Dele:
Celltransporttyper og deres egenskaper
den mobil transport det innebærer trafikk og forskyvning av molekyler mellom innsiden og utsiden av cellene. Utvekslingen av molekyler mellom disse romene er et essensielt fenomen for organismens korrekte funksjon, og formidler en rekke hendelser, som membranpotensial, for å nevne noen.
De biologiske membranene er ikke bare ansvarlige for å avgrense cellen, de spiller også en uunnværlig rolle i stoffets trafikk. De har en serie proteiner som krysser strukturen og, svært selektivt, tillater eller ikke inngangen til visse molekyler.
Mobiltransport er klassifisert i to hovedtyper, avhengig av om systemet bruker energi direkte eller ikke.
Den passive transporten krever ikke energi, og molekylene klarer å krysse membranen ved passiv diffusjon, ved hjelp av vandige kanaler eller ved hjelp av transporterte molekyler. Retningen for aktiv transport bestemmes utelukkende av konsentrasjonsgradienter mellom begge sider av membranen.
I motsetning krever den andre transporttypen energi og kalles aktiv transport. Takket være energien som er injisert i systemet, kan pumper bevege molekylene mot konsentrasjonsgradienter. Det mest bemerkelsesverdige eksempelet i litteraturen er natrium-kaliumpumpen.
index
- 1 Teoretiske grunnlag
- 1.1 - Cellemembraner
- 1.2 -Lipider i membranene
- 1,3-Proteiner i membranene
- 1.4 - Membranens selektivitet
- 1.5 -Diffusjon og osmose
- 1.6 -Tonicity
- 1.7 -Influens elektrisk
- 2 Transmembran passiv transport
- 2.1 Enkel kringkasting
- 2.2 Vandige kanaler
- 2.3 Molekyltransportadora
- 2.4 Osmose
- 2.5 Ultrafiltrering
- 2.6 Tilrettelagt formidling
- 3 Transmembran aktiv transport
- 3.1 Kjennetegn ved aktiv transport
- 3.2 Transportselektivitet
- 3.3 Eksempel på aktiv transport: natrium-kaliumpumpe
- 3.4 Hvordan pumpen fungerer?
- 4 masse transport
- 4.1 -Endocytose
- 4.2 -Exocytose
- 5 referanser
Teoretiske grunnlag
-Cellemembraner
For å forstå hvordan traffikk av stoffer og molekyler oppstår mellom cellen og de tilstøtende delene, er det nødvendig å analysere strukturen og sammensetningen av de biologiske membranene.
-Lipider i membranene
Cellene er omgitt av en tynn og kompleks membran av lipid natur. Den grunnleggende komponenten er fosfolipider.
Disse er sammensatt av et polart hode og apolare haler. Membranene består av to lag med fosfolipider - "lipid bilag" - i hvilken køene er gruppert i hodene og gir ekstra- og intracellulære flater.
Molekylene som har både polare og apolare soner kalles amfipatisk. Denne egenskapen er avgjørende for den romlige organisasjonen av lipidkomponentene i membranene.
Denne strukturen deles av membranene som omgir de subcellulære rom. Husk at også mitokondrier, kloroplaster, vesikler og andre organeller er omgitt av membran.
Foruten fosfoglyserider eller fosfolipider, membranene er rike på sfingolipider, som har skjeletter som er dannet av et molekyl som kalles sfingosin og steroler. I denne siste gruppen finner vi kolesterol, en lipid som modulerer egenskapene til membranen, som dens fluiditet.
-Proteiner i membranene
Membranen er en dynamisk struktur, som inneholder flere proteiner inne. Proteinene i membranen fungerer som en slags "gatekeepers" eller "guards" molekylær, som definerer med stor selektivitet som kommer inn og som forlater cellen.
Av denne grunn er det sagt at membranene er semipermeable, siden noen forbindelser klarer å gå inn og andre ikke gjør det..
Ikke alle proteinene som er i membranen, er ansvarlige for formidling av trafikk. Andre er ansvarlige for opptak av eksterne signaler som produserer en mobilrespons på eksterne stimuli.
