Typy a charakteristiky transportu buniek

On transport buniek Znamená to premávku a posunutie molekúl medzi vnútorným a vonkajšou časťou buniek. Výmena molekúl medzi týmito kompartmentmi je nevyhnutným javom pre správne fungovanie organizmu a séria udalostí, ako je membránový potenciál, spomenúť niektoré.

Biologické membrány nie sú len zodpovedné za vymedzenie bunky. Majú sériu proteínov, ktoré prechádzajú štruktúrou a veľmi selektívne umožňujú vstup určitých molekúl.

Transport buniek je klasifikovaný do dvoch hlavných typov v závislosti od toho, či systém využíva priamo energiu priamo.

Pasívny transport nevyžaduje energiu a molekuly dokážu prekročiť membránu pasívnou difúziou pomocou vodných kanálov alebo pomocou transportných molekúl. Smer aktívneho transportu je určený výlučne koncentračnými gradientmi medzi oboma stranami membrány.

Naopak, druhý typ dopravy, ak vyžaduje energiu a nazýva sa aktívna preprava. Vďaka energii vstreknutej do systému môžu čerpadlá posúvať molekuly proti svojim koncentračným gradientom. Najvýznamnejším príkladom v literatúre je bomba sodíka - draslíka.

Teoretické základy

-Membrány

Aby sme pochopili, ako sa vyskytuje premávka látok a molekúl medzi bunkou a susednými kompartmentmi, je potrebné analyzovať štruktúru a zloženie biologických membrán.

-Lipidy v membránach

Autor: jpablo cad [cc o 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/o/3.0)], z Wikimedia Commons

Bunky sú obklopené jemnou a komplexnou membránou lipidovej povahy. Základnou zložkou sú fosfolipidy.

Sú tvorené polárnou hlavou a apolárnymi chvostmi. Membrány sa skladajú z dvoch vrstiev fosfolipidov - „lipidové bicapy“ - v ktorých sú chvosty zoskupené vo vnútri a hlavy dávajú extra a intracelulárne tváre.

Molekuly, ktoré majú polárne aj apolárne oblasti, sa nazývajú amfipatické. Táto vlastnosť je rozhodujúca pre priestorovú organizáciu lipidových komponentov v membránach.

Túto štruktúru zdieľajú membrány obklopujúce subcelulárne priehradky. Pripomeňme, že aj mitochondrie, chloroplasty, vezikuly a ďalšie organely sú obklopené membránou.

Okrem fosfoglyceridov alebo fosfolipidov sú membrány bohaté na sfingolipidy, ktoré tvorili kostry pre molekulu nazývanú sfinxín a steroly. V tejto poslednej skupine nájdeme cholesterol, lipid, ktorý moduluje vlastnosti membrány, ako je jej plynulosť.

-Proteíny v membránach

postava 1. Schéma modelu mozaiky tekutiny. Zdroj: od Ladyofhats Mariana Ruiz, preklad Pilar Saenz [verejná doména], cez Wikimedia Commons

Membrána je dynamická štruktúra, ktorá vo vnútri obsahuje viac proteínov. Membránové proteíny pôsobia ako druh „brankárov“ alebo molekulárnych „strážcov“, ktoré definujú s veľkou selektivitou, ktorá vstupuje a kto opúšťa bunku.

Z tohto dôvodu sa hovorí, že membrány sú semiperpermaktívne, pretože niektoré zlúčeniny sa im podarí vstúpiť a iné nie.

Nie všetky proteíny, ktoré sú v membráne, sú zodpovedné za sprostredkovanie premávky. Iní sú zodpovední za zachytenie externých signálov, ktoré vytvárajú bunkovú reakciu na vonkajšie podnety.

-Selektivita membrány

Lipidový interiér membrány je vysoko hydrofóbny, vďaka čomu je membrána vysoko nepremokavá entita v priechode polárnych alebo hydrofilných molekúl (tento výraz znamená „zamilovaný do vody“).

To znamená ďalšie ťažkosti s priechodom polárnych molekúl. Je však potrebná premávka hydrosolubilných molekúl, takže bunky majú sériu transportných mechanizmov, ktoré umožňujú účinné vytesnenie týchto látok medzi bunkou a ich vonkajším prostredím.

