Поделиться:
Типы клеточного транспорта и их характеристики
сотовый транспорт это вовлекает движение и перемещение молекул между внутренней и внешней частью клеток. Обмен молекулами между этими компартментами является существенным явлением для правильного функционирования организма и опосредует ряд событий, таких как мембранный потенциал, чтобы упомянуть некоторые.
Биологические мембраны не только отвечают за разграничение клетки, но и играют незаменимую роль в перемещении веществ. У них есть ряд белков, которые пересекают структуру и, очень избирательно, позволяют или нет вход определенных молекул.
Сотовый транспорт подразделяется на два основных типа, в зависимости от того, использует ли система энергию напрямую или нет.
Пассивный транспорт не требует энергии, и молекулам удается пересечь мембрану путем пассивной диффузии, посредством водных каналов или посредством транспортируемых молекул. Направление активного транспорта определяется исключительно градиентами концентрации между обеими сторонами мембраны..
Напротив, второй вид транспорта требует энергии и называется активным транспортом. Благодаря энергии, вводимой в систему, насосы могут перемещать молекулы против их градиентов концентрации. Наиболее ярким примером в литературе является натриево-калиевый насос.
индекс
- 1 Теоретические основы
- 1.1 - клеточные мембраны
- 1.2 -Липиды в мембранах
- 1,3 -протеины в мембранах
- 1.4 - Селективность мембраны
- 1,5 - диффузия и осмос
- 1.6 -Тоничность
- 1.7 -Влияние электрическое
- 2 Трансмембранный пассивный транспорт
- 2.1 Простая трансляция
- 2.2 Водные каналы
- 2.3 Молекула транспортадора
- 2.4 Осмос
- 2.5 Ультрафильтрация
- 2.6 Облегченное распространение
- 3 Трансмембранный активный транспорт
- 3.1 Характеристика активного транспорта
- 3.2 Транспортная селективность
- 3.3 Пример активного транспорта: натриево-калиевый насос
- 3.4 Как работает насос?
- 4 Массовые перевозки
- 4.1 -Эндоцитоз
- 4.2 -Эксоцитоз
- 5 ссылок
Теоретические основы
-Клеточные мембраны
Чтобы понять, как происходит перенос веществ и молекул между клеткой и соседними компартментами, необходимо проанализировать структуру и состав биологических мембран..
-Липиды в мембранах
Клетки окружены тонкой и сложной мембраной липидной природы. Основным компонентом является фосфолипиды.
Они состоят из полярной головы и неполярных хвостов. Мембраны состоят из двух слоев фосфолипидов - «липидных бислоев», в которых хвосты сгруппированы внутри, а головки дают дополнительные и внутриклеточные поверхности..
Молекулы, имеющие как полярные, так и аполярные зоны, называются амфипатическими. Это свойство имеет решающее значение для пространственной организации липидных компонентов в мембранах.
Эта структура разделяется мембранами, которые окружают субклеточные компартменты. Помните, что митохондрии, хлоропласты, везикулы и другие органеллы окружены мембраной.
В дополнение к фосфоглицеридам или фосфолипидам мембраны богаты сфинголипидами, которые имеют скелеты, образованные из молекулы, называемой сфингозин и стерол. В этой последней группе мы находим холестерин, липид, который модулирует свойства мембраны, а также ее текучесть.
-Белки в мембранах
Мембрана представляет собой динамическую структуру, которая содержит несколько белков внутри. Белки мембраны действуют как своего рода «привратники» или «охранники», которые с большой избирательностью определяют, кто входит и кто покидает клетку..
По этой причине говорят, что мембраны являются полупроницаемыми, поскольку некоторые соединения могут проникать, а другие - нет..
Не все белки, которые находятся в мембране, ответственны за передачу трафика. Другие ответственны за захват внешних сигналов, которые вызывают клеточный ответ на внешние раздражители..
-Селективность мембраны
Липидное внутреннее пространство мембраны обладает высокой гидрофобностью, что делает мембрану чрезвычайно непроницаемой для прохождения полярных или гидрофильных молекул (этот термин означает «влюблен в воду»).
Это подразумевает дополнительную трудность для прохождения полярных молекул. Однако транзит водорастворимых молекул необходим, поэтому клетки имеют ряд транспортных механизмов, которые позволяют эффективно перемещать эти вещества между клеткой и ее внешней средой..
Точно так же большие молекулы, такие как белки, должны транспортироваться и требовать специализированных систем..
-Диффузия и осмос
Движение частиц через клеточные мембраны происходит в соответствии со следующими физическими принципами.
Этими принципами являются диффузия и осмос, и они применяются к перемещению растворенных веществ и растворителей в растворе через полупроницаемую мембрану, такую как биологические мембраны, обнаруженные в живых клетках..
