Rakkude transpordiliigid ja nende omadused



The mobiilside see hõlmab liikluse ja molekulide nihkumist rakkude sisemuse ja välimise vahel. Molekulide vahetus nende kambrite vahel on organismi korrektseks toimimiseks hädavajalik nähtus ja vahendab mitmeid sündmusi, näiteks membraani potentsiaali, et mainida mõningaid..

Bioloogilised membraanid ei vastuta ainult raku piiritlemise eest, vaid neil on ka asendamatu roll ainete liikumisel. Neil on rida valke, mis ületavad struktuuri ja võimaldavad väga selektiivselt teatud molekulide sisenemist.

Mobiilside liigitatakse kahte põhiliiki, sõltuvalt sellest, kas süsteem kasutab energiat otse või mitte.

Passiivne transport ei vaja energiat, ja molekulid suudavad läbida membraani passiivse difusiooni, vesikanalite või transporditavate molekulide abil. Aktiivse transpordi suund määratakse ainult membraani mõlema külje kontsentratsioonigradientide vahel.

Seevastu vajab teine ​​transpordiliik energiat ja seda nimetatakse aktiivseks transpordiks. Tänu süsteemi sisestatud energiale võivad pumbad molekule nende kontsentratsioonigradientide suhtes liigutada. Kõige olulisem näide kirjanduses on naatrium-kaaliumpump.

Indeks

  • 1 Teoreetilised alused
    • 1.1 - rakumembraanid
    • 1.2 -Lipiidid membraanides
    • 1.3. Proteiinid membraanides
    • 1.4 - Membraani selektiivsus
    • 1.5 -Diffusioon ja osmoos
    • 1.6
    • 1.7
  • 2 Transmembraanne passiivne transport
    • 2.1 Lihtne edastamine
    • 2.2 Veekanalid
    • 2.3 Molekuli transportadora
    • 2.4 Osmoos
    • 2.5 Ultrafiltreerimine
    • 2.6 Lihtsustatud levitamine
  • 3 Transmembraanne aktiivne transport
    • 3.1 Aktiivse transpordi omadused
    • 3.2 Transpordi selektiivsus
    • 3.3 Näide aktiivsest transpordist: naatrium-kaaliumpump
    • 3.4 Kuidas pump töötab?
  • 4 Massitransport
    • 4.1 -Endotsütoos
    • 4.2 -Etsotsütoos
  • 5 Viited

Teoreetilised alused

-Rakumembraanid

Et mõista, kuidas ainete ja molekulidega kaubitsemine toimub raku ja külgnevate sektsioonide vahel, on vaja analüüsida bioloogiliste membraanide struktuuri ja koostist..

-Lipiidid membraanides

Rakke ümbritseb õhuke ja kompleksne lipiidiga membraan. Aluseline komponent on fosfolipiidid.

Need koosnevad polaarsest peast ja apolaarsetest sabadest. Membraanid koosnevad kahest fosfolipiidikihist - "lipiidi kahekihilised" -, kus sabad on rühmitatud ja pead annavad ekstra ja intratsellulaarse näo..

Molekule, mis omavad nii polaarset kui ka apolaarset tsooni, nimetatakse amfipaatilisteks. See omadus on oluline lipiidkomponentide ruumilise korralduse jaoks membraanides.

Seda struktuuri jagavad rakud, mis ümbritsevad subcellulaarseid sektsioone. Pidage meeles, et membraani ümbritseb ka mitokondrid, kloroplastid, vesiikulid ja muud organellid.

Lisaks fosfoglütseriididele või fosfolipiididele on membraanid rikkad sfingolipiidide poolest, millel on luustikud, mis on moodustatud sfingosiini ja sterooli nimega molekulist. Selles viimases rühmas leiame kolesterooli, lipiidi, mis moduleerib membraanide omadusi kui selle voolavust.

-Valgud membraanides

Membraan on dünaamiline struktuur, mis sisaldab mitmeid valke sees. Membraani valgud toimivad mingi "väravavahtena" või "valvurina", mis määravad suure selektiivsusega, kes siseneb ja lahkub rakust.

Sel põhjusel öeldakse, et membraanid on poolläbilaskvad, kuna mõned ühendid suudavad siseneda ja teised ei..

Mitte kõik membraanis olevad valgud ei vastuta liikluse vahendamise eest. Teised vastutavad väliste signaalide püüdmise eest, mis annavad rakulise vastuse välistele stiimulitele.

