Mi az a passzív közlekedés? A különböző makromolekuláris vegyületek, sejtkomponensek, szupramolekuláris részecskék, amelyek nem képesek áthatolni a membrán csatornáin, transzmembrán mozgását speciális mechanizmusok segítségével hajtják végre, például fagocitózis, pinocitózis, exocitózis segítségével, az intercelluláris téren keresztül. Vagyis az anyagok membránon keresztüli mozgása különféle mechanizmusok segítségével történhet, amelyeket az adott hordozók részvételének jelei, valamint az energiafogyasztás szerint osztanak fel. A tudósok az anyagok szállítását aktívra és passzívra osztják.
Fő közlekedési módok
A passzív transzport egy anyag biológiai membránon keresztül történő átvitele gradiens (ozmotikus, koncentrációs, hidrodinamikus és egyebek) mentén, amely nem igényel energiafogyasztást.
Az aktív transzport egy anyag átvitele a biológiai membránon egy gradiens ellenében. Aholenergiát fogyasztanak. Az emberi szervezetben az anyagcsere-reakciók eredményeként képződő energia körülbelül 30-40%-át az aktív anyagok szállítására fordítják. Ha figyelembe vesszük az emberi vesék működését, akkor az elfogyasztott oxigén körülbelül 70-80%-a aktív szállításra költ.
Az anyagok passzív szállítása
különböző anyagok biológiai membránokon keresztül történő átvitelét foglalja magában, különféle gradiensek mentén. Ezek a színátmenetek a következők lehetnek:
- elektrokémiai potenciálgradiens;
- anyagkoncentráció gradiens;
- elektromos mező gradiens;
- ozmotikus nyomásgradiens és mások.
A passzív szállítás megvalósításának folyamata nem igényel energiafogyasztást. Előfordulhat könnyített és egyszerű diffúzióval. Mint tudjuk, a diffúzió egy anyag molekuláinak kaotikus mozgása különféle közegekben, amely az anyag hőrezgésének energiájának köszönhető.
Ha egy anyag részecskéje elektromosan semleges, akkor a diffúzió irányát a membrán által elválasztott közegben lévő anyagok koncentrációjának különbsége határozza meg. Például a cella rekeszei között, a cellán belül és azon kívül. Ha egy anyag részecskéi, ionjai elektromos töltéssel rendelkeznek, akkor a diffúzió nemcsak a koncentrációkülönbségtől, hanem az adott anyag töltésének nagyságától, a töltés jelenlététől és jeleitől is függ a membrán mindkét oldalán.. Az elektrokémiai gradiens nagyságaa membránon átívelő elektromos és koncentráció gradiensek algebrai összege határozza meg.
Mi biztosítja a membránon való átjutást?
A passzív membrántranszport lehetséges az anyagkoncentrációs gradiensek, a sejtmembrán különböző oldalai között fellépő ozmotikus nyomás vagy az elektromos töltés miatt. Például a vérplazmában a Na+-ionok átlagos szintje körülbelül 140 mM/l, az eritrocitákban pedig körülbelül 12-szer magasabb. Egy ilyen, koncentrációkülönbségben kifejezett gradiens képes olyan hajtóerőt létrehozni, amely biztosítja a nátriummolekulák átvitelét a vörösvértestekbe a vérplazmából.
Meg kell jegyezni, hogy az ilyen átmenet sebessége nagyon alacsony, mivel a sejtmembránt az anyag ionjainak alacsony permeabilitása jellemzi. Ennek a membránnak sokkal nagyobb a permeabilitása a káliumionokhoz képest. A sejtek anyagcseréjének energiáját nem használják fel az egyszerű diffúzió folyamatának befejezésére.
Diffúziós sebesség
Az anyagok membránon keresztüli aktív és passzív transzportját a diffúzió sebessége jellemzi. Leírható a Fick-egyenlettel: dm/dt=-kSΔC/x.
Ebben az esetben dm/dt az egy időegység alatt kidiffundáló anyag mennyisége, k pedig a diffúziós folyamat együtthatója, amely a biomembrán permeabilitását jellemzi a diffundáló anyag számára. S egyenlő azzal a területtel, amelyen a diffúzió megtörténik, ΔC pedig a különbséget fejezi kia biológiai membrán különböző oldalairól származó anyagok koncentrációja, míg x a diffúziós pontok közötti távolságot jellemzi.
Nyilvánvalóan azok az anyagok fognak a legkönnyebben áthaladni a membránon, amelyek egyszerre diffundálnak a koncentráció-gradiensek és az elektromos mezők mentén. Egy anyag membránon keresztüli diffúziójának fontos feltétele magának a membránnak a fizikai tulajdonságai, áteresztőképessége minden egyes anyag esetében.
Annak köszönhetően, hogy a membrán kettős rétegét hidrofób tulajdonságokkal rendelkező foszfolipidek szénhidrogén-gyökei alkotják, a hidrofób természetű anyagok könnyen átdiffundálnak rajta. Ez különösen vonatkozik a lipidekben könnyen oldódó anyagokra, például a pajzsmirigy- és szteroidhormonokra, valamint egyes kábítószerekre.
