Поділитися:
Типи транспортних клітин і їх характеристики
The стільниковий транспорт це пов'язано з рухом і зміщенням молекул між внутрішньою і зовнішньою клітинами. Обмін молекулами між цими компартментами є важливим явищем для правильного функціонування організму, і опосередковує ряд подій, таких як мембранний потенціал, щоб згадати деякі.
Біологічні мембрани не тільки несуть відповідальність за розмежування клітини, вони також відіграють невід'ємну роль у перевезенні речовин. Вони мають ряд білків, які перетинають структуру і, дуже вибірково, дозволяють чи ні вхід певних молекул.
Стільниковий транспорт класифікується на два основні типи, залежно від того, чи використовується система безпосередньо чи ні.
Пасивний транспорт не вимагає енергії, і молекули вдається перетнути мембрану пасивною дифузією, за допомогою водних каналів або за допомогою транспортованих молекул. Напрямок активного транспорту визначається виключно градієнтами концентрації між обома сторонами мембрани.
Навпаки, другий вид транспорту вимагає енергії і називається активним транспортом. Завдяки енергії, що вводиться в систему, насоси можуть переміщати молекули проти їх концентраційних градієнтів. Найбільш помітним прикладом в літературі є натрієво-калієвий насос.
Індекс
- 1 Теоретичні основи
- 1.1 - Клітинні мембрани
- 1.2 -Ліпіди в мембранах
- 1.3 -Протеїни в мембранах
- 1.4 - Селективність мембрани
- 1.5 - Дифузія і осмос
- 1.6 -Тонічність
- 1.7 - Вплив електричного
- 2 Трансмембранний пасивний транспорт
- 2.1 Просте мовлення
- 2.2 Водні канали
- 2.3 Молекула транспортадора
- 2.4 Осмос
- 2.5 Ультрафільтрація
- 2.6 Спрощене поширення
- 3 Трансмембранний активний транспорт
- 3.1 Характеристика активного транспорту
- 3.2 Транспортна вибірковість
- 3.3 Приклад активного транспорту: натрієво-калієвий насос
- 3.4 Як працює насос?
- 4 Масові перевезення
- 4.1 -Ендоцитоз
- 4.2 -Ексоцитоз
- 5 Посилання
Теоретичні основи
-Клітинні мембрани
Щоб зрозуміти, як відбувається торгівля речовинами і молекулами між клітиною і сусідніми відсіками, необхідно проаналізувати структуру і склад біологічних мембран.
-Ліпіди в мембранах
Клітини оточені тонкою і складною мембраною ліпідної природи. Основним компонентом є фосфоліпіди.
Вони складаються з полярної голови і аполярних хвостів. Мембрани складаються з двох шарів фосфоліпідів - "ліпідних двошарових" - в яких хвости групуються всередину, а головки дають додаткові і внутрішньоклітинні особи.
Молекули, які мають як полярні, так і неполярні зони, називаються амфіпатичними. Ця властивість має вирішальне значення для просторової організації ліпідних компонентів у мембранах.
Ця структура поділяється на мембрани, які оточують субклітинний компартмент. Пам'ятайте, що мітохондрії, хлоропласти, везикули та інші органели оточені мембраною.
На додаток до фосфогліцеридів або фосфоліпідів, мембрани багаті на сфінголіпіди, які мають скелети, утворені з молекули, званої сфінгозином і стеролом. У цій останній групі ми знаходимо холестерин, ліпід, який модулює властивості мембрани, як її плинність.
-Білки в мембранах
Мембрана є динамічною структурою, яка містить безліч білків всередині. Білки мембрани виступають як своєрідні "воротарі" або "охоронці" молекулярні, які визначають з великою вибірковістю хто входить і хто залишає клітину.
З цієї причини сказано, що мембрани є напівпроникними, оскільки деякі сполуки вступають, а інші - не..
Не всі білки, які знаходяться в мембрані, несуть відповідальність за опосередкування руху. Інші несуть відповідальність за захоплення зовнішніх сигналів, які виробляють клітинну відповідь на зовнішні подразники.
-Селективність мембрани
Ліпідний інтер'єр мембрани сильно гідрофобний, що робить мембрану дуже непроникною для проходження полярних або гідрофільних молекул (цей термін означає "закоханий у воду").
Це передбачає додаткову складність проходження полярних молекул. Однак транзит гідророзчинних молекул необхідний, тому клітини мають ряд транспортних механізмів, які дозволяють ефективно переміщувати ці речовини між клітиною і її зовнішнім середовищем..
Так само великі молекули, такі як білки, повинні транспортуватися і вимагати спеціалізованих систем.
-Дифузія і осмос
Рух частинок через клітинні мембрани відбувається за наступними фізичними принципами.