-Membraani selektiivsus

Membraani lipiidide sisemus on väga hüdrofoobne, mis muudab membraani polaarsete või hüdrofiilsete molekulide läbipääsuks väga mitteläbilaskvaks (see mõiste tähendab "armunud veega")..

See tähendab täiendavaid raskusi polaarsete molekulide läbimisel. Siiski on vajalik vees lahustuvate molekulide transiit, nii et rakkudel on mitmeid transpordimehhanisme, mis võimaldavad nende ainete tõhusat nihet raku ja selle väliskeskkonna vahel..

Samamoodi tuleb transportida suuri molekule, näiteks valke, ja nõuda spetsiaalseid süsteeme.

-Difusioon ja osmoos

Osakeste liikumine läbi rakumembraanide toimub järgmiste füüsikaliste põhimõtete kohaselt.

Need põhimõtted on difusioon ja osmoos ning neid kasutatakse lahuste ja lahustite liikumisel lahuses läbi poolläbilaskva membraani - näiteks elusrakkudes leiduvate bioloogiliste membraanide..

Difusioon on protsess, mis hõlmab suurte kontsentratsioonide piirkondadest suspendeeritud osakeste juhuslikku termilist liikumist madalama kontsentratsiooniga piirkondadesse. On olemas matemaatiline väljend, mis püüab protsessi kirjeldada ja mida nimetatakse Ficki difusioonivõrrandiks, kuid me ei lähe sellele.

Seda mõistet silmas pidades saame määratleda termini läbilaskvus, mis viitab kiirusele, millega aine tungib membraani passiivselt konkreetsete tingimuste seeriasse.

Teisest küljest liigub vesi ka kontsentratsioonigradienti kasuks osmoosi nime all. Kuigi veekontsentratsioonile ei tundu olevat täpne, peame mõistma, et elutähtsad vedelikud käituvad nagu kõik teised ained selle leviku osas..

-Toonus

Võttes arvesse kirjeldatud füüsilisi nähtusi, määravad nii raku sees kui ka väljaspool olevad kontsentratsioonid transpordi suuna.

Seega on lahuse toonilisus lahusesse kastetud rakkude vastus. Selle stsenaariumi puhul on kasutatud mõnda terminoloogiat:

Isotooniline

Rakk, koe või lahus on teise suhtes isotooniline, kui kontsentratsioon mõlemas elemendis on võrdne. Füsioloogilises kontekstis ei esine isotoonilises keskkonnas sukeldatud rakk mingeid muutusi.

Hüpotoniline

Lahus on raku suhtes hüpotooniline, kui soluutide kontsentratsioon on madalam - see tähendab, et rakul on rohkem lahustunud aineid. Sellisel juhul on vee kalduvus siseneda rakku.

Kui paneme punased verelibled destilleeritud vette (mis ei sisalda lahustuvaid aineid), siseneb vesi kuni lõhkemiseni. Seda nähtust nimetatakse hemolüüsiks.

Hüpertooniline

Lahus on raku suhtes hüpertooniline, kui soluutide kontsentratsioon on kõrgemal väljaspool - see tähendab, et rakul on vähem lahustunud aineid.

Sel juhul on vee kalduvus rakust lahkuda. Kui paneme punaste vereliblede kontsentreeritumasse lahusesse, kipub globulite vesi kalduma välja ja rakk saab kortsusliku välimuse.

Neil kolmel mõistel on bioloogiline tähtsus. Näiteks peavad mereorganismi munad olema merevee suhtes isotoonilised, et mitte lõhkuda ja mitte kaotada vett.

Samamoodi peaks imetajate veres elavate parasiitide kontsentratsioon olema samasugune kui söötmel, milles nad arenevad..

-Elektriline mõju

Kui me räägime ioonidest, mis on laetud osakesed, ei liigu membraanide liikumine üksnes kontsentratsioonigradientidega. Selles süsteemis on vaja arvestada soluutide koormusi.

Ioon kaldub liikuma kaugemale piirkondadest, kus kontsentratsioon on kõrge (nagu on kirjeldatud osmoosi ja difusiooni osas), ja ka siis, kui ioon on negatiivne, liigub see piirkondade poole, kus on kasvav negatiivne potentsiaal. Pidage meeles, et meelitatakse erinevaid tasusid ja võrdsed tasud tõrjuvad.

