Celletransporttyper og egenskaper

Han Celletransport Det innebærer trafikk og forskyvning av molekyler mellom interiøret og utsiden av cellene. Utveksling av molekyler mellom disse rommene er et essensielt fenomen for riktig funksjon av organismen, og en serie hendelser, for eksempel membranpotensialet, for å nevne noen.

Biologiske membraner er ikke bare ansvarlige for å avgrense cellen, de spiller også en uunnværlig rolle i stofftrafikken. De har en serie proteiner som krysser strukturen og, veldig selektivt, tillater inntreden av visse molekyler.

Celletransport er klassifisert i to hovedtyper, avhengig av om systemet bruker energi direkte eller ikke.

Passiv transport krever ikke energi, og molekyler 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 konsentrasjonsgradientene mellom begge sider av membranen.

I kontrast krever den andre typen transport hvis energi og kalles aktiv transport. Takket være energien som er injisert i systemet, kan pumpene bevege molekylene mot konsentrasjonsgradientene. Det mest bemerkelsesverdige eksemplet i litteratur er natrium - kaliumbombe.

Teoretiske baser

-Cellemembraner

For å forstå hvordan trafikken av stoffer og molekyler mellom cellen og tilstøtende rom oppstår, er det nødvendig å analysere strukturen og sammensetningen av biologiske membraner.

-Lipider i membranene

Av jpablo cad [cc av 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/av/3.0)], fra Wikimedia Commons

Cellene er omgitt av en fin og kompleks membran av en lipidkarakter. Den grunnleggende komponenten er fosfolipider.

Disse består av et polært hode og apolare haler. Membranene er sammensatt av to lag med fosfolipider - "lipid bicapas" - der halene er gruppert inne og hodene gir til de ekstra og intracellulære ansiktene.

Molekylene som har både polare og apolare områder kalles amfipatisk. Denne egenskapen er avgjørende for den romlige organiseringen av lipidkomponenter i membranene.

Denne strukturen deles av membranene rundt subcellulære rom. Husk at også mitokondrier, kloroplaster, vesikler og andre organeller er omgitt av membran.

I tillegg til fosfoglyserider eller fosfolipider, er membranene rike på sfingolipider, som har dannet skjeletter for et molekyl kalt sfinxin og steroler. I denne siste gruppen finner vi kolesterol, en lipid som modulerer membranens egenskaper, for eksempel dens flyt.

-Proteiner i membraner

Figur 1. Opplegget av fluidmosaikkmodellen. Kilde: av Ladyofhats Mariana Ruiz, Translation Pilar Saenz [Public Domain], via Wikimedia Commons

Membranen er en dynamisk struktur, som inneholder flere proteiner inne. Membranproteiner fungerer som en slags "keepere" eller molekylære "vakter", som definerer med stor selektivitet som kommer inn og som forlater cellen.

Av denne grunn sies det at membranene er semipermeable, siden noen forbindelser klarer å komme inn og andre ikke gjør det.

Ikke alle proteiner som er i membranen er ansvarlige for å formidle trafikken. Andre er ansvarlige for å fange eksterne signaler som gir en cellulær respons på eksterne stimuli.

-Membranselektivitet

Lipidinteriøret i membranen er svært hydrofob, noe som gjør membranen til en meget vanntett enhet til passering av polare eller hydrofile molekyler (dette uttrykket betyr "forelsket i vann").

Dette innebærer en ekstra vanskeligheter med passering av polare molekyler. Imidlertid er trafikken av hydrosoluble molekyler nødvendig, så cellene har en serie transportmekanismer som tillater effektiv forskyvning av disse stoffene mellom cellen og deres ytre miljø.

Tilsvarende må store molekyler, for eksempel proteiner, transporteres og krever spesialiserte systemer.

-Diffusjon og osmose

Partikkelbevegelsen gjennom cellemembraner skjer etter følgende fysiske prinsipper.