-Selektivitet av membranen
Lipidet indre av membranen er sterkt hydrofobe, noe som gjør at membranen er en svært ugjennomtrengelig overfor passasje av polare molekyler eller hydrofil natur (dette uttrykk betyr "kjærlighet vann").
Dette innebærer en ytterligere vanskelighet for passasje av polære molekyler. Imidlertid er vannløselige molekyler transitt nødvendig, slik at cellene som har et antall transportmekanismer som tillater effektiv forskyvning av disse stoffer mellom cellen og dens ytre miljø.
På samme måte må store molekyler, som proteiner, transporteres og kreve spesialiserte systemer.
-Diffusjon og osmose
Bevegelsen av partikler gjennom cellemembraner skjer ved å følge følgende fysiske prinsipper.
Disse prinsippene er diffusjon og osmose og påføres på bevegelsen av oppløste stoffer og løsningsmidler i en semipermeabel oppløsning gjennom et membran - som biologiske membraner finnes i levende celler.
Diffusjon er prosessen som involverer tilfeldig termisk bevegelse av partikler suspendert fra regioner med høye konsentrasjoner mot regioner med lavere konsentrasjon. Det er et matematisk uttrykk som søker å beskrive prosessen og kalles Ficks diffusjonsligning, men vi vil ikke gå inn i det.
Med dette konseptet i tankene kan vi definere begrepet permeabilitet, som refererer til hastigheten der et stoff penetrerer membranen passivt under en rekke konkrete forhold.
På den annen side beveger vann også seg for sin konsentrasjonsgradient i et fenomen som kalles osmose. Selv om det ikke synes å være nøyaktig å referere til konsentrasjonen av vann, må vi forstå at vital væske oppfører seg som noe annet stoff, når det gjelder diffusjon.
-toni
Med tanke på de fysiske fenomenene som beskrives, vil konsentrasjonene som finnes både i cellen og utsiden bestemme transportretningen.
Således er toniciteten til en løsning responsen til cellene nedsenket i en løsning. Det er noen terminologi som brukes til dette scenariet:
isotonisk
En celle, vev eller løsning er isotonisk med hensyn til en annen dersom konsentrasjonen er like i begge deler. I en fysiologisk sammenheng vil en celle nedsenket i et isotonisk miljø ikke oppleve noen forandring.
hypoton
En løsning er hypotonisk med hensyn til cellen hvis konsentrasjonen av oppløsninger er lavere ute - det vil si at cellen har flere oppløsninger. I dette tilfellet er tendensen til vann å komme inn i cellen.
Hvis vi setter røde blodceller i destillert vann (som er fri for løsemidler), vil vannet gå inn til det er brist. Dette fenomenet kalles hemolyse.
hyperton
En løsning er hypertonisk i forhold til cellen hvis konsentrasjonen av oppløsninger er høyere ute - det vil si at cellen har færre oppløsninger.
I dette tilfellet er tendensen til vann å forlate cellen. Hvis vi setter røde blodlegemer i en mer konsentrert løsning, har vannet i globlene en tendens til å komme ut og cellen får et rynket utseende.
Disse tre konseptene har biologisk relevans. For eksempel skal egg av en marine organisme være isotonisk med hensyn til sjøvann for ikke å briste og ikke miste vann.
På samme måte bør parasitter som lever i blodet av pattedyr, ha en konsentrasjon av oppløsninger som ligner på mediet de utvikler seg i..
-Elektrisk innflytelse
Når vi snakker om ioner, som er ladede partikler, er bevegelsen gjennom membranene ikke rettet utelukkende av konsentrasjonsgradienter. I dette systemet er det nødvendig å ta hensyn til massene av oppløsningen.
Ionet har en tendens til å bevege seg bort fra de områder hvor konsentrasjonen er høy (som beskrevet i avsnitt osmose og diffusjon), og videre hvis det negative ion er å bevege seg mot områder hvor det er et økende negativt potensial. Husk at forskjellige kostnader er tiltrukket, og like kostnader avviser.