Podobne sa musia prepravovať veľké molekuly, ako sú proteíny, a vyžadujú si špecializované systémy.

-Difúzia a osmóza

Pohyb častíc cez bunkové membrány sa vyskytuje podľa nasledujúcich fyzikálnych princípov.

Tieto princípy sú difúziou a osmózou a uplatňujú sa na pohyb rozpustených látok a rozpúšťadiel v roztoku cez semiperpermbabilnú membránu - napríklad biologické membrány nájdené v živých bunkách.

Difúzia je proces, ktorý naznačuje náhodný tepelný pohyb častíc suspendovaných z oblastí s vysokými koncentráciami do nižších koncentračných oblastí. Existuje matematický výraz, ktorý sa snaží opísať tento proces a nazýva sa fick difúzna rovnica, ale nebudeme sa do nej ponoriť.

S ohľadom na tento koncept môžeme definovať pojem priepustnosť, ktorá sa týka rýchlosti, akou látkou sa podarí preniknúť do membrány pasívne za sériu konkrétnych podmienok.

Na druhej strane, voda sa tiež pohybuje v prospech svojho koncentračného gradientu vo fenoméne nazývanom osmóza. Aj keď sa zdá, že nie je potrebné odkazovať na koncentráciu vody, musíme pochopiť, že životne dôležitá tekutina sa správa ako akákoľvek iná látka, pokiaľ ide o jej šírenie.

Môže vám slúžiť: inzulínové receptory: Charakteristiky, štruktúra, funkcie

-Tonicita

Berúc do úvahy opísané fyzikálne javy, koncentrácie, ktoré existujú vo vnútri bunky aj v zahraničí.

Tonickosť roztoku je teda reakcia ponorených buniek v roztoku. Na tento scenár sa uplatňuje určitá terminológia:

Izotonický

Bunka, tkanivo alebo roztok je izotonický vzhľadom na iný, ak sa koncentrácia v oboch prvkoch rovná v oboch prvkoch. Vo fyziologickom kontexte nebude bunka ponorená do izotonského prostredia zažiť žiadnu zmenu.

Hypotonický

Roztok je hypotonický vzhľadom na bunku, ak je koncentrácia rozpustených látok nižšia v zahraničí - to znamená, že bunka má viac rozpustených látok. V tomto prípade je trendom vody vstúpiť do bunky.

Ak vložíme červené krvinky do destilovanej vody (ktorá je bez rozpustených látok), voda by vstúpila, kým ich nezaplatí. Tento jav sa nazýva hemolýza.

Hypertonický

Roztok je hypertonický vzhľadom na bunku, ak je koncentrácia rozpustených v zahraničí - to znamená, že bunka má menej rozpustených látok.

V tomto prípade je trendom vody dostať sa z bunky. Ak umiestnime červené krvinky do koncentrovanejšieho roztoku, voda krvných buniek má tendenciu vyjsť a bunka získa zvrásnený vzhľad.

Tieto tri koncepty majú biologický význam. Napríklad vajcia morského organizmu musia byť izotonické vzhľadom na morskú vodu, aby sa nevybuchli a nestratili vodu.

Podobne aj paraziti žijúce v krvi cicavcov musia mať koncentráciu rozpustených látok podobných životnému prostrediu, v ktorom sa vyvíjajú.

-Elektrický vplyv

Keď hovoríme o iónoch, ktoré sú nabité častice, pohyb cez membrány nie je nasmerovaný výlučne koncentračnými gradientmi. V tomto systéme musíte vziať do úvahy zaťaženie rozpustených látok.

Ion má tendenciu sa pohybovať od oblastí, v ktorých je koncentrácia vysoká (ako je opísané v časti Osmózy a difúzie), a tiež ak je ión negatívny, postúpi do oblastí, v ktorých je rastúci negatívny potenciál. Pamätajte, že priťahujú rôzne záťaže a rovnaké zaťaženia odpudzujú.

Aby sme predpovedali správanie iónu, musíme pridať kombinované sily koncentračného gradientu a elektrického gradientu. Tento nový parameter sa nazýva sieťový elektrochemický gradient.