Ці принципи є дифузією і осмосом і застосовуються для переміщення розчинених речовин і розчинників у розчині через напівпроникну мембрану - наприклад, біологічні мембрани, знайдені в живих клітинах..
Дифузія є процесом, який передбачає випадкове термічне переміщення частинок, суспендованих з областей високих концентрацій, до областей нижчої концентрації. Існує математичний вираз, який намагається описати процес і називається дифузійним рівнянням Фіка, але ми не будемо в нього входити.
Маючи на увазі цю концепцію, можна визначити термін проникність, що відноситься до швидкості, з якою речовина проникає в мембрану пасивно під низкою конкретних умов.
З іншого боку, вода також рухається на користь її градієнта концентрації в явищі, званому осмосом. Хоча, мабуть, не зовсім точно сказати про концентрацію води, ми повинні розуміти, що життєва рідина веде себе як будь-яка інша речовина, з точки зору її дифузії..
-Тонічність
Враховуючи описані фізичні явища, концентрації, які існують як всередині клітини, так і зовні, визначатимуть напрямок транспорту.
Таким чином, тонічність розчину - це відповідь клітин, занурених у розчин. Для цього сценарію застосовується певна термінологія:
Ізотонічний
Клітина, тканина або розчин є ізотонічними по відношенню до іншого, якщо концентрація в рівній для обох елементів. У фізіологічному контексті клітина, занурена в ізотонічну середу, не зазнає ніяких змін.
Гіпотонічний
Рішення є гіпотонічним по відношенню до клітини, якщо концентрація розчинених речовин нижче зовнішньої - тобто клітина має більше розчинених речовин. У цьому випадку тенденція води полягає в тому, щоб увійти до клітини.
Якщо ми помістимо червоні кров'яні клітини в дистильовану воду (яка вільна від розчинених речовин), вода увійде до вибуху. Це явище називається гемолізом.
Гіпертонічний
Рішення є гіпертонічним по відношенню до клітини, якщо концентрація розчинених речовин вище за межами - тобто клітина має менше розчинених речовин.
У цьому випадку тенденція води полягає в тому, щоб залишити клітку. Якщо ми помістимо червоні кров'яні клітини в більш концентрований розчин, вода в глобулах має тенденцію виходити, а клітина набуває зморшкувату зовнішність..
Ці три поняття мають біологічну значимість. Наприклад, яйця морського організму повинні бути ізотонічними по відношенню до морської води, щоб не тріснути і не втратити воду.
Аналогічно, паразити, які живуть у крові ссавців, повинні мати концентрацію розчинених речовин, подібну до середовища, в якій вони розвиваються..
-Електричний вплив
Коли ми говоримо про іони, які є зарядженими частинками, рух через мембрани не спрямований виключно градієнтами концентрації. У цій системі необхідно враховувати навантаження розчинених речовин.
Іон має тенденцію відходити від областей, де концентрація є високою (як описано в розділі про осмос і дифузію), а також, якщо іон є негативним, він просувається в бік областей, де спостерігається зростання негативного потенціалу. Пам'ятайте, що різні заряди притягуються, і рівні відшкодування відбиваються.
Для прогнозування поведінки іона необхідно додати об'єднані сили градієнта концентрації і електричного градієнта. Цей новий параметр називається чистим електрохімічним градієнтом.
Типи клітинного транспорту класифікуються в залежності від використання - чи ні - енергії системою в пасивних і активних рухах. Нижче ми детально опишемо кожну з них:
Трансмембранний пасивний транспорт
Пасивні рухи через мембрани передбачають проходження молекул без безпосередньої потреби в енергії. Оскільки ці системи не пов'язані з енергією, вона залежить виключно від градієнтів концентрації (включаючи електричні), які існують через плазматичну мембрану.
Хоча енергія, відповідальна за рух частинок, зберігається в таких градієнтах, доречно і зручно продовжувати розглядати процес як пасивний.
Існують три елементарні шляхи, через які молекули можуть пасивно проходити з однієї сторони на іншу:
Проста дифузія
Найпростіший і найбільш інтуїтивний спосіб транспортування розчиненої речовини полягає в проходженні мембрани за наступними вищевказаними градієнтами..
Молекула дифундує через плазматичну мембрану, залишивши водну фазу в стороні, розчиняється в ліпідній частині і, нарешті, потрапляє у водну частину внутрішньої клітини. Те ж саме може відбутися в протилежному напрямку, від внутрішньої сторони клітини до зовнішньої.
Ефективний прохід через мембрану визначатиме рівень теплової енергії, яку володіє система. Якщо вона досить висока, молекула зможе перетнути мембрану.
Більш докладно, молекула повинна розбивати всі водневі зв'язки, утворені у водній фазі, щоб мати можливість переходити до ліпідної фази. Ця подія вимагає 5 ккал кінетичної енергії для кожного присутнього ланки.
