Vrste in značilnosti prevoza celic

On prevoz celic Pomeni promet in premik molekul med notranjostjo in zunanjostjo celic. Izmenjava molekul med temi oddelki je bistveni pojav za pravilno delovanje organizma in vrsto dogodkov, kot je membranski potencial.

Biološke membrane niso samo odgovorne samo za razmejitev celice, ampak imajo tudi nepogrešljivo vlogo v prometu snovi. Imajo vrsto beljakovin, ki prečkajo strukturo in, zelo selektivno, omogočajo vstop nekaterih molekul.

Prevoz celic je razvrščen v dve glavni vrsti, odvisno od tega, ali sistem neposredno porabi energijo ali ne.

Pasivni transport ne potrebuje energije, molekule pa uspejo prečkati membrano s pasivno difuzijo, s pomočjo vodnih kanalov ali s prevoženimi molekulami. Smer aktivnega transporta določa izključno koncentracijski gradienti med obema stranema membrane.

Nasprotno pa druga vrsta prevoza, če zahteva energijo in se imenuje aktivni prevoz. Zahvaljujoč energiji, vbrizgani v sistem, lahko črpalke premikajo molekule proti koncentracijskim gradientom. Najpomembnejši primer v literaturi je natrij - kalijeva bomba.

Teoretične baze

-Celične membrane

Če želite razumeti, kako se pojavlja promet snovi in ​​molekul med celičnimi in sosednjimi predelki, je treba analizirati strukturo in sestavo bioloških membran.

-Lipidi v membranah

Avtor jpablo cad [cc do 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by/3.0)], iz Wikimedia Commons

Celice so obdane s fino in kompleksno membrano lipidne narave. Osnovna komponenta so fosfolipidi.

Ti so sestavljeni iz polarne glave in apolarnih repov. Membrane so sestavljene iz dveh slojev fosfolipidov - "lipidnih bikapa" - v katerih so repi razvrščeni v notranjost, glave.

Molekule, ki imajo polarna in apolarna območja, se imenujejo amfipatični. Ta lastnost je ključnega pomena za prostorsko organizacijo lipidnih komponent znotraj membran.

To strukturo delijo membrane, ki obdajajo podcelične predelke. Spomnimo se, da so tudi mitohondriji, kloroplasti, vezikli in druge organele obkrožene z membrano.

Poleg fosfogliceridov ali fosfolipidov so membrane bogate s sfingolipidi, ki tvorijo okostja za molekulo, imenovano sfinksin in sterole. V tej zadnji skupini najdemo holesterol, lipid, ki modulira lastnosti membrane, kot je njegova fluidnost.

-Beljakovine v membranah

Slika 1. Shema moza mozaika. Vir: avtor Ladyofhats Mariana Ruiz, prevod Pilar Saenz [javna domena], prek Wikimedia Commons

Membrana je dinamična struktura, ki vsebuje več beljakovin. Membranski proteini delujejo kot nekakšni "vratarji" ali molekularni "stražarji", ki definirajo z veliko selektivnostjo, ki vstopi in kdo zapusti celico.

Zaradi tega naj bi membrane polprevodni, saj nekatere spojine uspejo vstopiti, druge pa ne.

Niso vsi beljakovine, ki so v membrani, odgovorni za posredovanje prometa. Drugi so odgovorni za zajem zunanjih signalov, ki proizvajajo celični odziv na zunanje dražljaje.

-Selektivnost membrane

Lipidna notranjost membrane je zelo hidrofobna, zaradi česar je membrana zelo vodoodporna entiteta do prehoda polarnih ali hidrofilnih molekul (ta izraz pomeni "zaljubljen v vodo").

To pomeni dodatne težave pri prehodu polarnih molekul. Vendar je potreben promet hidrosompnih molekul, zato imajo celice vrsto transportnih mehanizmov, ki omogočajo učinkovit premik teh snovi med celico in njihovim zunanjim okoljem.

Podobno je treba prevažati velike molekule, kot so beljakovine in zahtevajo specializirane sisteme.

-Difuzija in osmoza

Gibanje delcev skozi celične membrane se pojavi po naslednjih fizičnih načelih.

Ta načela so difuzija in osmoza in veljajo za gibanje topljencev in topil v raztopini skozi polprepustno membrano - kot so biološke membrane, ki jih najdemo v živih celicah.

Difuzija je postopek, ki pomeni naključno toplotno gibanje delcev, suspendiranih z območja z visokimi koncentracijami na območja z nižjo koncentracijo. Obstaja matematični izraz, ki želi opisati postopek in se imenuje Fick difuzijska enačba, vendar se vanj ne bomo poglobili.

Glede na ta koncept lahko določimo izraz prepustnost, ki se nanaša na hitrost, s katero snovi uspe prodreti v membrano v nizu betonskih pogojev.