Iooni käitumise prognoosimiseks peame lisama kontsentratsioonigradienti ja elektrilise gradiendi kombineeritud jõud. Seda uut parameetrit nimetatakse elektrokeemiliseks netoklassiks.

Mobiilside tüübid liigitatakse sõltuvalt sellest, kas süsteem kasutab või ei kasuta energiat passiivsetes ja aktiivsetes liikumistes. Allpool kirjeldame igaüks neist üksikasjalikult:

Transmembraanne passiivne transport

Passiivsed liikumised läbi membraanide hõlmavad molekulide läbipääsu ilma otsese energiavajaduseta. Kuna need süsteemid ei sisalda energiat, sõltub see ainult kontsentratsioonigradientidest (kaasa arvatud elektrilised), mis eksisteerivad plasmamembraani kaudu.

Kuigi osakeste liikumise eest vastutav energia säilitatakse sellistes kaldedes, on asjakohane ja mugav jätkata protsessi käsitlemist passiivsena..

On kolm elementaarset rada, mille kaudu molekulid võivad passiivselt ühelt küljelt teisele liikuda:

Lihtne difusioon

Lihtsaim ja intuitiivsem viis soluudi transportimiseks on läbida membraani eespool nimetatud gradientide järgi..

Molekul difundeerub läbi plasmamembraani, jättes vesifaasi kõrvale, lahustub lipiidiosas ja lõpuks siseneb raku interjööri vesiosa. Sama võib juhtuda ka vastupidises suunas, raku sisemusest väljapoole.

Tõhus läbipääs läbi membraani määrab kindlaks süsteemi soojusenergia taseme. Kui see on piisavalt kõrge, saab molekul läbida membraani.

Täpsemalt vaadates peab molekul katkestama kõik vesifaasis moodustunud vesiniksidemed, et liikuda lipiidi faasi. See sündmus nõuab 5 kcal kineetilist energiat iga olemasoleva lingi kohta.

Järgmine tegur, mida tuleb arvesse võtta, on molekuli lahustuvus lipiiditsoonis. Liikuvust mõjutavad mitmed tegurid, nagu molekuli molekulmass ja kuju.

Lihtse difusioonietapi kineetika näitab küllastumata kineetikat. See tähendab, et sisend suureneb propellatiivselt ekstratsellulaarses piirkonnas transporditava lahustunud aine kontsentratsiooniga.

Veekanalid

Molekulide passiivse marsruudi läbimise teine ​​võimalus on läbi membraanis oleva vesikanali. Need kanalid on mingi poorid, mis võimaldavad molekuli läbipääsu, vältides kokkupuudet hüdrofoobse piirkonnaga.

Teatud laetud molekulid sisenevad rakku pärast selle kontsentratsiooni gradiendi. Tänu sellele kanalite süsteemile, mis on täidetud veega, on membraanid ioonidele väga mitteläbilaskvad. Nendes molekulides paistavad silma naatriumi, kaaliumi, kaltsiumi ja kloori.

Konveierimolekul

Viimane alternatiiv on huvipakkuva lahusti kombinatsioon transpordimolekuliga, mis maskeerib selle hüdrofiilse olemuse, nii et see saavutab läbipääsu membraani lipiidirikkas osas..

Vedaja suurendab transporditava molekuli lipiidide lahustuvust ja soodustab selle läbimist kontsentratsiooni gradiendi või elektrokeemilise gradiendi kasuks..

Need transportervalgud töötavad erinevalt. Kõige lihtsamal juhul viiakse soluut üle membraani ühelt küljelt teisele. Seda tüüpi nimetatakse toeks. Seevastu, kui mõnda teist tahket ainet transporditakse samaaegselt või haakitakse, nimetatakse vedajat haagiseks.

Kui ühendatud konveier liigutab kahte molekuli samas suunas, siis on see lihtsam ja kui see toimib vastupidises suunas, on konveier antiport..

Osmoos

See on rakulise transpordi tüüp, milles lahusti läbib valikuliselt läbi poolläbilaskva membraani.

Vesi kaldub näiteks liikuma selle raku kõrval, kus selle kontsentratsioon on madalam. Vee liikumine sellel teel tekitab rõhu, mida nimetatakse osmootiliseks rõhuks.

See rõhk on vajalik rakkude kontsentratsiooni reguleerimiseks, mis mõjutab seejärel raku kuju.