Наступним фактором, що враховує, є розчинність молекули в ліпідній зоні. На рухливість впливає безліч факторів, таких як молекулярна маса і форма молекули.
Кінетика простого дифузійного етапу демонструє кінетику ненасичення. Це означає, що вхід збільшується пропорційно концентрації розчиненої речовини, що транспортується в позаклітинну область.
Водні канали
Друга альтернатива проходження молекул через пасивний шлях здійснюється через водний канал, розташований в мембрані. Ці канали є свого роду порами, які дозволяють проходити молекулу, уникаючи контакту з гідрофобною областю.
Деякі заряджені молекули встигають увійти до клітини після її градієнта концентрації. Завдяки цій системі каналів, заповнених водою, мембрани дуже непроникні для іонів. У межах цих молекул виділяються натрій, калій, кальцій і хлор.
Молекула конвеєра
Останньою альтернативою є комбінація цікавить розчиненої речовини з транспортуючою молекулою, яка маскує її гідрофільну природу, так що вона досягає проходження через багату ліпідом частину мембрани..
Транспортер збільшує розчинність ліпідів молекули, яку необхідно транспортувати, і сприяє її проходженню на користь градієнта концентрації або електрохімічного градієнта.
Ці транспортерні білки працюють різними способами. У найпростішому випадку розчинена речовина переноситься з однієї сторони мембрани на іншу. Цей тип називається підтримкою. І навпаки, якщо інше розчинене речовина транспортується одночасно або з'єднано, транспортер називається причепами.
Якщо зв'язаний конвеєр переміщує дві молекули в тому ж напрямку, то він є симпортним, і якщо він робить це в протилежних напрямках, то конвеєр є антипортом.
Осмос
Це тип клітинного транспорту, в якому розчинник проходить селективно через напівпроникну мембрану.
Вода, наприклад, має тенденцію проходити поруч з осередком, в якому його концентрація є нижчою. Рух води в цьому шляху генерує тиск, який називається осмотичним тиском.
Цей тиск необхідний для регулювання концентрації речовин у клітці, що потім впливає на форму клітини.
Ультрафільтрація
У цьому випадку рух деяких розчинених речовин виробляється внаслідок дії гідростатичного тиску, починаючи від площі найвищого тиску до найнижчого тиску. У людському організмі цей процес відбувається в нирках завдяки кров'яному тиску, що генерується серцем.
Таким чином, вода, сечовина тощо переходить від клітин до сечі; і гормони, вітаміни тощо, залишаються в крові. Цей механізм також відомий як діаліз.
Спрощене поширення
Існують речовини з дуже великими молекулами (наприклад, глюкоза та інші моносахариди), які потребують розповсюдження білка-носія. Ця дифузія швидше, ніж проста дифузія, і залежить від:
- Градієнт концентрації речовини.
- Кількість транспортерних білків присутні в клітці.
- Швидкість білків присутній.
Одним з таких транспортерних білків є інсулін, який полегшує дифузію глюкози, зменшуючи її концентрацію в крові.
Трансмембранний активний транспорт
До цих пір ми обговорювали проходження різних молекул через канали без витрат енергії. У цих випадках єдиною вартістю є генерування потенційної енергії у вигляді диференціальної концентрації з обох сторін мембрани.
Таким чином, напрямок транспорту визначається існуючим градієнтом. Розчинені речовини починають транспортуватися, дотримуючись згаданих принципів дифузії, поки вони не досягнуть точки, де закінчується дифузія сітки - у цій точці досягнуто рівновагу. У випадку іонів рух також залежить від навантаження.
Однак у єдиному випадку, коли розподіл іонів по обидві сторони мембрани знаходиться в реальному рівновазі, коли клітина мертва. Всі живі клітини вкладають велику кількість хімічної енергії для утримання концентрації розчинених речовин від рівноваги.
Енергія, що використовується для збереження активності цих процесів, є, як правило, молекулою АТФ. Аденозинтрифосфат, скорочено АТФ, є фундаментальною молекулою енергії в клітинних процесах.
Характеристика активного транспорту
Активний транспорт може діяти проти градієнтів концентрації, незалежно від того, наскільки вони позначені - це властивість буде зрозуміло з поясненням натрієво-калієвого насоса (див. Нижче).
Активні транспортні механізми можуть одночасно переміщувати більш ніж один клас молекули. Для активного транспорту згадана така ж класифікація використовується для транспортування декількох молекул одночасно в пасивному транспорті: симпорт і антипорте.
Транспортування, що здійснюється цими насосами, може пригнічуватися застосуванням молекул, які специфічно блокують важливі ділянки білка.
Кінетика транспорту типу Міхаеліса-Ментена. Обидві поведінки - пригнічені деякою молекулою і кінетика - є типовими характеристиками ферментативних реакцій.