Po drugi strani se voda premika tudi v prid koncentracijskemu gradientu v pojavu, imenovanem Osmoza. Čeprav se zdi, da se ni treba sklicevati na koncentracijo vode, moramo razumeti, da se vitalna tekočina obnaša kot vsaka druga snov, glede na njegovo difuzijo.

Vam lahko služi: inzulinski receptorji: značilnosti, struktura, funkcije

-Toničnost

Ob upoštevanju opisanih fizičnih pojavov bodo koncentracije, ki obstajajo tako znotraj celice kot v tujini.

Tako je toničnost raztopine odziv potopljenih celic v raztopino. Za ta scenarij se uporablja nekaj terminologije:

Izotonično

Celica, tkiva ali raztopina je izotonična glede na drugo, če je koncentracija v obeh elementih enaka. V fiziološkem okviru celica, potopljena v izotonično okolje, ne bo doživela nobenih sprememb.

Hipotonično

Raztopina je hipotonična glede na celico, če je koncentracija topljencev nižja v tujini - to je, da ima celica več topljencev. V tem primeru je vodni trend vstopiti v celico.

Če v destilirano vodo postavimo rdeče krvne celice (ki ne vsebuje topljenih), bi voda vstopila, dokler jih ne bi počili. Ta pojav se imenuje hemoliza.

Hipertonični

Raztopina je hipertonična glede na celico, če je koncentracija topljencev višja v tujini - to je, da ima celica manj topljencev.

V tem primeru je vodni trend izstopiti iz celice. Če v bolj koncentrirano raztopino postavimo rdeče krvne celice, se voda krvnih celic ponavadi pojavi in ​​celica pridobi naguban videz.

Ti trije koncepti imajo biološki pomen. Na primer, jajca morskega organizma morajo biti izotonična glede na morsko vodo, da ne bi počila in ne izgubila vode.

Podobno morajo imeti paraziti, ki živijo v krvi sesalcev.

-Električni vpliv

Ko govorimo o ioni, ki so nabiti delci, gibanje skozi membrane ni usmerjeno izključno s koncentracijskimi gradienti. V tem sistemu morate upoštevati obremenitve topljencev.

Ion se ponavadi oddalji od regij, kjer je koncentracija visoka (kot je opisano v odseku osmoze in difuzije), in če je ion negativen. Ne pozabite, da privlačijo različne obremenitve in enake obremenitve.

Za napoved vedenja iona moramo dodati kombinirane sile koncentracijskega gradienta in električnega gradienta. Ta novi parameter se imenuje neto elektrokemični gradient.

Vrste prevoza celic so razvrščene glede na uporabo - ali ne - energije s sistemom v pasivnih in aktivnih gibih. Nato bomo podrobno opisali vsakega:

Transmembranski pasivni transport

Pasivna gibanja skozi membrane vključujejo prehod molekul brez neposredne potrebe po energiji. Ker ti sistemi ne vključujejo energije, je odvisen izključno od koncentracijskih gradientov (vključno z elektriko), ki obstajajo skozi plazemsko membrano.

Čeprav je energija, ki je odgovorna za gibanje delcev, shranjena v takšnih gradientih, je primerno in priročno nadaljevati z upoštevanjem postopka kot obveznosti.

Obstajajo tri osnovne poti, skozi katere lahko molekule pasivno potujejo z ene strani:

Preprosta difuzija

Najpreprostejši in najbolj intuitiven način prevoza topljence je prečkanje membrane po zgoraj omenjenih gradientih.

Molekula se širi skozi plazemsko membrano in pusti vodno fazo ob strani, raztopi v lipidnem delu in končno vstopi v vodni del celične notranjosti. Enako se lahko zgodi v nasprotni smeri, od znotraj celice zunaj.

Učinkovit korak skozi membrano bo določil raven toplotne energije, ki jo ima sistem. Če je dovolj visoko, lahko molekula prečka membrano.

Podrobneje opazimo, da mora molekula razbiti vse vodikove vezi, ki nastanejo v vodni fazi, da se lahko premaknejo na lipidno fazo. Ta dogodek zahteva 5 kcal kinetične energije za vsako sedanjo povezavo.

Naslednji dejavnik, ki ga je treba upoštevati, je topnost molekule v lipidni coni. Na mobilnost vplivajo številni dejavniki, kot sta molekulska teža in oblika molekul.

Kinetika preprostega difuzijskega odlomka ima kinetiko, ki ni nasilje. To pomeni, da se vhod v sorazmerju poveča s koncentracijo topljene, ki jo je treba prevažati v zunajcelični regiji.

Vodni kanali

Druga alternativa molekulskega prehoda. Ti kanali so nekakšne pore, ki omogočajo prehod molekule, pri čemer se izogibajo stiku s hidrofobno regijo.