Disse prinsippene er diffusjon og osmose og gjelder bevegelse av oppløsninger og løsningsmidler i en løsning gjennom en semipermeabel membran - for eksempel de biologiske membranene som finnes i levende celler.

Diffusjon er prosessen som innebærer tilfeldig termisk bevegelse av partikler suspendert fra høykonsentrasjonsregioner til lavere konsentrasjonsregioner. Det er et matematisk uttrykk som søker å beskrive prosessen og kalles Fick Diffusion -ligning, men vi vil ikke fordype oss i den.

Med dette konseptet i bakhodet kan vi definere begrepet permeabilitet, som refererer til hastigheten som et stoff klarer å trenge gjennom membranen passivt under en serie konkrete forhold.

På den annen side beveger vann seg også til fordel for konsentrasjonsgradienten i et fenomen kalt osmose. Selv om det ikke virker nødvendig å referere til vannkonsentrasjon, må vi forstå at den vitale væsken oppfører seg som ethvert annet stoff, når det gjelder diffusjon.

Kan tjene deg: insulinreseptorer: egenskaper, struktur, funksjoner

-Tonicitet

Når man tar hensyn til de fysiske fenomenene som er beskrevet, vil konsentrasjonene som eksisterer både inne i cellen og i utlandet bestemme transportretningen.

Dermed er toniciteten til en løsning responsen fra de nedsenkede celler i en løsning. Det er en viss terminologi brukt på dette scenariet:

Isoton

En celle, vev eller løsning er isoton med hensyn til en annen hvis konsentrasjonen i lik i begge elementene. I fysiologisk sammenheng vil en celle nedsenket i et isotonisk miljø ikke oppleve noen endring.

Hypoton

En løsning er hypoton med hensyn til cellen hvis konsentrasjonen av oppløste stoffer er lavere i utlandet - det vil si at cellen har flere oppløste. I dette tilfellet er vanntrenden å komme inn i cellen.

Hvis vi legger røde blodlegemer i destillert vann (som er fri for oppløste stoffer), ville vannet komme inn til de sprengte dem. Dette fenomenet kalles hemolyse.

Hypertonic

En løsning er hypertonisk med hensyn til cellen hvis konsentrasjonen av oppløste stoffer er høyere i utlandet - det vil si at cellen har mindre løsninger.

I dette tilfellet er vanntrenden å komme ut av cellen. Hvis vi legger røde blodlegemer i en mer konsentrert løsning, har vannet i blodcellene en tendens til å komme ut og cellen får et rynket utseende.

Disse tre konseptene har biologisk relevans. For eksempel må eggene til en marin organisme være isotonisk med hensyn til sjøvann for ikke å sprekke og ikke miste vann.

Tilsvarende må parasitter som lever i pattedyrblod ha en konsentrasjon av oppløste stoffer som ligner på miljøet de utvikler.

-Elektrisk innflytelse

Når vi snakker om ioner, som er ladede partikler, er bevegelsen gjennom membranene ikke utelukkende rettet mot konsentrasjonsgradienter. I dette systemet må du ta hensyn til belastningene på oppløsningene.

Ionet har en tendens til å bevege seg bort fra regionene der konsentrasjonen er høy (som beskrevet i osmose og diffusjonsseksjonen), og også hvis ionet er negativt vil gå videre til regionene der det er et økende negativt potensial. Husk at forskjellige belastninger tiltrekker seg, og like belastninger frastøter.

For å forutsi atferden til ionen, må vi legge til de kombinerte kreftene i konsentrasjonsgradienten og den elektriske gradienten. Denne nye parameteren kalles netto elektrokjemisk gradient.

Typene celletransport er klassifisert avhengig av bruk - eller ikke - av energi fra systemet i passive og aktive bevegelser. Neste vil vi beskrive hver i detalj:

Transmembrane passiv transport

Passive bevegelser gjennom membraner involverer passering av molekyler uten direkte behov for energi. Siden disse systemene ikke involverer energi, avhenger det utelukkende av konsentrasjonsgradienter (inkludert elektrisk) som eksisterer gjennom plasmamembranen.

