинголипиди, които имат скелети, образувани от молекула, наречена сфингозин и стерол. В тази последна група намираме холестерол, липид, който модулира свойствата на мембраната, като неговата течливост.
-Протеини в мембраните
Мембраната е динамична структура, която съдържа множество протеини вътре. Протеините на мембраната действат като вид "пазачи" или "пазачи" молекулярни, които определят с голяма селективност кой влиза и кой напуска клетката.
Поради тази причина се казва, че мембраните са полупропускливи, тъй като някои съединения успяват да влязат, а други не..
Не всички протеини, които са в мембраната, са отговорни за медиирането на трафика. Други са отговорни за улавянето на външни сигнали, които предизвикват клетъчен отговор на външни стимули.
-Селективност на мембраната
Липидната вътрешност на мембраната е силно хидрофобна, което прави мембраната силно непроницаема за преминаването на полярни или хидрофилни молекули (този термин означава "влюбен във вода").
Това предполага допълнителна трудност за преминаването на полярни молекули. Въпреки това, транзитът на хидроразтворими молекули е необходим, така че клетките имат поредица от транспортни механизми, които позволяват ефективно изместване на тези вещества между клетката и нейната външна среда..
По същия начин, големи молекули, като протеини, трябва да бъдат транспортирани и да изискват специализирани системи.
-Дифузия и осмоза
Движението на частиците през клетъчните мембрани става следвайки следните физични принципи.
Тези принципи са дифузия и осмоза и се прилагат за движението на разтворените вещества и разтворителите в разтвор през полупропусклива мембрана - като биологичните мембрани, открити в живите клетки..
Дифузията е процес, който включва случайното термично движение на частици, суспендирани от области с висока концентрация към области с по-ниска концентрация. Има математически израз, който се опитва да опише процеса и се нарича диффузионното уравнение на Фик, но няма да влезем в него.
Като имаме предвид тази концепция, можем да определим термина пропускливост, който се отнася до скоростта, с която веществото прониква през мембраната пасивно при серия от конкретни условия..
От друга страна, водата също се движи в полза на своя градиент на концентрация във феномен, наречен осмоза. Въпреки че изглежда не е прецизно да се говори за концентрацията на вода, трябва да разберем, че жизнената течност се държи като всяко друго вещество, по отношение на нейната дифузия.
-тонус
Като се вземат предвид описаните физични явления, концентрациите, които съществуват както вътре в клетката, така и отвън, ще определят посоката на транспортиране.
Следователно, тоничността на разтвора е реакцията на клетките, потопени в разтвор. Има известна терминология, приложена към този сценарий:
физиологичен
Клетка, тъкан или разтвор е изотоничен по отношение на друг, ако концентрацията е равна и в двата елемента. Във физиологичен контекст, клетка, потопена в изотонична среда, няма да има никаква промяна.
хипотоничен
Решението е хипотонично по отношение на клетката, ако концентрацията на разтворените вещества е по-ниска отвън - т.е. клетката има повече разтворени вещества. В този случай, тенденцията на водата е да влезе в клетката.
Ако поставим червените кръвни клетки в дестилирана вода (която е свободна от разтворени вещества), водата ще влезе до избухване. Това явление се нарича хемолиза.
хипертоничен
Решението е хипертонично по отношение на клетката, ако концентрацията на разтворените вещества е по-висока отвън - т.е. клетката има по-малко разтворени вещества.
В този случай, тенденцията на водата е да напусне клетката. Ако поставим червените кръвни клетки в по-концентриран разтвор, водата в глобулите има тенденция да излиза и клетката придобива набръчкана визия..
Тези три понятия имат биологично значение. Например яйцата на морския организъм трябва да са изотонични по отношение на морската вода, за да не се пръсне и да не се загуби вода..
По същия начин паразитите, които живеят в кръвта на бозайниците, трябва да имат концентрация на разтворени вещества, подобна на средата, в която се развиват..
