LĄSTELIŲ PERNEŠIMAS: TIPAI IR JŲ SAVYBĖS - BIOLOGIJA - 2025

Transportas ląstelių apima eismo ir judėjimo molekulių tarp vidaus ir išorės ląstelių. Keitimasis molekulėmis tarp šių skyrių yra svarbus tinkamo organizmo funkcionavimo reiškinys. Tarp jų galima paminėti keletą įvykių, pavyzdžiui, membranos potencialą.

Biologinės membranos yra atsakingos ne tik už ląstelės atsiribojimą, jos taip pat vaidina nepakeičiamą vaidmenį prekiaujant medžiagomis. Jie turi daugybę baltymų, kurie kerta struktūrą ir labai selektyviai leidžia arba neleidžia patekti į tam tikras molekules.

Šaltinis: „LadyofHats“, per „Wikimedia Commons“

Korinis transportas skirstomas į du pagrindinius tipus, atsižvelgiant į tai, ar sistema tiesiogiai naudoja energiją, ar ne.

Pasyviam transportavimui nereikia energijos, o molekulės gali pereiti membraną pasyvios difuzijos būdu, per vandeninius kanalus ar pernešamas molekules. Aktyviojo transportavimo kryptis nustatoma tik pagal koncentracijos gradientus tarp abiejų membranos pusių.

Priešingai, antrajai transporto rūšiai reikia energijos ir ji vadinama aktyviu transportu. Į sistemą suleistos energijos dėka siurbliai gali judinti molekules pagal jų koncentracijos gradientus. Ryškiausias literatūros pavyzdys yra natrio-kalio pompa.

Teorinės bazės

-Ląstelių membranos

Norint suprasti, kaip vyksta medžiagų ir molekulių judėjimas tarp ląstelės ir gretimų skyrių, būtina išanalizuoti biologinių membranų struktūrą ir sudėtį.

-Lipidai membranose

Autorius: Jpablo cad, iš „Wikimedia Commons“

Ląstelės yra apsuptos plonos ir sudėtingos lipidų pobūdžio membranos. Pagrindinis komponentas yra fosfolipidai.

Jie sudaryti iš polinės galvos ir apoliarinės uodegos. Membranos sudarytos iš dviejų fosfolipidų sluoksnių - „lipidų dvisluoksnių sluoksnių“, kuriuose uodegos yra sugrupuotos viduje, o galvos yra nukreiptos į papildomą ir tarpląstelinį paviršius.

Molekulės, turinčios ir polinę, ir apolinę zonas, vadinamos amfipatinėmis. Ši savybė yra labai svarbi lipidų komponentų erdvinėms organizacijoms membranose.

Šią struktūrą dalijasi membranos, apimančios tarpląstelinius skyrius. Atminkite, kad mitochondrijos, chloroplastai, pūslelės ir kiti organeliai taip pat yra apsupti membranos.

Be fosfogliceridų ar fosfolipidų, membranose gausu sfingolipidų, kurių skeletas yra sudarytas iš molekulės, vadinamos sfingozinu, ir sterolių. Šioje paskutinėje grupėje randame cholesterolį, lipidą, kuris moduliuoja membranos savybes, tokias kaip jos sklandumas.

- Baltymai membranose

1 pav. Skysčio mozaikos modelio schema. Šaltinis: LadyofHats Mariana Ruiz, vertimas Pilar Saenz, per „Wikimedia Commons“

Membrana yra dinamiška struktūra, kurios viduje yra daug baltymų. Membranos baltymai veikia kaip tam tikri molekuliniai „sargai“ arba „sargai“, kurie labai selektyviai nustato, kas įeina į ląstelę ir kas ją palieka.

Dėl šios priežasties sakoma, kad membranos yra pusiau pralaidžios, nes vieni junginiai sugeba patekti, o kiti - ne.

Ne visi baltymai, esantys membranoje, yra atsakingi už tarpininkų judėjimą. Kiti yra atsakingi už išorinių signalų, kurie sukuria ląstelės atsaką į išorinius dirgiklius, fiksavimą.

- Membranos selektyvumas

Lipidinis membranos vidus yra labai hidrofobinis, todėl membrana yra labai nepralaidi poliarinio ar hidrofilinio pobūdžio molekulių praleidimui (šis terminas reiškia „įsimylėjęs vandenį“).