Selv om energien som er ansvarlig for bevegelsen av partiklene lagres i slike gradienter, er det passende og praktisk å fortsette å vurdere prosessen som forpliktelser.

Det er tre elementære veier som molekyler kan reise fra den ene siden passivt:

Enkel diffusjon

Den enkleste og mest intuitive måten å transportere et løst stoff er å krysse membranen etter gradientene som er nevnt ovenfor.

Molekylet sprer seg gjennom plasmamembranen, etterlater den vandige fasen til side, løses opp i lipiddelen og kommer til slutt inn i den vandige delen av det cellulære interiøret. Det samme kan skje i motsatt retning, fra innsiden av cellen ut.

Det effektive trinnet gjennom membranen vil bestemme nivået av termisk energi som systemet har. Hvis det er høyt nok, kan molekylet krysse membranen.

Sett mer detaljert, må molekylet bryte alle hydrogenbindinger dannet i den vandige fasen for å kunne bevege seg til lipidfasen. Denne hendelsen krever 5 kcal av kinetisk energi for hver nåværende lenke.

Den neste faktoren å ta hensyn til er løseligheten av molekylet i lipidsonen. Mobilitet påvirkes av en rekke faktorer, for eksempel molekylvekt og molekylform.

Kinetikken til enkel diffusjonspassasje viser en ikke -mett kinetikk. Dette betyr at inngangen øker i forhold til konsentrasjonen av oppløsningen som skal transporteres i det ekstracellulære området.

Vandige kanaler

Det andre alternativet til molekyler passasje. Disse kanalene er en slags porer som lar molekylet passere, og unngår kontakt med det hydrofobe regionen.

Visse ladede molekyler klarer å komme inn i cellen etter konsentrasjonsgradienten. Takket være dette systemet med kanaler fulle av vann, er membranene svært ugjennomtrengelige for ioner. Innenfor disse molekylene skiller natrium, kalium, kalsium og klor ut.

Kan tjene deg: leukoplaster

Transportørmolekyl

Det siste alternativet er kombinasjonen av løsningen av interesse med et transportørmolekyl som maskerer dens hydrofile natur, for å oppnå passasjen gjennom den rike delen i membranlipider.

Transportøren øker lipidløseligheten til molekylet som krever å bli transportert og favoriserer passasjen til fordel for konsentrasjonsgradienten eller den elektrokjemiske gradienten.

Disse transport av proteiner fungerer på forskjellige måter. I det enkleste tilfellet overføres en løst stoff fra den ene siden av membranen til en annen. Denne fyren heter Uniporte. Tvert imot, hvis en annen løst ble transportert samtidig, eller koblet, kalles transportøren koblet.

Hvis den koblede transportøren mobiliserer de to molekylene i samme retning, er en synport, og hvis den gjør i motsatte retninger, er transportøren antiporte.

Osmose

Osmose2-fr.PNG: Psykotikderivativt arbeid: Ortisa [CC-BE-SA-3.0 (http: // creativecommons.Org/lisenser/by-SA/3.0/) eller GFDL (http: // www.gnu.Org/copyleft/fdl.html)], via Wikimedia Commons

Det er den typen celletransport der et løsningsmiddel passerer selektivt gjennom den semipermeable membranen.

Vann har for eksempel en tendens til å bevege seg ved siden av cellen der konsentrasjonen er lavere. Bevegelse av vann i den banen genererer et trykk som kalles osmotisk trykk.

Dette trykket er nødvendig for å regulere konsentrasjonen av cellestoffer, som senere påvirker formen på cellen.