-Електрическо влияние
Когато говорим за йони, които са заредени частици, движението през мембраните не е насочено изключително от градиентите на концентрация. В тази система е необходимо да се вземат предвид натоварванията на разтворените вещества.
Йонът има тенденция да се отдалечава от областите, където концентрацията е висока (както е описано в раздела за осмоза и дифузия), а също и ако йонът е отрицателен, той ще напредва към регионите, където има нарастващ отрицателен потенциал. Не забравяйте, че се привличат различни такси и равните такси се отблъскват.
За да се предскаже поведението на йона, трябва да добавим комбинираните сили на концентрационния градиент и електрическия градиент. Този нов параметър се нарича нетен електрохимичен градиент.
Видовете клетъчен транспорт се класифицират в зависимост от употребата - или не - на енергията от системата при пасивни и активни движения. Ще опишем всеки един подробно по-долу:
Трансмембранни пасивни превози
Пасивните движения през мембраните включват преминаване на молекули без пряка нужда от енергия. Тъй като тези системи не включват енергия, тя зависи изключително от градиентите на концентрация (включително електрическите), които съществуват през плазмената мембрана.
Въпреки че енергията, отговорна за движението на частиците, се съхранява в такива градиенти, е подходящо и удобно да продължи да разглежда процеса като пасивен.
Има три елементарни пътя, през които молекулите могат пасивно да преминават от едната страна към другата:
Проста дифузия
Най-простият и най-интуитивен начин за транспортиране на разтвореното вещество е да се премине през мембраната, следвайки посочените по-горе наклони..
Молекулата дифундира през плазмената мембрана, оставяйки водната фаза настрана, разтваря се в липидната част и накрая навлиза във водната част на вътрешността на клетката. Същото може да се случи в обратна посока, от вътрешната страна на клетката до външната страна.
Ефективното преминаване през мембраната ще определи нивото на топлинна енергия, която системата притежава. Ако е достатъчно висока, молекулата ще може да пресече мембраната.
Погледнато по-подробно, молекулата трябва да разруши всички водородни връзки, образувани във водната фаза, за да може да се придвижи до липидната фаза. Това събитие изисква 5 kcal кинетична енергия за всяка налична връзка.
Следващият фактор, който трябва да се вземе предвид, е разтворимостта на молекулата в липидната зона. Мобилността се влияе от множество фактори, като например молекулната маса и формата на молекулата.
Кинетиката на простия етап на дифузия показва кинетика на ненаситеност. Това означава, че входа се увеличава пропорционално на концентрацията на разтвореното вещество, което трябва да се транспортира в извънклетъчната област.
Водни канали
Втората алтернатива на преминаване на молекули през пасивния път е през воден канал, разположен в мембраната. Тези канали са вид пори, които позволяват преминаването на молекулата, избягвайки контакта с хидрофобната област.
Някои заредени молекули успяват да влязат в клетката след нейния градиент на концентрация. Благодарение на тази система от канали, напълнени с вода, мембраните са силно непропускливи за йони. В тези молекули се открояват натрий, калий, калций и хлор.
Конвейерна молекула
Последната алтернатива е комбинацията от интересното вещество с транспортираща молекула, която прикрива неговата хидрофилна природа, така че тя постига преминаването през богатата на липиди част на мембраната..
Транспортерът увеличава липидната разтворимост на молекулата, която трябва да бъде транспортирана и благоприятства преминаването й в полза на градиента на концентрация или електрохимичния градиент..
Тези транспортни протеини работят по различни начини. В най-простия случай, разтвореното вещество се прехвърля от едната страна на мембраната към друга. Този тип се нарича поддръжка. Обратно, ако едно друго вещество е транспортирано едновременно или свързано, транспортерът се нарича ремарке.
Ако свързаният конвейер премества двете молекули в една и съща посока, той е симпортиран и ако го прави в противоположни посоки, конвейерът е антипорт.