Nekatere napolnjene molekule uspejo vstopiti v celico po njihovem koncentracijskem gradientu. Zahvaljujoč temu sistemu kanalov, polnega vode, so membrane zelo neprepustne za ione. Znotraj teh molekul izstopajo natrij, kalij, kalcij in klor.

Vam lahko služi: levkoplasti

Transportna molekula

Zadnja alternativa je kombinacija topljenega zanimanja s transportno molekulo, ki zakriva svojo hidrofilno naravo, da doseže prehod skozi bogat del v membranskih lipidih.

Transporter poveča lipidno topnost molekule, ki zahteva, da se prevaža, in daje prednost njegovemu prehodu v prid koncentracijskega gradienta ali elektrokemičnega gradienta.

Ti prevozni beljakovine delujejo na različne načine. V najpreprostejšem primeru se s topila prenese z ene strani membrane na drugo. Ta tip se imenuje uniporte. Nasprotno, če se še ena topka prenaša hkrati ali povezana, se transporter imenuje povezan.

Če povezani transporter mobilizira obe molekuli v isti smeri, je sinhronizacija in če je v nasprotnih smereh, je transporter antiporte.

Osmoza

Osmose2-fr.PNG: Psihotikdevacijsko delo: Ortisa [CC-BE-SA-3.0 (http: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0/) ali gfdl (http: // www.GNU.Org/copyleft/fdl.html)], prek Wikimedia Commons

To je vrsta prevoza celic, v katerem topilo selektivno prehaja skozi polprepustno membrano.

Voda se na primer giblje poleg celice, v kateri je njegova koncentracija nižja. Gibanje vode na tej poti ustvarja tlak, imenovan osmotski tlak.

Ta tlak je potreben za uravnavanje koncentracije celičnih snovi, kar kasneje vpliva na obliko celice.

Ultrafiltracija

V tem primeru se gibanje nekaterih topljencev povzroči z učinkom hidrostatičnega tlaka, od območja večjega tlaka do najnižjih tlakov. V človeškem telesu se ta proces pojavlja v ledvicah zaradi krvnega tlaka, ki ga ustvarja srce.

Na ta način voda, sečnina itd., prehaja iz celic do urina; in hormoni, vitamini itd., Ostanejo v krvi. Ta mehanizem je znan tudi kot dializno ime.

Olajšana difuzija

Olajšana difuzija

Obstajajo snovi z zelo velikimi molekulami (kot so glukoza in drugi monosaharidi), ki za širjenje potrebujejo transportni protein. Ta difuzija je hitrejša od preproste difuzije in je odvisna od:

• Gradient koncentracije snovi.
• Količina tekočih beljakovin, prisotnih v celici.
• Hitrost prisotnih beljakovin.

Eden od teh tekočih beljakovin je inzulin, ki olajša difuzijo glukoze, kar zmanjša njegovo koncentracijo v krvi.

Transmembranski aktivni transport

Do zdaj smo razpravljali o prehodu različnih molekul po kanalih brez stroškov energije. V teh dogodkih je edini strošek za ustvarjanje potencialne energije v obliki diferencialnih koncentracij na obeh straneh membrane.

Na ta način prometni naslov določa obstoječi gradient. Topili se začnejo prepirati po zgoraj omenjenih načelih difuzije, dokler ne dosežejo točke, ko se neto difuzija konča - v tem trenutku je bila dosežena ravnovesje. V primeru ionov na gibanje vpliva tudi obremenitev.

Vendar je v edinem primeru, ko je porazdelitev ionov na obeh straneh membrane v resničnem ravnovesju, ko je celica mrtva. Vse žive celice vlagajo veliko količino kemične energije, da ohranijo koncentracije topljenih topljev stran od ravnotežja.

Energija, ki se uporablja za ohranjanje aktivnih procesov, je molekula ATP. Adenozin trifosfat, okrajšan kot ATP, je temeljna molekula energije v celičnih procesih.

Aktivne transportne značilnosti

Aktivni transport lahko deluje proti koncentracijskim gradientom, ne glede na to, kako izrazite so - ta lastnost bo jasna z razlago natrijevega kalijevega črpalke (glej kasneje).

Aktivni transportni mehanizmi se lahko hkrati premaknejo več kot eno vrsto molekule. Za aktivni transport se uporablja enaka klasifikacija za prevoz več molekul v pasivnem transportu: Simport in Antiporte.

Prevoz teh črpalk je mogoče zavirati z uporabo molekul, ki posebej blokirajo ključna mesta v beljakovinah.

Kinetika prometa je od michaelis -mEnde. Obe vedenji - ki jih zavirata nekatera molekula in kinetika - sta značilni značilnosti encimskih reakcij.

Končno mora imeti sistem posebne encime, ki lahko hidrolizirajo molekulo ATP, kot so Atpasas. To je mehanizem, s katerim sistem pridobi energijo, ki ga označuje.