Az ásványi ionok és az alacsony molekulatömegű anyagok, amelyek természetükben hidrofilek, passzív membránioncsatornákon keresztül diffundálnak, amelyek csatornaképző fehérjemolekulákból képződnek, és néha a sejtmembránban keletkező foszfolipidmolekulák membráncsomagolási hibáin keresztül. hőingadozás eredménye.
A passzív transzport a membránon egy nagyon érdekes folyamat. Ha a körülmények normálisak, akkor jelentős mennyiségű anyag csak akkor tud áthatolni a kétrétegű membránon, ha nem poláris és kis méretű. Ellenkező esetben az átvitel hordozófehérjéken keresztül történik. Hasonló folyamatok, amelyek magukban foglaljákhordozófehérjét nem diffúziónak, hanem egy anyag membránon keresztüli szállításának nevezik.
Könnyített diffúzió
A könnyített diffúzió, az egyszerű diffúzióhoz hasonlóan, az anyag koncentráció-gradiense mentén megy végbe. A fő különbség az, hogy egy speciális fehérjemolekula, az úgynevezett hordozó, részt vesz az anyagátvitel folyamatában.
A könnyített diffúzió az anyag molekuláinak biomembránokon keresztül történő passzív átvitelének egy fajtája, amelyet koncentráció gradiens mentén hajtanak végre hordozó segítségével.
A fehérjeállapotok átvitele
A hordozó fehérje két konformációs állapotban lehet. Például A állapotban ez a fehérje affinitást mutathat az általa hordozott anyaghoz, kötőhelyei az anyaghoz befelé fordulnak, aminek következtében egy pórus képződik, amely a membrán egyik oldalára nyílik.
Miután a fehérje kötődött az átvitt anyaghoz, konformációja megváltozik, és B állapotba kerül. Ezzel az átalakulással a hordozó elveszti affinitását az anyaghoz. A hordozóval való kapcsolatból felszabadul, és már a membrán másik oldalán lévő pórusokba költözik. Az anyag átvitele után a hordozó fehérje ismét megváltoztatja a konformációját, és visszatér az A állapotba. Az anyagnak a membránon keresztül történő transzportját uniportnak nevezzük.
Könnyített diffúziós sebesség
A kis molekulatömegű anyagok, például a glükóz átjuthatnak rajtamembrán a megkönnyített diffúzió révén. Ilyen transzport történhet a vérből az agyba, a sejtekbe a szövetközi terekből. Az anyagátvitel sebessége ilyen típusú diffúzióval akár 108 részecskét is elérhet a csatornán egy másodperc alatt.
Mint már tudjuk, az anyagok aktív és passzív transzportjának sebessége egyszerű diffúzióban arányos az anyag koncentrációjának különbségével a membrán mindkét oldalán. Könnyített diffúzió esetén ez a sebesség az anyag koncentrációjának növekedésével arányosan növekszik egy bizonyos maximális értékig. Ezen érték felett a sebesség nem növekszik, annak ellenére, hogy a membrán különböző oldalairól származó koncentrációkülönbség tovább növekszik. Az ilyen maximális sebességpont elérése a megkönnyített diffúzió folyamatában azzal magyarázható, hogy a maximális sebesség az összes rendelkezésre álló hordozófehérje részvételét jelenti az átviteli folyamatban.
Milyen más fogalmat foglal magában az aktív és passzív transzport a membránokon?
Csere diffúzió
Az anyagmolekulák sejtmembránon keresztüli szállításának ezt a típusát az jellemzi, hogy a cserében ugyanazon anyag molekulái vesznek részt, amelyek a biológiai membrán különböző oldalain helyezkednek el. Megjegyzendő, hogy az anyagok ilyen transzportjával a molekulák koncentrációja a membrán mindkét oldalán egyáltalán nem változik.
A cserediffúzió egy fajtája
A cserediffúzió egyik fajtája az a csere, amelybenegy anyag molekuláját kicserélik egy másik anyag két vagy több molekulájára. Például az egyik módja annak, hogy a pozitív kalciumionokat eltávolítsák a hörgők simaizomsejtjéből és az erekből a szív kontraktilis izomsejtekből, az a sejten kívüli nátriumionokra való kicserélődés. Ebben az esetben egy nátriumiont három kalciumionra cserélnek. Így a nátrium és a kalcium mozgása a membránon keresztül történik, ami egymástól függ. Ezt a fajta passzív transzportot a sejtmembránon antiportnak nevezik. Ily módon a sejt képes megszabadulni a feleslegben lévő kalciumionoktól. Ez a folyamat szükséges a sima szívizomsejtek és a szívizomsejtek ellazulásához.
Ez a cikk az anyagok aktív és passzív transzportját vizsgálta a membránon keresztül.