Tai reiškia papildomus sunkumus praeinant polines molekules. Tačiau vandenyje tirpių molekulių tranzitas yra būtinas, kad ląstelės turėtų daugybę transportavimo mechanizmų, leidžiančių efektyviai judėti šioms medžiagoms tarp ląstelės ir jos išorinės aplinkos.

Taip pat reikia gabenti dideles molekules, tokias kaip baltymai, ir joms reikia specialių sistemų.

-Difuzija ir osmozė

Dalelių judėjimas per ląstelių membranas vyksta pagal šiuos fizinius principus.

Šie principai yra difuzija ir osmosas. Jie taikomi tirpių medžiagų ir tirpiklių judėjimui tirpale per pusiau pralaidžią membraną, tokią kaip biologinės membranos, esančios gyvose ląstelėse.

Difuzija yra procesas, kuris apima atsitiktinį suspenduotų dalelių judėjimą iš didelės koncentracijos regionų į mažesnės koncentracijos regionus. Yra matematinė išraiška, kuria siekiama apibūdinti procesą ir kuri vadinama Ficko difuzijos lygtimi, tačiau mes ja nesigilinsime.

Turėdami omenyje šią koncepciją, mes galime apibrėžti pralaidumo terminą, kuris reiškia greitį, kuriuo cheminė medžiaga sugeba pasyviai prasiskverbti į membraną tam tikromis specifinėmis sąlygomis.

Kita vertus, vanduo taip pat juda pagal savo koncentracijos gradientą reiškinyje, vadinamame osmosu. Nors atrodo netikslu nurodyti vandens koncentraciją, mes turime suprasti, kad gyvybiškai svarbus skystis pasiskirsto kaip bet kuri kita medžiaga.

-Toniškumas

Atsižvelgiant į aprašytus fizikinius reiškinius, koncentracijos, esančios tiek ląstelėje, tiek išorėje, lems transportavimo kryptį.

Taigi tirpalo tonusas yra ląstelių, panardintų į tirpalą, atsakas. Šiam scenarijui taikoma tam tikra terminija:

Izotoninis

Ląstelė, audinys ar tirpalas yra izotoninis kito atžvilgiu, jei abiejuose elementuose koncentracija yra vienoda. Fiziologiniame kontekste ląstelė, panardinta į izotoninę aplinką, nebus keičiama.

Hipotoninis

Tirpalas yra hipotoniškas ląstelės atžvilgiu, jei tirpių koncentracija išorėje yra mažesnė - tai yra, ląstelėje yra daugiau tirpių. Tokiu atveju vanduo linkęs patekti į ląstelę.

Jei mes įdėtume raudonuosius kraujo kūnelius į distiliuotą vandenį (kuriame nėra tirpių medžiagų), vanduo patektų, kol jie sprogs. Šis reiškinys vadinamas hemolize.

Hipertoninis

Tirpalas yra hipertoninis ląstelės atžvilgiu, jei ištirpusių medžiagų koncentracija yra didesnė išorėje - tai yra, ląstelėje yra mažiau tirpių medžiagų.

Tokiu atveju vanduo linkęs palikti ląstelę. Jei mes įdėsime raudonuosius kraujo kūnelius į labiau koncentruotą tirpalą, vanduo kraujo ląstelėse turi tendenciją nutekėti ir ląstelė įgauna raukšlę.

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

Panašiai ir parazitų, gyvenančių žinduolių kraujyje, tirpių medžiagų koncentracija turi būti panaši į aplinką, kurioje jie vystosi.

-Elektros įtaka

Kai mes kalbame apie jonus, kuriuose yra įkrautos dalelės, judėjimą per membranas lemia ne tik koncentracijos gradientai. Šioje sistemoje reikia atsižvelgti į tirpių medžiagų krūvius.

Jonas linkęs tolti nuo regionų, kuriuose yra aukšta koncentracija (kaip aprašyta skyriuje apie osmozę ir difuziją), o jei jonai yra neigiami, jie judės link tų regionų, kuriuose yra augantis neigiamas potencialas. Atminkite, kad skirtingi mokesčiai traukia, o tokie mokesčiai atstumia.

Norėdami nuspėti jonų elgseną, turime sudėti koncentracijos gradiento ir elektrinio gradiento jėgas. Šis naujas parametras vadinamas grynuoju elektrocheminiu gradientu.