Ultrafiltrering

I dette tilfellet produseres bevegelsen av noen oppløsninger ved effekten av et hydrostatisk trykk, fra arealet med større trykk til det laveste presset. I menneskekroppen forekommer denne prosessen i nyrene takket være blodtrykket generert av hjertet.

På denne måten vannet, urea osv., passerer fra celler til urin; og hormoner, vitaminer osv., De holder seg i blodet. Denne mekanismen er også kjent som dialysens navn.

Tilrettelagt diffusjon

Tilrettelagt diffusjon

Det er stoffer med veldig store molekyler (som glukose og andre monosakkarider), som trenger en transportbåndsprotein for å spre. Denne diffusjonen er raskere enn enkel diffusjon og avhenger av:

• Stoffkonsentrasjonsgradienten.
• Mengden transportbåndsproteiner som er til stede i cellen.
• Hastigheten på proteinene som er til stede.

Et av disse transportørproteinene er insulin, noe som letter diffusjonen av glukose, noe som reduserer konsentrasjonen i blodet.

Transmembrane aktiv transport

Så langt har vi diskutert passering 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 transportadressen av den eksisterende gradienten. Oppløsningene begynner å transportere etter de nevnte diffusjonsprinsippene, til de når et punkt der nettdiffusjonen slutter - på dette tidspunktet er det nådd en balanse. Når det gjelder ioner, påvirkes også bevegelsen av belastningen.

I det eneste tilfellet der fordelingen av ioner på begge sider av membranen er imidlertid i en reell balanse er når cellen er død. Alle levende celler investerer en stor mengde kjemisk energi for å opprettholde konsentrasjonene av oppløste løsninger fra balansen.

Energien som brukes til å holde disse prosessene aktive er ATP -molekylet. Adenosin -tryfosfat, forkortet som ATP, er et grunnleggende energimolekyl i cellulære prosesser.

Aktive transportegenskaper

Aktiv transport kan handle mot konsentrasjonsgradienter, uavhengig av hvor markerte disse er - denne egenskapen vil være tydelig med forklaringen på natrium - kaliumpumpe (se senere).

Aktive transportmekanismer kan bevege mer enn en slags molekyl samtidig. For aktiv transport brukes den samme klassifiseringen som er nevnt for transport av flere molekyler samtidig i passiv transport: Simport og Antiporte.

Transporten som er gjort av disse pumpene kan hemmeres ved å påføre molekyler som spesifikt blokkerer viktige steder i protein.

Transportkinetikken er av Michaelis -inte -typen. Både atferd - å bli hemmet av noe molekyl og kinetikk - er typiske kjennetegn ved enzymatiske reaksjoner.

Endelig må systemet ha spesifikke enzymer som kan hydrolysere ATP -molekylet, for eksempel atpasas. Dette er mekanismen som systemet oppnår energien som kjennetegner den.

Transportselektivitet

Pumpene som er involvert er ekstremt selektive i molekylene som vil bli transportert. For eksempel, hvis pumpen er natriumiontransportør, ikke ta litiumioner, selv om begge ionene er veldig like i størrelse.

Kan tjene deg: Prokcelle

Det antas at proteiner klarer seg.

Det er kjent at store ioner klarer å dehydrere lett, hvis vi sammenligner dem med et lite ion. Dermed vil en pore med svake polare sentre bruke store ioner, helst.

I motsetning til kanaler med tungt belastede sentre, dominerer interaksjon med dehydrert ion.

Aktiv transporteksempel: natrium - kaliumpumpe

For å forklare aktive transportmekanismer, er det best å gjøre det med den beste studerte modellen: natrium - kaliumpumpe.

Et slående kjennetegn ved celler er evnen til å opprettholde uttalte gradienter av natriumioner (NA⁺) og kalium (k⁺).

I det fysiologiske miljøet er konsentrasjonen av kalium inne i cellene 10 til 20 ganger høyere enn utenfor cellene. I kontrast er natriumioner mye mer konsentrert i det ekstracellulære miljøet.