Typy transportu buniek sú klasifikované v závislosti od použitia - alebo nie - energie systému v pasívnych a aktívnych pohyboch. Ďalej popíšeme každý podrobne:

Transmembránová pasívna doprava

Pasívne pohyby cez membrány zahŕňajú prechod molekúl bez priamej potreby energie. Pretože tieto systémy nezahŕňajú energiu, závisí výlučne od koncentračných gradientov (vrátane elektrických), ktoré existujú prostredníctvom plazmatickej membrány.

Aj keď energia zodpovedná za pohyb častíc je uložená v takýchto gradientoch, je vhodné naďalej zvážiť tento proces za záväzky.

Existujú tri základné dráhy, cez ktoré môžu molekuly pasívne cestovať z jednej strany:

Jednoduché šírenie

Najjednoduchší a najintuitívnejší spôsob transportu rozpustenej látky je prekročiť membránu podľa vyššie uvedených gradientov.

Molekula sa šíri cez plazmatickú membránu, vodná fáza ponecháva stranou, rozpúšťa sa v lipidovej časti a nakoniec vstúpi do vodnej časti bunkového interiéru. To isté sa môže stať v opačnom smere, zvnútra bunky.

Účinný krok cez membránu určí úroveň tepelnej energie, ktorú systém má. Ak je dostatočne vysoká, molekula môže prekročiť membránu.

Podrobnejšie je, že molekula musí prelomiť všetky vodíkové väzby vytvorené vo vodnej fáze, aby sa mohli presunúť do lipidovej fázy. Táto udalosť vyžaduje pre každé súčasné spojenie 5 kinetickej energie.

Ďalším faktorom, ktorý treba zohľadniť, je rozpustnosť molekuly v lipidovej zóne. Mobilita je ovplyvnená rôznymi faktormi, ako je molekulová hmotnosť a tvar molekuly.

Kinetika jednoduchého difúzneho priechodu vykazuje kinetiku nonstuturácie. To znamená, že vchod sa zvyšuje úmerne koncentrácie rozpustenej látky, ktorá sa má transportovať v extracelulárnej oblasti.

Vodné kanály

Druhá alternatíva priechodu molekúl. Tieto kanály sú druh pórov, ktoré umožňujú prejsť molekulu, čím sa zabráni kontaktu s hydrofóbnou oblasťou.

Určité nabité molekuly dokážu vstúpiť do bunky po ich koncentračnom gradiente. Vďaka tomuto systému kanálov plných vody sú membrány pre ióny veľmi nepriepustné. V rámci týchto molekúl vynikajú sodík, draslík, vápnik a chlór.

Môže vám slúžiť: leukoplasty

Molekula dopravníka

Poslednou alternatívou je kombinácia záujmu rozpustenej látky s molekulou dopravníka, ktorá maskuje jeho hydrofilnú povahu, aby sa dosiahol priechod cez bohatú časť v membránových lipidoch.

Transportér zvyšuje rozpustnosť lipidov molekuly, ktorá vyžaduje prepravu a uprednostňuje jeho priechod v prospech koncentračného gradientu alebo elektrochemického gradientu.

Tieto transportné bielkoviny fungujú rôznymi spôsobmi. V najjednoduchšom prípade sa rozpustená látka prenáša z jednej strany membrány na druhú. Tento chlap sa volá uniporte. Naopak, ak sa iná rozpustená látka prepravuje súčasne alebo je spojená, dopravník sa nazýva spojený.

Ak spojený dopravník mobilizuje tieto dve molekuly v rovnakom smere, je synport a ak to robí v opačných smeroch, dopravník je antiporte.

Osmóza

Osmose2-FR.PNG: Psychotikderivatívna práca: Ortisa [CC-BE-SA-3.0 (http: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0/) alebo gfdl (http: // www.GNU.Org/copyleft/fdl.html)], cez Wikimedia Commons

Je to typ transportu buniek, pri ktorom rozpúšťadlo prechádza selektívne cez semipermerable membránu.

Napríklad voda má tendenciu pohybovať sa vedľa bunky, v ktorej je jej koncentrácia nižšia. Pohyb vody v tejto ceste vytvára tlak nazývaný osmotický tlak.

Tento tlak je potrebný na reguláciu koncentrácie bunkových látok, ktoré neskôr ovplyvňujú tvar bunky.