Ląstelių pernešimo tipai klasifikuojami priklausomai nuo to, ar sistema naudoja energiją (ar ne) pasyvių ir aktyvių judesių metu. Žemiau apibūdinsime kiekvieną iš jų:

Pasyvus transmembraninis transportas

Pasyvūs judesiai per membranas apima molekulių praėjimą be tiesioginio energijos poreikio. Kadangi šiose sistemose nėra energijos, tai priklauso tik nuo koncentracijos gradientų (įskaitant elektrinius), kurie yra plazmos membranoje.

Nors energija, atsakinga už dalelių judėjimą, kaupiama tokiuose nuolydžiuose, tikslinga ir patogu toliau laikyti procesą pasyviu.

Yra trys pagrindiniai būdai, kuriais molekulės gali pasyviai pereiti iš vienos pusės į kitą:

Paprasta difuzija

Paprasčiausias ir intuityviausias tirpintos medžiagos gabenimo būdas yra tai, kad jis kerta membraną pagal aukščiau nurodytus nuolydžius.

Molekulė pasklinda per plazmos membraną, palikdama vandeninę fazę nuošalyje, ištirpsta lipido dalyje ir galiausiai patenka į vandeninę ląstelės vidų. Tas pats gali nutikti ir priešinga kryptimi, nuo ląstelės vidaus iki išorės.

Veiksmingą praėjimą per membraną lems sistemos šiluminės energijos lygis. Jei ji yra pakankamai aukšta, molekulė galės kirsti membraną.

Žiūrint detaliau, molekulė turi sulaužyti visus vandenilio ryšius, susiformavusius vandeninėje fazėje, kad galėtų pereiti į lipidų fazę. Šiam įvykiui reikia 5 kcal kinetinės energijos kiekvienai esamai jungčiai.

Kitas veiksnys, į kurį reikia atsižvelgti, yra molekulės tirpumas lipidų zonoje. Judrumui turi įtakos įvairūs veiksniai, tokie kaip molekulinė masė ir molekulės forma.

Praeinant paprastąja difuzija kinetika rodo neprisotinimo kinetiką. Tai reiškia, kad įėjimas padidėja proporcingai tirpios medžiagos, gabenamos tarpląsteliniame regione, koncentracijai.

Vandeniniai kanalai

Antroji alternatyva molekulėms praeiti pasyviu keliu yra per vandeninį kanalą, esantį membranoje. Šie kanalai yra tam tikros poros, leidžiančios praeiti molekulę, išvengiant sąlyčio su hidrofobine sritimi.

Tam tikros įkrautos molekulės patenka į ląstelę laikydamosi jų koncentracijos gradiento. Dėl šios sistemos, užpildytos vandeniu, kanalų membranos yra labai nepralaidžios jonams. Tarp šių molekulių išsiskiria natris, kalis, kalcis ir chloras.

Nešiklio molekulė

Paskutinė alternatyva yra dominančios tirpios medžiagos derinys su nešiklio molekule, užmaskuojančia jos hidrofiliškumą, kad ji praeitų pro lipidų turinčią membranos dalį.

Nešiklis padidina molekulės, kurią reikia transportuoti, lipidų tirpumą ir palaiko jos praėjimą link koncentracijos gradiento arba elektrocheminio gradiento.

Šie baltymai-nešikliai veikia skirtingai. Paprasčiausiu atveju tirpioji medžiaga perkeliama iš vienos membranos pusės į kitą. Šis tipas vadinamas uniport. Priešingai, jei kita tirpi medžiaga gabenama tuo pačiu metu arba yra sujungta, vežėjas vadinamas sujungtu.

Jei sujungtas transporteris judina abi molekules ta pačia kryptimi, tai yra simbolis, o jei jis tai daro priešingomis kryptimis, transporteris yra atraminis.

Osmozė

„Osmose2-fr.png“: „PsYcHoTiK“ išvestinis darbas: „Ortisa“, per „Wikimedia Commons“

Tai yra ląstelių pernešimo būdas, kai tirpiklis selektyviai praeina per pusiau pralaidžią membraną.

Pvz., Vanduo paprastai patenka į ląstelės pusę, kur jo koncentracija yra mažesnė. Vandens judėjimas šiuo keliu sukuria slėgį, vadinamą osmosiniu slėgiu.