Нарешті, система повинна мати специфічні ферменти, які можуть гідролізувати молекулу АТФ, такі як АТФази. Це механізм, за допомогою якого система отримує енергію, що її характеризує.
Вибірковість транспорту
Задіяні насоси надзвичайно селективні в молекулах, які будуть транспортуватися. Наприклад, якщо насос є носієм іонів натрію, він не буде приймати іони літію, хоча обидва іони дуже схожі за розміром.
Передбачається, що білки можуть розрізняти дві діагностичні ознаки: легкість дегідратації молекули і взаємодія з зарядами всередині пори транспортера..
Відомо, що великі іони легко зневоднюються, якщо порівняти їх з малим іоном. Таким чином, пори зі слабкими полярними центрами будуть використовувати великі іони, переважно.
Навпаки, в каналах з сильно зарядженими центрами переважає взаємодія з зневодненим іоном.
Приклад активного транспорту: натрієво-калієвий насос
Щоб пояснити механізми активного транспорту, краще це зробити з найкращою досліджуваною моделлю: натрієво-калієвий насос.
Яскравою особливістю клітин є здатність підтримувати виражені градієнти іонів натрію (Na+) і калію (K+).
У фізіологічному середовищі концентрація калію всередині клітин в 10-20 разів вище, ніж у зовнішніх клітинах. Навпаки, іони натрію виявляються набагато більш концентрованими в позаклітинному середовищі.
З принципами, які регулюють рух пасивних іонів, підтримувати ці концентрації було б неможливо, тому клітини потребують активної транспортної системи, а це натрієво-калієвий насос..
Насос утворений білковим комплексом типу АТФази, прикріпленим до плазматичної мембрани всіх клітин тварин. Це має сайти зв'язування для обох іонів і відповідає за транспортування енергією.
Як працює насос?
У цій системі існують два фактори, які визначають рух іонів між клітинним і позаклітинним компартментами. Перший - це швидкість, з якою діє натрієво-калієвий насос, а другим фактором є швидкість, з якою іон може знову потрапити в камеру (у випадку натрію), через події пасивної дифузії.
Таким чином, швидкість, з якою іони входять у клітинку, визначає швидкість, з якою насос повинен працювати, щоб підтримувати відповідну концентрацію іонів..
Робота насоса залежить від серії конформаційних змін білка, що відповідає за транспортування іонів. Кожна молекула АТФ безпосередньо гідролізується, при цьому три іони натрію виходять з клітини і в той же час вводять два іони калію в клітинні середовища.
Масові перевезення
Це ще один вид активного транспорту, який допомагає у переміщенні макромолекул, таких як полісахариди і білки. Це може відбуватися через:
-Ендоцитоз
Існує три процеси ендоцитозу: фагоцитоз, піноцитоз і ліганд-опосередкований ендоцитоз:
Фагоцитоз
Фагоцитоз - це вид транспорту, в якому тверда частинка покрита везикулою або фагосом, що складається з плавлених псевдоподів. Ця тверда частинка, що залишається всередині бульбашки, перетравлюється ферментами і, таким чином, досягає внутрішнього простору клітини.
Таким чином, білі клітини крові працюють в організмі; фагоцитують бактерії і сторонні тіла як захисний механізм.
Піноцитоз
Піноцитоз відбувається, коли речовина, що підлягає транспортуванню, являє собою крапельку або везикулу позаклітинної рідини, і мембрана створює піноцитову везикулу, в якій обробляється вміст міхура або краплі для повернення на поверхню клітини..
Ендоцитоз через рецептор
Це процес, подібний до піноцитозу, але в цьому випадку інвагінація мембрани відбувається, коли певна молекула (ліганд) зв'язується з мембранним рецептором.
Кілька ендоцитарних везикул приєднуються і утворюють більшу структуру, звану ендосомою, де ліганд відокремлюється від рецептора. Потім рецептор повертається до мембрани, а ліганд зв'язується з ліпосомою, в якій вона перетравлюється ферментами.
-Екзоцитоз
Це тип клітинного транспорту, в якому речовина повинно бути взято за межі клітини. Під час цього процесу мембрана секреторного міхура приєднується до клітинної мембрани і вивільняє вміст міхура.
Таким чином клітини виключають синтезовані речовини або відходи. Це також те, як вони вивільняють гормони, ферменти або нейротрансмітери.
Список літератури
- Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B.E. (2003). Біологія: Життя на Землі. Освіта Пірсона.
- Доннерсбергер, А. Б., Лесак, А. Е. (2002). Лабораторна книга анатомії та фізіології. Редакція Paidotribo.
- Larradagoitia, L. V. (2012). Анатомофізіологія та основна патологія. Paraninfo Editorial.
- Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., French, K., & Eckert, R. (2002). Фізіологія тварин Екерта. Макміллан.
- Vived, А. М. (2005). Основи фізіології фізичної активності та спорту. Ed. Panamericana Medical.