Диффузия - это процесс, который включает в себя случайное тепловое движение частиц, взвешенных из областей с высокой концентрацией, в области с более низкой концентрацией. Существует математическое выражение, которое стремится описать процесс и называется уравнением диффузии Фика, но мы не будем вдаваться в него.
Имея в виду эту концепцию, мы можем определить термин проницаемость, который относится к скорости, с которой вещество пассивно проникает через мембрану в ряде конкретных условий..
С другой стороны, вода также движется в пользу градиента концентрации в явлении, называемом осмосом. Хотя это не совсем точно относится к концентрации воды, мы должны понимать, что жизненно важная жидкость ведет себя как любое другое вещество с точки зрения ее диффузии.
-тонус
Принимая во внимание описанные физические явления, концентрации, которые существуют как внутри клетки, так и снаружи, будут определять направление транспорта..
Таким образом, тоничность раствора - это реакция клеток, погруженных в раствор. Существует некоторая терминология, применяемая к этому сценарию:
изотонический
Клетка, ткань или раствор изотоничны относительно другого, если концентрация обоих элементов одинакова. В физиологическом отношении клетка, погруженная в изотоническую среду, не претерпит никаких изменений.
гипотонический
Решение является гипотоническим по отношению к клетке, если концентрация растворенных веществ ниже, то есть в клетке больше растворенных веществ. В этом случае тенденция воды заключается в том, чтобы проникнуть в клетку.
Если мы поместим эритроциты в дистиллированную воду (которая не содержит растворенных веществ), вода попадет до разрыва. Это явление называется гемолиз.
гипертонический
Решение является гипертоническим по отношению к клетке, если концентрация растворенных веществ выше снаружи, то есть клетка имеет меньше растворенных веществ.
В этом случае тенденция воды состоит в том, чтобы покинуть клетку. Если мы помещаем эритроциты в более концентрированный раствор, вода в глобулах имеет тенденцию выходить, и клетка приобретает морщинистый вид.
Эти три понятия имеют биологическую значимость. Например, яйца морского организма должны быть изотоническими по отношению к морской воде, чтобы не лопаться и не терять воду.
Точно так же, у паразитов, которые живут в крови млекопитающих, должна быть концентрация растворенных веществ, подобная среде, в которой они развиваются..
-Электрическое влияние
Когда мы говорим об ионах, которые являются заряженными частицами, движение через мембраны не направлено исключительно градиентами концентрации. В этой системе необходимо учитывать нагрузки растворенных веществ.
Ион имеет тенденцию удаляться от областей, где концентрация высока (как описано в разделе об осмосе и диффузии), а также, если ион отрицателен, он будет продвигаться к областям, где есть растущий отрицательный потенциал. Помните, что различные обвинения привлекаются, и равные обвинения отталкивают.
Чтобы предсказать поведение иона, мы должны сложить объединенные силы градиента концентрации и электрического градиента. Этот новый параметр называется чистым электрохимическим градиентом.
Типы клеточного транспорта классифицируются в зависимости от того, используется ли система энергией в пассивных и активных движениях. Мы опишем каждый из них подробно ниже:
Трансмембранный пассивный транспорт
Пассивные движения через мембраны вовлекают прохождение молекул без прямой потребности в энергии. Поскольку эти системы не включают энергию, она зависит исключительно от градиентов концентрации (в том числе электрических), которые существуют через плазменную мембрану.
Хотя энергия, ответственная за движение частиц, сохраняется в таких градиентах, целесообразно и удобно продолжать считать процесс пассивным.
Есть три элементарных пути, по которым молекулы могут пассивно проходить с одной стороны на другую:
Простое распространение
Самый простой и интуитивно понятный способ транспортировки растворенного вещества - пройти через мембрану, следуя указанным выше градиентам..
Молекула диффундирует через плазматическую мембрану, оставляя водную фазу в стороне, растворяется в липидной части и, наконец, попадает в водную часть внутренней части клетки. То же самое может произойти в противоположном направлении, изнутри клетки наружу.
Эффективный проход через мембрану будет определять уровень тепловой энергии, которой обладает система. Если он достаточно высок, молекула сможет пересечь мембрану.
Если смотреть более подробно, молекула должна разорвать все водородные связи, образованные в водной фазе, чтобы иметь возможность перейти в липидную фазу. Это событие требует 5 ккал кинетической энергии для каждого присутствующего звена.
Следующим фактором, который необходимо учитывать, является растворимость молекулы в липидной зоне. На подвижность влияют различные факторы, такие как молекулярный вес и форма молекулы.