For å forutsi atjonens oppførsel må vi legge til de samlede kreftene i konsentrasjonsgradienten og den elektriske gradienten. Denne nye parameteren kalles nett elektrokemisk gradient.
Typer av mobiltransport klassifiseres avhengig av bruk - eller ikke - av energi ved systemet i passive og aktive bevegelser. Vi vil beskrive hver i detalj nedenfor:
Transmembran passiv transport
Passive bevegelser gjennom membranene innebærer passasje av molekyler uten direkte behov for energi. Da disse systemene ikke involverer energi, avhenger det utelukkende av konsentrasjonsgradienter (inkludert de elektriske) som eksisterer gjennom plasmamembranen.
Selv om energien som er ansvarlig for bevegelsen av partiklene, lagres i slike gradienter, er det hensiktsmessig og hensiktsmessig å fortsette å betrakte prosessen som passiv.
Det er tre elementære veier gjennom hvilke molekyler passivt kan passere fra den ene siden til den andre:
Enkel diffusjon
Den enkleste og mest intuitive måten å transportere et løsemiddel på er å krysse membranen etter de nevnte gradienter..
Molekylet diffunderer gjennom plasmamembranen, etterlater den vandige fase til side, oppløses i lipidpartiet og til slutt kommer inn i den vandige del av cellens indre. Det samme kan skje i motsatt retning, fra innsiden av cellen til utsiden.
Den effektive passasjen gjennom membranen vil bestemme nivået på termisk energi som systemet har. Hvis det er tilstrekkelig høyt, vil molekylet kunne krysse membranen.
Sett i mer detalj, må molekylet bryte alle hydrogenbindingene dannet i den vandige fase for å kunne bevege seg til lipidfasen. Denne hendelsen krever 5 kcal av kinetisk energi for hver kobling til stede.
Den neste faktoren som skal tas hensyn til er løseligheten av molekylet i lipidsonen. Mobilitet påvirkes av en rekke faktorer, som molekylets molekylvekt og form.
Kinetikken til det enkle diffusjonstrinn utviser ikke-metningskinetikk. Dette betyr at inngangen øker i forhold til konsentrasjonen av løsemiddelet som skal transporteres i det ekstracellulære området.
Vandige kanaler
Det andre alternativet av passerende molekyler gjennom den passive ruten er gjennom en vandig kanal plassert i membranen. Disse kanalene er en slags porer som tillater passasjen av molekylet, unngår kontakt med den hydrofobe regionen.
Visse ladede molekyler klarer å gå inn i cellen etter konsentrasjonsgradienten. Takket være dette systemet med kanaler fylt med vann, er membranene svært ugjennomtrengelige for ioner. Innenfor disse molekylene skiller seg ut natrium, kalium, kalsium og klor.
Transportbåndsmolekyl
Det siste alternativet er kombinasjonen av løsningsmidlet av interesse med et transportmolekyl som maskerer sin hydrofile natur, slik at den oppnår passasjen gjennom den lipidrike delen av membranen.
Transportøren øker lipidoppløseligheten av molekylet som må transporteres og favoriserer sin passasje til fordel for konsentrasjonsgradienten eller den elektrokjemiske gradienten.
Disse transportørproteiner arbeider på forskjellige måter. I det enkleste tilfellet overføres et løsemiddel fra den ene siden av membranen til en annen. Denne typen kalles en støtte. Omvendt, hvis et annet løsemiddel transporteres samtidig eller koplet, blir transportøren kalt tilhengere.
Hvis den koblede transportøren beveger de to molekylene i samme retning, er det en simporte, og hvis den gjør det i motsatte retninger, er transportøren antiport.
osmose
Det er typen mobiltransport der et løsningsmiddel passerer selektivt gjennom den semipermeable membranen.
Vann, for eksempel, har en tendens til å passere ved siden av cellen der konsentrasjonen er lavere. Bevegelsen av vann i den banen genererer et trykk som kalles osmotisk trykk.