осмоза
Това е типът клетъчен транспорт, при който разтворителят преминава селективно през полупропускливата мембрана.
Водата например преминава до клетката, в която концентрацията му е по-ниска. Движението на вода по този път генерира налягане, наречено осмотично налягане.
Това налягане е необходимо, за да се регулира концентрацията на веществата в клетката, която след това влияе върху формата на клетката.
ултрафилтрация
В този случай, движението на някои разтворени вещества се получава от действието на хидростатично налягане, от областта на най-високо налягане до най-ниското налягане. В човешкото тяло този процес се случва в бъбреците благодарение на кръвното налягане, генерирано от сърцето.
По този начин водата, уреята и т.н. преминават от клетките към урината; и хормони, витамини и т.н., остават в кръвта. Този механизъм е известен също като диализа.
Улеснено разпространение
Има вещества с много големи молекули (като глюкоза и други монозахариди), които се нуждаят от протеинов носител за разпространение. Тази дифузия е по-бърза от обикновената дифузия и зависи от:
- Концентрационният градиент на веществото.
- Количеството транспортни протеини, присъстващи в клетката.
- Скоростта на наличните протеини.
Един от тези транспортни протеини е инсулин, който улеснява дифузията на глюкоза, намалявайки концентрацията му в кръвта.
Трансмембранен активен транспорт
Досега сме обсъждали преминаването на различни молекули през канали без енергийни разходи. При тези събития единствената цена е да се генерира потенциалната енергия под формата на диференциални концентрации от двете страни на мембраната.
По този начин посоката на транспортиране се определя от съществуващия наклон. Разтворените вещества започват да се транспортират при спазване на споменатите принципи на дифузия, докато достигнат точката, където нетната дифузия приключва - в този момент е достигнато равновесие. В случая на йони, движението също се влияе от товара.
Въпреки това, в единствения случай, когато разпределението на йони от двете страни на мембраната е в действително равновесие, когато клетката е мъртва. Всички живи клетки инвестират голямо количество химическа енергия, за да поддържат концентрациите на разтвореното вещество далеч от равновесието.
Енергията, използвана за запазване на активността на тези процеси, обикновено е АТР молекулата. Аденозин трифосфат, съкратен като АТФ, е основна енергийна молекула в клетъчните процеси.
Характеристики на активния транспорт
Активният транспорт може да действа срещу градиентите на концентрация, независимо колко маркирани са те - това свойство ще бъде ясно с обяснението на натриево-калиевата помпа (виж по-долу).
Активните транспортни механизми могат да движат повече от един клас молекули едновременно. За активен транспорт се споменава същата класификация за транспортиране на няколко молекули едновременно в пасивен транспорт: simporte и antiporte.
Преносът, осъществяван от тези помпи, може да бъде възпрепятстван от прилагането на молекули, които специфично блокират важни места в протеина.
Транспортната кинетика е от типа на Михаелис-Ментен. И двете поведения - които се инхибират от някои молекули и кинетиката - са типични характеристики на ензимните реакции.
И накрая, системата трябва да има специфични ензими, които могат да хидролизират АТР молекулата, като ATPases. Това е механизмът, чрез който системата получава енергията, която я характеризира.
Селективност на транспорта
Включените помпи са изключително селективни в молекулите, които ще се транспортират. Например, ако помпата е носител на натриеви йони, тя няма да приема литиеви йони, въпреки че и двата йона са много сходни по размер.
Предполага се, че протеините могат да разграничат две диагностични характеристики: лекотата на дехидратация на молекулата и взаимодействието с зарежданията в порите на транспортера..
Известно е, че големите йони могат лесно да дехидратират, ако ги сравним с малък йон. Така, порите със слаби полярни центрове ще използват големи йони, за предпочитане.
Обратно, в каналите със силно заредени центрове преобладава взаимодействието с дехидратирания йон.