Кинетика простой стадии диффузии проявляет кинетику ненасыщенности. Это означает, что ввод увеличивается пропорционально концентрации растворенного вещества для транспортировки во внеклеточной области.
Водные каналы
Второй вариант прохождения молекул по пассивному пути - через водный канал, расположенный в мембране. Эти каналы представляют собой своего рода поры, которые позволяют проходить молекуле, избегая контакта с гидрофобной областью.
Определенным заряженным молекулам удается проникнуть в клетку после ее градиента концентрации. Благодаря этой системе каналов, заполненных водой, мембраны очень непроницаемы для ионов. Внутри этих молекул выделяются натрий, калий, кальций и хлор.
Молекула конвейера
Последняя альтернатива - это комбинация интересующего вещества с транспортирующей молекулой, которая маскирует его гидрофильную природу, так что он достигает прохода через богатую липидами часть мембраны..
Транспортер увеличивает растворимость липидов в молекуле, которую необходимо транспортировать, и способствует ее прохождению в пользу градиента концентрации или электрохимического градиента..
Эти транспортерные белки работают по-разному. В простейшем случае растворенное вещество переносится с одной стороны мембраны на другую. Этот тип называется поддержкой. И наоборот, если другое растворенное вещество транспортируется одновременно или соединено, транспортер называется трейлером..
Если соединенный конвейер перемещает две молекулы в одном и том же направлении, это просто, и если он делает это в противоположных направлениях, конвейер является антипортом.
осмос
Это тип клеточного транспорта, при котором растворитель избирательно проходит через полупроницаемую мембрану..
Вода, например, имеет тенденцию проходить рядом с клеткой, в которой ее концентрация ниже. Движение воды по этому пути создает давление, называемое осмотическим давлением..
Это давление необходимо для регулирования концентрации веществ в клетке, которая затем влияет на форму клетки.
ультрафильтрация
В этом случае движение некоторых растворенных веществ происходит под действием гидростатического давления из области самого высокого давления в самое низкое давление. В организме человека этот процесс происходит в почках благодаря кровяному давлению, генерируемому сердцем.
Таким образом, вода, мочевина и т. Д. Попадает из клеток в мочу; и гормоны, витамины и т. д. остаются в крови. Этот механизм также известен как диализ.
Облегченное распространение
Существуют вещества с очень большими молекулами (например, глюкоза и другие моносахариды), которым для распространения необходим белок-носитель. Эта диффузия быстрее, чем простая диффузия и зависит от:
- Градиент концентрации вещества.
- Количество транспортных белков, присутствующих в клетке.
- Скорость присутствия белков.
Одним из таких транспортных белков является инсулин, который способствует диффузии глюкозы, уменьшая ее концентрацию в крови.
Трансмембранный активный транспорт
До сих пор мы обсуждали прохождение различных молекул по каналам без затрат энергии. В этих случаях единственной стоимостью является генерирование потенциальной энергии в виде дифференциальных концентраций по обе стороны мембраны..
Таким образом, направление транспортировки определяется существующим градиентом. Растворенные вещества начинают транспортироваться в соответствии с упомянутыми принципами диффузии, пока они не достигнут точки, где чистая диффузия заканчивается - в этот момент достигается равновесие. В случае ионов на движение также влияет нагрузка.
Однако, единственный случай, когда распределение ионов по обеим сторонам мембраны находится в реальном равновесии, - это когда клетка мертва. Все живые клетки вкладывают большое количество химической энергии, чтобы сохранить концентрации растворенного вещества от равновесия.
Энергия, используемая для поддержания активности этих процессов, обычно представляет собой молекулу АТФ. Аденозинтрифосфат, сокращенно АТФ, является основной молекулой энергии в клеточных процессах..
Характеристика активного транспорта
Активный транспорт может действовать против градиентов концентрации, независимо от того, насколько они отмечены - это свойство станет ясным из объяснения натриево-калиевого насоса (см. Ниже).
Активные транспортные механизмы могут перемещать более одного класса молекул одновременно. Для активного транспорта та же самая упомянутая классификация используется для транспорта нескольких молекул одновременно в пассивном транспорте: simporte и antiporte.
Транспорт, осуществляемый этими насосами, может быть ингибирован применением молекул, которые специфически блокируют важные сайты в белке..
Транспортная кинетика относится к типу Михаэлиса-Ментена. Оба поведения - ингибируемые какой-либо молекулой и кинетикой - являются типичными характеристиками ферментативных реакций..
Наконец, система должна иметь специфические ферменты, которые могут гидролизовать молекулу АТФ, такие как АТФазы. Это механизм, с помощью которого система получает энергию, которая ее характеризует.