Med prinsippene som styrer ionens bevegelse passivt, ville det være umulig.

Pumpen dannes av et proteinkompleks av ATPASA -typen forankret til plasmamembranen til alle dyreceller. Dette har fagforeningssteder for begge ioner og er ansvarlig for transport av energiinjeksjon.

Hvordan fungerer pumpen?

I dette systemet er det to faktorer som bestemmer bevegelsen av ionene mellom cellulære og ekstracellulære rom. Den første er hastigheten som natrium - kaliumpumpe virker, og den andre faktoren er hastigheten som ionet kan komme inn i cellen igjen (i tilfelle av natrium), ved passive diffusjonshendelser.

På denne måten, hastigheten som ionene kommer inn i celleforholdene, hastigheten som pumpen må arbeide for å opprettholde en passende ionekonsentrasjon.

Operasjonen av pumpen avhenger av en serie konformasjonsendringer i proteinet som er ansvarlig for å transportere ionene. Hvert ATP -molekyl er direkte hydrolysert, i prosessen forlater tre natriumioner cellen, og samtidig går to kaliumioner inn i det cellulære miljøet.

Massetransport

Det er en annen type aktiv transport som hjelper til med bevegelse av makromolekyler, for eksempel polysakkarider og proteiner. Kan gis av:

-Endocytose

Det er tre endocytoseprosesser: fagocytose, pinocyt og endocytose mediert ved kobling:

Fagocytose

Fagocytose Den typen transport som en solid partikkel er dekket av en galleblæren eller fagosom som er sammensatt av smeltede pseudopoder. Den faste partikkelen som forblir inne i galleblæren blir fordøyd av enzymer og når dermed det indre av cellen.

På denne måten fungerer hvite blodlegemer i kroppen; fagocyttbakterier og fremmedlegemer som en forsvarsmekanisme.

Pinocytosis

Protozoa Nutrition. Pinocytosis. Bilde av: Jacek FH (avledet fra Mariana Ruiz Villarreal). Tatt og redigert fra https: // commons.Wikimedia.org/wiki/fil: pinocytosis.Svg.

Pinocytose oppstår når stoffet som skal transporteres er en dråpe eller vesikkel av ekstracellulær væske, og membranen skaper en pinocytisk galleblæren der innholdet i galleblæren eller dråpen blir behandlet for å gå tilbake til overflaten av cellen.

Endocytose gjennom en mottaker

Det er en prosess som ligner pinocytose, men i dette tilfellet oppstår invaginasjonen av membranen når et visst molekyl (kobling) binder seg til membranreseptoren.

Flere endocytiske vesikler binder og danner en større struktur kalt endosom, og det er her reseptorliganden er separert. Deretter vender mottakeren tilbake til membranen og liganden binder seg til et liposom der den fordøyes av enzymer.

-Eksocytose

Det er en type celletransport der stoffet må tas utenfor cellen. Under denne prosessen blir sekretorisk galleblæremembran sammen med cellemembranen og frigjør innholdet i galleblæren.

På denne måten eliminerer cellene syntetiserte eller kaster bort stoffer. Dette er også hvordan hormoner, enzymer eller nevrotransmittere frigjør.

Referanser

1. AUDESIRK, T., AUDESIRK, g., & Byers, B. OG. (2003). Biologi: Livet på jorden. Pearson Education.
2. Donnersberger, a. B., & Lesak, a. OG. (2002). Anatomi og fysiologi laboratoriebok. Redaksjonell betaltotribo.
3. Larradagoitia, l. V. (2012). Grunnleggende anatomofysiologi og patologi. Paraninfo redaksjon.
4. Randall, d., Burggren, w. W., Burggren, w., Fransk, k., & Eckert, r. (2002). Eckert Animal Physiology. Macmillan.
5. Levde, à. M. (2005). Grunnleggende om fysiologi for fysisk aktivitet og sport. Ed. Pan -American Medical.