Ultrafiltrácia

V tomto prípade sa pohyb niektorých rozpustených látok vyvoláva účinkom hydrostatického tlaku, od oblasti väčšieho tlaku po najnižší tlak. V ľudskom tele sa tento proces vyskytuje v obličkách vďaka krvnému tlaku generovaným srdcom.

Týmto spôsobom voda, močovina atď., prechádza z buniek do moču; a hormóny, vitamíny atď., Zostávajú v krvi. Tento mechanizmus je tiež známy ako názov dialýzy.

Uľahčená difúzia

Uľahčená difúzia

Existujú látky s veľmi veľkými molekulami (ako je glukóza a iné monosacharidy), ktoré na šírenie potrebujú dopravný proteín. Táto difúzia je rýchlejšia ako jednoduchá difúzia a závisí od:

• Gradient koncentrácie látky.
• Množstvo dopravníkových proteínov prítomných v bunke.
• Rýchlosť prítomných proteínov.

Jedným z týchto dopravných proteínov je inzulín, ktorý uľahčuje difúziu glukózy, čím sa znižuje jej koncentrácia v krvi.

Transmembránový aktívny transport

Doteraz sme diskutovali o prechode rôznych molekúl cez kanály bez nákladov na energiu. V týchto udalostiach je jediným nákladom generovanie potenciálnej energie vo forme diferenciálnych koncentrácií na oboch stranách membrány.

Týmto spôsobom je dopravná adresa určená existujúcim gradientom. Rozpoly sa začínajú prepravovať po vyššie uvedených zásadách difúzie, až kým nedosiahnu bod, v ktorom končí čistá difúzia - v tomto bode sa dosiahla rovnováha. V prípade iónov je pohyb ovplyvnený aj zaťažením.

Avšak v jedinom prípade, keď je distribúcia iónov na oboch stranách membrány v skutočnej rovnováhe, keď je bunka mŕtvy. Všetky živé bunky investujú veľké množstvo chemickej energie na udržanie koncentrácií rozpustených látok mimo rovnováhy.

Energia použitá na udržanie aktívnych procesov je molekula ATP. Adenozín tryfosfát, skrátený ako ATP, je základná molekula energie v bunkových procesoch.

Aktívne prepravné charakteristiky

Aktívny transport môže pôsobiť proti koncentračným gradientom, bez ohľadu na to, ako sú označené - táto vlastnosť bude jasná s vysvetlením čerpadla sodíka - draslíka (pozri neskôr).

Aktívne transportné mechanizmy sa môžu pohybovať viac ako jeden druh molekuly súčasne. Pri aktívnej transporte sa používa rovnaká klasifikácia uvedená na transport niekoľkých molekúl súčasne pri pasívnom transporte: Simport a Antiporte.

Transport vyrobenými týmito čerpadlami môže byť inhibovaný nanášaním molekúl, ktoré špecificky blokujú rozhodujúce miesta v proteíne.

Kinetika dopravy je typu Michaelis -mente. Obe správanie - ktoré sú inhibované niektorými molekulami a kinetikou - sú typické charakteristiky enzymatických reakcií.

Nakoniec musí mať systém špecifické enzýmy, ktoré môžu hydrolyzovať molekulu ATP, ako napríklad ATPASA. Toto je mechanizmus, ktorým systém získava energiu, ktorá ju charakterizuje.

Selektivita prepravy

Zapojené čerpadlá sú mimoriadne selektívne v molekulách, ktoré sa budú transportovať. Napríklad, ak je čerpadlom dopravný dopravník sodný, neberte lítiové ióny, hoci oba ióny sú veľmi podobné veľkosti.

Môže vám slúžiť: Prok Cell

Predpokladá sa, že proteíny spravujú.

Je známe, že veľkým iónom sa podarí ľahko dehydratovať, ak ich porovnáme s malým iónom. Pór so slabými polárnymi centrami teda použije veľké ióny.

Na rozdiel od kanálov s silne zaťaženými centrami prevláda interakcia s dehydratovanými iónmi.

Príklad aktívnej transportu: Sodík - draslík

Na vysvetlenie aktívnych transportných mechanizmov je najlepšie to urobiť s najlepším študovaným modelom: sodík - draslíka.