Транспортная селективность
Вовлеченные насосы чрезвычайно избирательны в молекулах, которые будут транспортироваться. Например, если насос является носителем ионов натрия, он не будет принимать ионы лития, хотя оба иона очень похожи по размеру.
Предполагается, что белки могут различать две диагностические особенности: легкость дегидратации молекулы и взаимодействие с зарядами внутри поры транспортера..
Известно, что крупные ионы легко обезвоживаются, если сравнивать их с маленьким ионом. Таким образом, поры со слабыми полярными центрами будут использовать большие ионы, предпочтительно.
Наоборот, в каналах с сильно заряженными центрами преобладает взаимодействие с дегидратированным ионом..
Пример активного транспорта: натриево-калиевый насос
Чтобы объяснить механизмы активного транспорта, лучше всего это сделать с помощью наиболее изученной модели: натриево-калиевая помпа.
Яркой особенностью клеток является способность поддерживать выраженные градиенты ионов натрия (Na+) и калий (К+).
В физиологической среде концентрация калия внутри клеток в 10-20 раз выше, чем снаружи клеток. Напротив, ионы натрия обнаруживаются гораздо более концентрированными во внеклеточной среде.
С принципами, которые управляют движением ионов пассивно, было бы невозможно поддерживать эти концентрации, поэтому клетки требуют активной транспортной системы, а это натриево-калиевый насос.
Насос образован белковым комплексом типа АТФазы, закрепленным на плазматической мембране всех клеток животных. Он имеет сайты связывания для обоих ионов и отвечает за транспорт с инжекцией энергии.
Как работает насос?
В этой системе есть два фактора, которые определяют движение ионов между клеточным и внеклеточным компартментами. Первый - это скорость, с которой действует натриево-калиевый насос, а второй фактор - это скорость, с которой ион может снова войти в клетку (в случае натрия) через пассивные диффузионные процессы..
Таким образом, скорость, с которой ионы входят в ячейку, определяет скорость, с которой насос должен работать, чтобы поддерживать соответствующую концентрацию ионов..
Работа насоса зависит от ряда конформационных изменений в белке, который отвечает за транспортировку ионов. Каждая молекула АТФ непосредственно гидролизуется, при этом три иона натрия покидают клетку и одновременно вводят два иона калия в клеточную среду.
Массовый транспорт
Это еще один тип активного транспорта, который помогает в движении макромолекул, таких как полисахариды и белки. Это может произойти через:
-эндоцитоз
Существует три процесса эндоцитоза: фагоцитоз, пиноцитоз и лиганд-опосредованный эндоцитоз:
фагоцитоз
Фагоцитоз - это вид транспорта, при котором твердые частицы покрыты пузырьком или фагосомой, состоящей из слитых псевдопод. Эта твердая частица, которая остается внутри пузырька, переваривается энзимами и, таким образом, достигает внутренней части клетки..
Таким образом, лейкоциты работают в организме; фагоцитируют бактерии и инородные тела как защитный механизм.
pinocitosis
Пиноцитоз возникает, когда вещество, подлежащее транспортировке, представляет собой каплю или везикулу внеклеточной жидкости, а мембрана создает пиноцитарный везикул, в котором содержимое везикулы или капли обрабатывается для возвращения на поверхность клетки..
Эндоцитоз через рецептор
Это процесс, похожий на пиноцитоз, но в этом случае инвагинация мембраны происходит, когда определенная молекула (лиганд) связывается с мембранным рецептором.
Несколько эндоцитарных везикул соединяются и образуют более крупную структуру, называемую эндосомой, в которой лиганд отделен от рецептора. Затем рецептор возвращается к мембране, и лиганд связывается с липосомой, в которой он переваривается ферментами..
-экзоцитоз
Это тип клеточного транспорта, при котором вещество должно выводиться за пределы клетки. Во время этого процесса мембрана секреторного пузырька присоединяется к клеточной мембране и высвобождает содержимое пузырька..
Таким образом, клетки удаляют синтезированные вещества или отходы. Это также, как они выпускают гормоны, ферменты или нейротрансмиттеры.
ссылки
- Audesirk, T., Audesirk, G. & Byers, B.E. (2003). Биология: Жизнь на Земле. Образование Пирсона.
- Доннерсбергер А. Б. и Лесак А. Е. (2002). Лабораторная книга анатомии и физиологии. Редакция Paidotribo.
- Larradagoitia, L.V. (2012). Анатомофизиология и основные патологии. Paraninfo Редакция.
- Рэндалл Д., Бурггрен В.В., Бурггрен В., Френч К. и Экерт Р. (2002). Эккерт Физиология животных. Macmillan.
- Вивед, А. М. (2005). Основы физиологии физической активности и спорта. Ed. Panamericana Medical.