Пример за активен транспорт: натриево-калиева помпа
За да се обяснят механизмите на активния транспорт, най-добре е да се направи с най-добре проучения модел: натриево-калиевата помпа.
Удивителна черта на клетките е способността да се поддържат изразени градиенти на натриевите йони (Na+) и калий (К+).
Във физиологичната среда, концентрацията на калий вътре в клетките е 10 до 20 пъти по-висока, отколкото във външната страна на клетките. За разлика от това, натриевите йони се намират много по-концентрирани в извънклетъчната среда.
С принципите, които регулират движението на йони пасивно, би било невъзможно да се поддържат тези концентрации, следователно клетките изискват активна транспортна система и това е натриево-калиевата помпа..
Помпата се формира от протеинов комплекс от типа АТРаза, прикрепен към плазмената мембрана на всички животински клетки. Това има свързващи места за двата йона и е отговорно за транспорта с инжектиране на енергия.
Как работи помпата?
В тази система има два фактора, които определят движението на йони между клетъчните и извънклетъчните отделения. Първата е скоростта, с която действа натриево-калиевата помпа, а вторият фактор е скоростта, с която йонът може да влезе отново в клетката (в случай на натрий), чрез пасивни събития на дифузия..
По този начин скоростта, с която йони влизат в клетката, определя скоростта, с която помпата трябва да работи, за да поддържа подходяща концентрация на йони..
Работата на помпата зависи от поредица от конформационни промени в протеина, който е отговорен за транспортирането на йони. Всяка молекула на АТР се хидролизира директно, като три атома натрий излизат от клетката и едновременно с това въвеждат две калиеви йони в клетъчната среда..
Масов транспорт
Това е друг вид активен транспорт, който помага за движението на макромолекули, като полизахариди и протеини. Това може да стане чрез:
-ендоцитоза
Има три процеса на ендоцитоза: фагоцитоза, пиноцитоза и лиганд-медиирана ендоцитоза:
фагоцитоза
Фагоцитозата е видът транспорт, при който твърдата частица е покрита от везикула или фагозома, съставена от кондензирани псевдоподи. Тази твърда частица, която остава във везикулата, се усвоява от ензими и така достига до вътрешността на клетката.
По този начин белите кръвни клетки действат в тялото; фагоцитират бактериите и чуждите тела като защитен механизъм.
pinocitosis
Пиноцитозата се появява, когато веществото, което трябва да се транспортира, е капчица или везикула на извънклетъчната течност, и мембраната създава пиноцитна везикула, в която се обработва съдържанието на везикула или капка, за да се върне към повърхността на клетката..
Ендоцитоза чрез рецептор
Това е процес, подобен на пиноцитозата, но в този случай инвагинацията на мембраната се случва, когато дадена молекула (лиганд) се свързва с мембранния рецептор.
Няколко ендоцитни везикули се присъединяват и образуват по-голяма структура, наречена ендозома, където лигандът се отделя от рецептора. След това, рецепторът се връща към мембраната и лигандът се свързва с липозома, в който се усвоява от ензими..
-екзоцитоза
Това е вид клетъчен транспорт, при който веществото трябва да бъде взето извън клетката. По време на този процес мембраната на секреторния мехур се присъединява към клетъчната мембрана и освобождава съдържанието на везикула.
По този начин клетките елиминират синтезираните вещества или тези на отпадъците. Това е начинът, по който те освобождават хормони, ензими или невротрансмитери.
препратки
- Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B.E. (2003). Биология: Живот на Земята. Образованието на Пиърсън.
- Donnersberger, A. B., & Lesak, A.E. (2002). Лабораторна книга по анатомия и физиология. Редакция Paidotribo.
- Larradagoitia, L. V. (2012). Анатомиология и основна патология. Paraninfo Editorial.
- Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., French, K.. Физиология на животните на Екерт. Macmillan.
- Vived, А. М. (2005). Основи на физиологията на физическата активност и спорта. Ed. Panamericana Medical.