Šis slėgis yra reikalingas medžiagų koncentracijai ląstelėje reguliuoti, o tai vėliau daro įtaką ląstelės formai.

Ultrafiltracija

Šiuo atveju kai kurių tirpių judėjimas atsiranda dėl hidrostatinio slėgio, nuo didžiausio slėgio iki mažesnio slėgio. Žmogaus kūne šis procesas vyksta inkstuose dėl širdies sukuriamo kraujospūdžio.

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

Palengvinta sklaida

Palengvinta sklaida

Yra medžiagų, turinčių labai dideles molekules (tokias kaip gliukozė ir kiti monosacharidai), kurioms difuzijai reikalingas nešantis baltymas. Ši difuzija yra greitesnė nei paprasta difuzija ir priklauso nuo:

• Medžiagos koncentracijos gradientas.
• Nešančiųjų baltymų kiekis ląstelėje.
• Esančių baltymų greitis.

Vienas iš šių transportuojančių baltymų yra insulinas, kuris palengvina gliukozės difuziją, sumažindamas jos koncentraciją kraujyje.

Aktyvus transmembraninis transportas

Iki šiol diskutavome apie skirtingų molekulių praėjimą kanalais be energijos sąnaudų. Tokiais atvejais vienintelė kaina yra potencialios energijos generavimas esant skirtingoms koncentracijoms abiejose membranos pusėse.

Tokiu būdu transporto kryptis nustatoma pagal esamą nuolydį. Tirpios medžiagos pradedamos gabenti vadovaujantis minėtais difuzijos principais, kol jos pasiekia tašką, kuriame baigiasi grynoji difuzija - šiuo metu pusiausvyra pasiekiama. Jonų judėjimui įtakos turi ir krūvis.

Tačiau vienintelis jonų pasiskirstymas abiejose membranos pusėse yra pusiausvyroje, kai ląstelė negyva. Visos gyvos ląstelės investuoja didelį kiekį cheminės energijos, kad tirpiųjų medžiagų koncentracija būtų pusiausvyroje.

Šiems procesams palaikyti naudojama energija paprastai yra ATP molekulė. Adenozino trifosfatas, sutrumpintai vadinamas ATP, yra pagrindinė energijos molekulė ląstelių procesuose.

Aktyviosios transporto savybės

Aktyvus gabenimas gali veikti prieš koncentracijos gradientus, nesvarbu, kokie jie statūs - ši savybė paaiškės paaiškinus natrio ir kalio pompą (žr. Žemiau).

Aktyvieji transportavimo mechanizmai vienu metu gali judėti daugiau nei vienos klasės molekulėmis. Aktyviam transportavimui naudojama ta pati klasifikacija, kuri minima kelių molekulių pernešimui vienu metu pasyviame transporte: symport ir anti-support.

Šių pompų transportavimą galima slopinti naudojant molekules, kurios specialiai blokuoja svarbiausias baltymo vietas.

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

Galiausiai, sistema turi turėti specifinius fermentus, kurie galėtų hidrolizuoti ATP molekulę, tokius kaip ATPazės. Tai yra mechanizmas, kuriuo sistema gauna energiją, kuri ją apibūdina.

Transporto selektyvumas

Siūlomi siurbliai yra ypač selektyvūs gabenamų molekulių atžvilgiu. Pvz., Jei siurblys yra natrio jonų nešiklis, jis nepriims ličio jonų, nors abu jonai yra labai panašaus dydžio.

Manoma, kad baltymai sugeba atskirti dvi diagnostines savybes: lengvą molekulės dehidrataciją ir sąveiką su krūviais, esančiais transporterio porose.

Yra žinoma, kad dideli jonai lengvai dehidratuoja, palyginti su mažais jonais. Taigi porose, turinčiose silpnus polinius centrus, geriau bus naudoti didelius jonus.

Kanaluose su stipriai įkrautais centrais vyrauja sąveika su dehidratuotais jonais.

Aktyvaus transportavimo pavyzdys: natrio-kalio pompa

Paaiškinti aktyvaus transporto mechanizmus geriausia tai padaryti naudojant geriausiai ištirtą modelį: natrio-kalio pompą.

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

Fiziologinėje aplinkoje kalio koncentracija ląstelėse yra 10–20 kartų didesnė nei išorinėse ląstelėse. Priešingai, natrio jonai yra daug labiau koncentruoti tarpląstelinėje aplinkoje.