Ultrafiltreerimine

Sellisel juhul tekib mõnede lahustuvate ainete liikumine hüdrostaatilise rõhu mõjul suurima rõhu piirkonnast kuni madalaima rõhuni. Inimkehas toimub see protsess neerudes tänu südame poolt tekitatud vererõhule.

Sel viisil liigub vesi, uurea jne rakkudest uriinini; ja hormoonid, vitamiinid jne. Seda mehhanismi tuntakse ka kui dialüüsi.

Lihtsustatud levitamine

On aineid, millel on väga suured molekulid (nagu glükoos ja muud monosahhariidid), mis vajavad levikut kandvat valku. See difusioon on kiirem kui lihtne difusioon ja see sõltub:

  • Aine kontsentratsiooni gradient.
  • Rakus olevate transportervalkude kogus.
  • Olemasolevate valkude kiirus.

Üks neist transportervalkudest on insuliin, mis hõlbustab glükoosi difusiooni, vähendades selle kontsentratsiooni veres.

Transmembraanne aktiivne transport

Seni oleme arutanud erinevate molekulide läbipääsu kanalite kaudu ilma energiakuludeta. Nendes sündmustes on ainus kulu potentsiaalse energia genereerimine diferentsiaalkontsentratsioonide kujul membraani mõlemal küljel.

Sel viisil määrab transpordisuund olemasoleva gradiendi. Lahustunud aineid hakatakse transportima, järgides nimetatud difusiooni põhimõtteid, kuni nad jõuavad punkti, kus võrgudifusioon lõpeb - ​​sel hetkel on saavutatud tasakaal. Ioonide puhul mõjutab liikumist ka koormus.

Kuid ainsal juhul, kui ioonide jaotus membraani mõlemal küljel on reaalses tasakaalus, siis kui rakk on surnud. Kõik elusrakud investeerivad suure hulga keemilist energiat, et hoida lahustunud kontsentratsioonid tasakaalust välja.

Nende protsesside säilitamiseks kasutatud energia on üldiselt ATP molekul. Adenosiintrifosfaat, lühendatult ATP, on rakulistes protsessides põhiline energia molekul.

Aktiivse transpordi omadused

Aktiivne transport võib toimida kontsentratsioonigradientide vastu, olenemata sellest, kui märgistatud need on - see omadus on selge naatriumi-kaaliumi pumba seletusega (vt allpool)..

Aktiivsed transpordimehhanismid võivad korraga liikuda rohkem kui ühe molekuli klassi. Aktiivseks transpordiks kasutatakse sama klassifikatsiooni mitme molekuli üheaegseks transportimiseks passiivses transpordis: simporte ja antiporte.

Nende pumpade poolt teostatavat transporti saab pärssida molekulide kasutamine, mis blokeerivad spetsiifiliselt proteiini olulisi kohti.

Transpordi kineetika on Michaelis-Menten tüüpi. Mõlemad käitumised - mida inhibeerivad mõned molekulid ja kineetika - on ensümaatiliste reaktsioonide tüüpilised omadused.

Lõpuks peab süsteemil olema spetsiifilised ensüümid, mis võivad ATP molekuli, näiteks ATPaase, hüdrolüüsida. See on süsteem, mille abil süsteem saab energiat, mis seda iseloomustab.

Transpordi selektiivsus

Asjaomased pumbad on transporditavate molekulide puhul äärmiselt selektiivsed. Näiteks kui pump on naatriumioonide kandja, ei võta see liitiumioonid, kuigi mõlemad ioonid on suurusega väga sarnased.

Eeldatakse, et valgud võivad eristada kahte diagnostilist omadust: molekuli dehüdratsiooni lihtsust ja koostoimet laengutega vedaja pooride sees..

On teada, et suured ioonid suudavad kergesti veetustada, kui me võrdleme neid väikese iooniga. Seega kasutab nõrkade polaarsete tsentritega poorid suuremaid ioone, eelistatavalt.

Vastupidi, tugevalt laetud keskustega kanalites domineerib interaktsioon dehüdreeritud iooniga.

Näide aktiivsest transpordist: naatrium-kaaliumpump

Aktiivse transpordi mehhanismide selgitamiseks on kõige parem seda teha kõige paremini uuritud mudeliga: naatrium-kaaliumpump.

Rakkude silmatorkav tunnus on võime säilitada naatriumioonide väljendunud gradiente (Na+) ja kaalium (K+).