Pozoruhodnou charakteristikou buniek je schopnosť udržiavať výrazné gradienty sodíkových iónov (NA⁺) a draslík (k⁺).

Vo fyziologickom prostredí je koncentrácia draslíka vo vnútri buniek 10 až 20 -krát vyššia ako mimo buniek. Naopak, ióny sodíka sú oveľa koncentrovanejšie v extracelulárnom prostredí.

So zásadami, ktoré riadia pohyb iónov pasívne, by to nebolo možné.

Čerpadlo je tvorené proteínovým komplexom typu ATPASA ukotvené k plazmatickej membráne všetkých živočíšnych buniek. To má únie pre oba ióny a je zodpovedné za dopravu v oblasti vstrekovania energie.

Ako funguje čerpadlo?

V tomto systéme existujú dva faktory, ktoré určujú pohyb iónov medzi bunkovými a extracelulárnymi priestormi. Prvou je rýchlosť, pri ktorej pôsobí čerpadlo sodíka - draslíka, a druhým faktorom je rýchlosť, akou môže ión vstúpiť do bunky znova (v prípade sodíka), pasívnymi difúznymi udalosťami.

Týmto spôsobom rýchlosť, akou ióny vstupujú do bunkových podmienok, rýchlosť, pri ktorej musí čerpadlo pracovať, aby udržala vhodnú koncentráciu iónov.

Prevádzka pumpy závisí od série konformačných zmien v proteíne, ktoré sú zodpovedné za transport iónov. Každá molekula ATP je priamo hydrolyzovaná, v procese tri sodné ióny opúšťajú bunku a zároveň vstupujú do bunkového prostredia dva ióny draslíka.

Hromadná doprava

Je to ďalší typ aktívneho transportu, ktorý pomáha pri pohybe makromolekúl, ako sú polysacharidy a proteíny. Môže byť daný:

-Endocytóza

Existujú tri procesy endocytózy: fagocytóza, pinocyty a endocytóza sprostredkované prepojením:

Fagocytóza

Fagocytóza Typ transportu, pri ktorom je tuhá častica pokrytá žlčníkom alebo fagozómom vytvoreným fúzovanými pseudopódami. Táto tuhá častica, ktorá zostáva vo vnútri žlčníka.

Týmto spôsobom fungujú biele krvinky v tele; fagocytové baktérie a cudzie telá ako obranný mechanizmus.

Pinocytóza

Výživa protozoa. Pinocytóza. Obrázok: Jacek FH (odvodený od Mariana Ruiz Villarreal). Prevzaté a upravené z https: // commons.Wikimedia.org/wiki/súbor: pinocytóza.SVG.

Pinocytóza sa vyskytuje, keď sa látka, ktorá sa má transportovať.

Endocytóza prostredníctvom prijímača

Je to proces podobný pinocytóze, ale v tomto prípade sa invaginácia membrány vyskytuje, keď sa určitá molekula (prepojenie) viaže na membránový receptor.

Niekoľko endocytických vezikúl viaže a tvorí väčšiu štruktúru nazývanú endozóm, ktorá je tam, kde je receptorový ligand oddelený. Potom sa prijímač vráti na membránu a ligand sa viaže na lipozóm, v ktorom je trávený enzýmami.

-Exocytóza

Je to typ bunkového transportu, v ktorom sa musí látka odobrať mimo bunky. Počas tohto procesu sa membrána sekrečného žlčníka spája s bunkovou membránou a uvoľňuje obsah žlčníka.

Týmto spôsobom bunky eliminujú syntetizované alebo odpadové látky. Takto uvoľňujú hormóny, enzýmy alebo neurotransmitery.

Odkazy

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B. A. (2003). Biológia: Život na Zemi. Pearson Vzdelanie.
2. Donnersberger, a. B., & Lesak, a. A. (2002). Anatómia a fyziologická laboratórna kniha. Redaktor Payotribo.
3. Larradagoitia, L. Vložka. (2012). Základná anatomofyziológia a patológia. Redakcia Paraninfo.
4. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., Francúzština, k., & Eckert, R. (2002). Eckert Animal Fyziológia. Macmillan.
5. Žil, à. M. (2005). Základy fyziológie fyzickej aktivity a športu. Edimatizovať. Pan -American Medical.