Laikantis principų, kurie jonų judėjimą reguliuoja pasyviai, šių koncentracijų išlaikyti neįmanoma, todėl ląstelėms reikalinga aktyvi transportavimo sistema, o tai yra natrio ir kalio pompa.

Siurblys yra sudarytas iš ATPazės tipo baltymų komplekso, pritvirtinto prie visų gyvūninių ląstelių plazminės membranos. Tai jungia abi jonai ir yra atsakinga už transportavimą suleidžiant energiją.

Kaip veikia siurblys?

Šioje sistemoje yra du veiksniai, lemiantys jonų judėjimą tarp ląstelių ir tarpląstelinių skyrių. Pirmasis yra greitis, kuriuo veikia natrio-kalio pompa, ir antrasis faktorius yra greitis, kuriuo jonai gali vėl patekti į ląstelę (natrio atveju) dėl pasyvios difuzijos.

Tokiu būdu jonų patekimo į ląstelę greitis lemia greitį, kuriuo siurblys turi dirbti, kad palaikytų tinkamą jonų koncentraciją.

Siurblio veikimas priklauso nuo baltymo, atsakingo už jonų transportavimą, konformacinių pokyčių. Kiekviena ATP molekulė hidrolizuojama tiesiogiai, proceso metu trys natrio jonai palieka ląstelę ir tuo pačiu metu du kalio jonai patenka į ląstelės aplinką.

Mišių gabenimas

Tai yra dar viena aktyvaus transporto rūšis, kuri padeda judėti makromolekulėms, tokioms kaip polisacharidai ir baltymai. Jį gali duoti:

-Endocitozė

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

Fagocitozė

Fagocitozė

Fagocitozė - transportavimo tipas, kai kietą dalelę dengia pūslelė arba fagosoma, sudaryta iš sulydytų pseudopodų. Kieta dalelė, likusi vezikulės viduje, yra suvirškinama fermentų ir pasiekia ląstelės vidų.

Taip organizme veikia baltieji kraujo kūneliai; jie įtraukia bakterijas ir svetimkūnius kaip gynybos mechanizmą.

Pinocitozė

Pirmuonių mityba. Pinocitozė. Paveikslėlis: Jacek FH (gauta iš Mariana Ruiz Villarreal). Paimta ir redaguota iš https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pinocitosis.svg.

Pinocitozė atsiranda, kai gabenama medžiaga yra tarpląstelinio skysčio lašelis ar pūslelė, o membrana sukuria pinocitinę pūslelę, kurioje pūslelės ar lašelio turinys yra perdirbamas taip, kad ji grįžtų į ląstelės paviršių.

Endocitozė per receptorius

Tai procesas, panašus į pinocitozę, tačiau tokiu atveju membranos invaginacija įvyksta, kai tam tikra molekulė (ligandas) jungiasi prie membranos receptorių.

Keletas endocitinių pūslelių jungiasi ir sudaro didesnę struktūrą, vadinamą endosoma, kur ligandas yra atskirtas nuo receptoriaus. Tada receptorius grįžta į membraną, o ligandas jungiasi prie liposomos, kur ją virškina fermentai.

-Eksocitozė

Tai yra ląstelių pernešimo rūšis, kurioje medžiaga turi būti nešiojama už ląstelės ribų. Šio proceso metu sekrecinė pūslelių membrana jungiasi prie ląstelės membranos ir atpalaiduoja pūslelės turinį.

Tokiu būdu ląstelės pašalina susintetintas medžiagas ar atliekas. Taip jie išskiria hormonus, fermentus ar neurotransmiterius.

Nuorodos

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologija: gyvenimas žemėje. Pearsono išsilavinimas.
2. „Donnersberger“, AB, ir „Lesak“, AE (2002). Anatomijos ir fiziologijos laboratorijos knyga. Redakcija Paidotribo.
3. Larradagoitia, LV (2012). Pagrindinė anatomofiziologija ir patologija. Redakcija Paraninfo.
4. Randall, D., Burggren, WW, Burggren, W., French, K., & Eckert, R. (2002). Eckert gyvūnų fiziologija. Macmillanas.
5. Vived, À. M. (2005). Fizinio aktyvumo ir sporto fiziologijos pagrindai. Panamerican Medical Ed.