Füsioloogilises keskkonnas on kaaliumi kontsentratsioon rakkudes 10 kuni 20 korda suurem kui rakkude välisküljel. Seevastu naatriumioonid on ekstratsellulaarses keskkonnas palju kontsentreeritumad.

Nende põhimõtete abil, mis reguleerivad ioonide liikumist passiivselt, oleks võimatu neid kontsentratsioone säilitada, mistõttu rakud vajavad aktiivset transpordisüsteemi ja see on naatrium-kaaliumpump.

Pumba moodustab ATPaasi tüüpi valgukompleks, mis on kinnitatud kõigi loomarakkude plasmamembraani külge. Sellel on sidumissaidid mõlemale ioonile ja vastutab transpordi eest energia süstimise teel.

Kuidas pump töötab?

Selles süsteemis on kaks faktorit, mis määravad ioonide liikumise raku- ja rakuväliste sektsioonide vahel. Esimene on kiirus, millega naatrium-kaaliumpump toimib, ja teine ​​tegur on kiirus, millega ioon saab uuesti rakku siseneda (naatriumi puhul) passiivsete difusiooni sündmuste kaudu.

Sel moel määrab kiirus, millega ioonid rakku sisenevad, kiiruse, millega pump peab töötama, et säilitada sobiv ioonide kontsentratsioon..

Pumba töötamine sõltub valkude transportimise eest vastutavatest valgu konformatsioonilistest muutustest. Iga ATP molekul hüdrolüüsitakse otse, protsessis lahkuvad rakust kolm naatriumiooni ja samal ajal sisestavad rakukeskkonda kaks kaaliumiiooni..

Massitransport

See on teine ​​aktiivse transpordi tüüp, mis aitab kaasa makromolekulide, näiteks polüsahhariidide ja valkude liikumisele. See võib toimuda:

-Endotsütoos

Endotsütoosi on kolm protsessi: fagotsütoos, pinotsütoos ja ligand-vahendatud endotsütoos:

Fagotsütoos

Fagotsütoos on transpordiliik, milles tahke osakese katab konditsioneeritud pseudopoodidest koosnev vesikulaar või fagosoom. See tahke osake, mis jääb vesiikulisse, lagundatakse ensüümidega ja jõuab seega raku sisemusse.

Sel viisil töötavad valgeverelibled organismis; phagocytize bakterid ja võõrkehad kui kaitsemehhanism.

Pinotsütoos

Pinotsütoos tekib siis, kui transporditav aine on rakuvälise vedeliku tilk või vesikulaar ja membraan loob pinotsüütilise vesiikuli, milles raku pinnale tagasipöördumiseks töödeldakse vesiikuli või tilkade sisu..

Endotsütoos retseptori kaudu

See on protsess, mis on sarnane pinotsütoosiga, kuid sel juhul tekib membraani invagineerimine siis, kui teatud molekul (ligand) seondub membraaniretseptoriga..

Mitmed endotsüütlikud vesiikulid ühinevad ja moodustavad suurema struktuuri, mida nimetatakse endosoomiks, milleks ligand eraldatakse retseptorist. Seejärel pöördub retseptor tagasi membraanile ja ligand seondub liposoomiga, milles see ensüümidega lagundatakse.

-Eksotsütoos

Tegemist on rakulise transpordiga, mille puhul aine tuleb võtta väljaspool rakku. Selle protsessi käigus ühendab sekretoorse vesiikuli membraan rakumembraaniga ja vabastab vesiikuli sisu.

Sel viisil kõrvaldavad rakud sünteesitud ained või jäätmed. Samuti vabastavad nad hormoonid, ensüümid või neurotransmitterid.

Viited

  1. Audesirk, T., Audesirk, G., ja Byers, B.E. (2003). Bioloogia: elu Maal. Pearsoni haridus.
  2. Donnersberger, A. B., ja Lesak, A. E. (2002). Laboratoorne anatoomia ja füsioloogia raamat. Toimetus Paidotribo.
  3. Larradagoitia, L. V. (2012). Anato-füsioloogia ja patoloogia. Paraninfo toimetamine.
  4. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., prantsuse keel, K. ja Eckert, R. (2002). Eckert loomade füsioloogia. Macmillan.
  5. Vived, À. M. (2005). Kehalise aktiivsuse ja spordi füsioloogia alused. Ed. Panamericana Medical.