Dette trykket er nødvendig for å regulere konsentrasjonen av stoffer i cellen, som da påvirker cellens form.
ultrafiltrerings
I dette tilfellet er bevegelsen av noen oppløsninger produsert ved effekten av et hydrostatisk trykk, fra området med høyeste trykk til det laveste trykk. I menneskekroppen skjer denne prosessen i nyrene takket være blodtrykket som er generert av hjertet.
På denne måten går vann, urea, etc. fra cellene til urinen; og hormoner, vitaminer, etc., forblir i blodet. Denne mekanismen er også kjent som dialyse.
Forenklet formidling
Det er stoffer med svært store molekyler (som glukose og andre monosakkarider), som trenger et bærerprotein til å spre seg. Denne diffusjonen er raskere enn enkel diffusjon og avhenger av:
- Konsentrasjonsgradienten av stoffet.
- Mengden av transportørproteiner tilstede i cellen.
- Hastigheten av proteinene tilstede.
Et av disse transportørproteinene er insulin, noe som letter diffusjonen av glukose og reduserer konsentrasjonen i blodet.
Transmembran aktiv transport
Så langt har vi diskutert passasjen av forskjellige molekyler gjennom kanaler uten energikostnad. I disse hendelsene er den eneste kostnaden å generere potensiell energi i form av differensialkonsentrasjoner på begge sider av membranen.
På denne måten bestemmes transportretningen av den eksisterende gradienten. Oppløselighetene begynner å bli transportert i henhold til de nevnte diffusjonsprinsippene, til de når et punkt der nettdiffusjonen slutter - nå er det kommet en likevekt. I tilfelle av ioner påvirkes bevegelsen også av lasten.
I det eneste tilfellet hvor fordelingen av ioner på begge sider av membranen er i ekte likevekt, er når cellen er død. Alle levende celler investerer mye kjemisk energi for å holde løsningsmiddelkonsentrasjoner borte fra likevekt.
Energien som brukes til å holde disse prosessene aktive er generelt ATP-molekylet. Adenosintrifosfat, forkortet ATP, er et grunnleggende energimolekyl i cellulære prosesser.
Kjennetegn ved aktiv transport
Aktiv transport kan virke mot konsentrasjonsgradienter, uansett hvor markert de er - denne egenskapen vil være tydelig med forklaring av natriumkaliumpumpen (se nedenfor).
Aktive transportmekanismer kan bevege seg mer enn én klasse av molekyl ad gangen. For aktiv transport brukes samme klassifisering som brukt til transport av flere molekyler samtidig i passiv transport: simporte og antiporte.
Transporten som utføres av disse pumpene, kan hemmeres ved anvendelse av molekyler som spesifikt blokkerer viktige steder i proteinet.
Transportkinetikken er av typen Michaelis-Menten. Begge atferdene - som er hemmet av noe molekyl og kinetikk - er typiske egenskaper ved enzymatiske reaksjoner.
Endelig må systemet ha spesifikke enzymer som kan hydrolysere ATP-molekylet, slik som ATPaser. Dette er mekanismen som systemet får den energien som kjennetegner den.
Transportselektivitet
De involverte pumpene er ekstremt selektive i molekylene som skal transporteres. For eksempel, hvis pumpen er en bærer av natriumioner, vil den ikke ta litiumioner, selv om begge ioner er svært like i størrelse.
Det antas at proteiner kan skille mellom to diagnostiske egenskaper: enkel dehydrering av molekylet og samspillet med ladningene inne i transportørens porer.
Det er kjent at store ioner klarer å dehydrere enkelt, hvis vi sammenligner dem med en liten ion. Således vil en pore med svake polare sentre bruke store ioner, fortrinnsvis.
Omvendt, i kanalene med sterkt ladede sentre dominerer samspillet med dehydrert ion.
Eksempel på aktiv transport: natrium-kaliumpumpe
For å forklare mekanismer 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 utprøvde gradienter av natriumioner (Na+) og kalium (K+).
I det fysiologiske miljøet er konsentrasjonen av kalium inne i cellene 10 til 20 ganger høyere enn i utsiden av cellene. I motsetning til dette er natriumioner funnet mye mer konsentrert i det ekstracellulære miljøet.
Med prinsippene som styrer bevegelsen av ioner passivt, ville det være umulig å opprettholde disse konsentrasjonene, derfor krever cellene et aktivt transportsystem, og dette er natrium-kaliumpumpen.
Pumpen er dannet av et proteinkompleks av ATPase typen forankret til plasmamembranen av alle dyreceller. Dette har bindingssteder for begge ioner og er ansvarlig for transport med energiinjeksjon.
Hvordan pumpen fungerer?
I dette systemet er det to faktorer som bestemmer bevegelsen av ionene mellom de cellulære og ekstracellulære rom. Den første er hastigheten ved hvilken natriumkaliumpumpen virker, og den andre faktoren er hastigheten der ionet kan komme inn i cellen igjen (i tilfelle natrium) gjennom passive diffusjonshendelser.
På den måten bestemmer hastigheten som ionene inn i cellen, hvor raskt pumpen skal arbeide for å opprettholde en passende konsentrasjon av ioner..
Driften av pumpen avhenger av en rekke konformasjonsendringer i proteinet som er ansvarlig for transport av ioner. Hvert molekyl av ATP hydrolyseres direkte, i prosessen tre natriumioner forlater cellen og samtidig inn i to kaliumioner inn i cellemiljøet.
Masstransport
Det er en annen type aktiv transport som hjelper i bevegelsen av makromolekyler, som polysakkarider og proteiner. Det kan oppstå gjennom:
-endocytose
Det er tre prosesser for endocytose: fagocytose, pinocytose og ligand-mediert endocytose:
fagocytose
Fagocytose er den type transport hvor en fast partikkel er dekket av en vesikkel eller fagosom som utgjøres av sammensmeltede pseudopoder. Den faste partikkelen som forblir inne i vesiklen blir fordøyd av enzymer og når dermed det indre av cellen.
På denne måten arbeider hvite blodlegemer i kroppen; fagocytisere bakterier og fremmedlegemer som en forsvarsmekanisme.
pinocitosis
Pinocytose oppstår når stoffet som skal transporteres, er en dråpe eller vesikkel av ekstracellulær væske, og membranen oppretter en pinocytisk vesikkel hvori innholdet av vesiklet eller dråpen behandles for å gå tilbake til overflaten av cellen..
Endocytose gjennom en reseptor
Det er en prosess som ligner pinocytose, men i dette tilfellet opptrer membranets invaginering når et bestemt molekyl (ligand) binder seg til membranreseptoren.
Flere endocytiske vesikler går sammen og danner en større struktur kalt endosomet, som er hvor liganden separeres fra reseptoren. Deretter går reseptoren tilbake til membranen og liganden binder seg til et liposom der det fordøyes av enzymer.
-eksocytose
Det er en type mobiltransport der stoffet må tas utenfor cellen. Under denne prosessen knytter membranen til sekretorisk vesikkel til cellemembranen og frigjør innholdet i vesiklet.
På denne måten eliminerer cellene de syntetiserte stoffene eller avfallene. Dette er også hvordan de frigjør hormoner, enzymer eller nevrotransmittere.
referanser
- Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B. E. (2003). Biologi: Livet på jorden. Pearson utdanning.
- Donnersberger, A. B., & Lesak, A. E. (2002). Laboratoriebok om anatomi og fysiologi. Editorial Paidotribo.
- Larradagoitia, L. V. (2012). Anatomofysiologi og grunnleggende patologi. Paraninfo Editorial.
- Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., French, K., & Eckert, R. (2002). Eckert dyre fysiologi. Macmillan.
- Vived, À. M. (2005). Grunnleggende om fysiologi av fysisk aktivitet og sport. Ed. Panamericana Medical.