Selektivnost prevoza

Vključene črpalke so izjemno selektivne v molekulah, ki se bodo prevažale. Na primer, če je črpalka natrijev ionski transporter, ne jemljejo litijevih ionov, čeprav sta oba iona po velikosti zelo podobna.

Vam lahko služi: Prok Cell

Domneva se, da beljakovine upravljajo.

Znano je, da veliki ioni uspejo brezhidrirati, če jih primerjamo z majhnim ionom. Tako bo pore s šibkimi polarnimi središči uporabljala velike ione, po možnosti.

V nasprotju s kanali z močno obremenjenimi centri prevladuje interakcija z dehidriranim ionom.

Primer aktivnega transporta: natrija - kalijeva črpalka

Če želite razložiti aktivne transportne mehanizme, je najbolje, da to storite z najbolje preučenim modelom: natrija - kalijeva črpalka.

Presenetljiva značilnost celic je sposobnost vzdrževanja izrazite gradiente natrijevih ionov (NA⁺) in kalij (k⁺).

V fiziološkem okolju je koncentracija kalija v celicah 10 do 20 -krat višja kot zunaj celic. Nasprotno pa so natrijevi ioni veliko bolj koncentrirani v zunajceličnem okolju.

Z načeli, ki pasivno urejajo gibanje ionov, bi bilo nemogoče.

Črpalka tvori beljakovinski kompleks tipa ATPASA, zasidranega do plazemske membrane vseh živalskih celic. To ima sindikalna mesta za oba iona in je odgovorna za prevoz vbrizgavanja energije.

Kako deluje črpalka?

V tem sistemu obstajata dva dejavnika, ki določata gibanje ionov med celičnimi in zunajceličnimi predelki. Prva je hitrost, s katero deluje natrij - kalijeva črpalka, drugi faktor pa je hitrost, s katero lahko ion spet vstopi v celico (v primeru natrija), s pasivnimi difuzijskimi dogodki.

Na ta način hitrost, s katero ioni vstopijo v celične pogoje, hitrost, s katero mora črpalka delovati, da ohrani ustrezno koncentracijo ionov.

Delovanje črpalke je odvisno od vrste konformacijskih sprememb v beljakovinah, ki so odgovorni za prevoz ionov. Vsaka molekula ATP je neposredno hidrolizirana, v procesu trije natrijevi ioni zapustijo celico in hkrati dva kalijeva iona vstopita v celično okolje.

Množični prevoz

Gre za drugo vrsto aktivnega prevoza, ki pomaga pri gibanju makromolekul, kot so polisaharidi in beljakovine. Lahko daje:

-Endocitoza

Obstajajo trije procesi endocitoze: fagocitoza, pinocit in endocitoza, posredovani s povezavo:

Fagocitoza

Fagocitoza Vrsta transporta, pri katerem je trden delček pokrit z žolčnikom ali fagosomom, ki ga sestavljajo spojeni psevdopodi. Tisti trdni delček, ki ostane znotraj žolčnika, prebavljajo encimi in tako doseže notranjost celice.

Na ta način bele krvne celice delujejo v telesu; Fagocitne bakterije in tuji organi kot obrambni mehanizem.

Pinocitoza

Prehrana Protozoa. Pinocitoza. Slika: Jacek FH (izhaja iz Mariane Ruiz Villarreal). Vzeti in urejen od https: // commons.Wikimedia.org/wiki/datoteka: pinocitoza.SVG.

Pinocitoza se pojavi, ko je snov, ki jo je treba prevažati, kapljica ali vezik zunajcelične tekočine, membrana.

Endocitoza prek sprejemnika

Gre za postopek, podoben pinocitozi, toda v tem primeru se invaginacija membrane pojavi, ko se določena molekula (povezava) veže na membranski receptor.

Več endocitnih veziklov se veže in tvori večjo strukturo, imenovano endosom, kjer se loči receptorski ligand. Nato se sprejemnik vrne v membrano in ligand se veže na liposom, v katerem ga prebavljajo encimi.

-Eksocitoza

Gre. Med tem postopkom se sekretorna membrana žolčnika pridruži celični membrani in sprosti vsebino žolčnika.

Na ta način celice odpravijo sintetizirane ali odpadne snovi. Tako se sproščajo tudi hormoni, encimi ali nevrotransmiterji.

Reference

1. Audesirk, t., Audesirk, g., & Byers, b. In. (2003). Biologija: življenje na zemlji. Pearson Education.
2. Donnersberger, a. B., & Lesak, a. In. (2002). Knjiga laboratorija za anatomijo in fiziologijo. Uredništvo Payatribo.
3. Larradagoitia, l. V. (2012). Osnovna anatomofiziologija in patologija. Uredništvo Paraninfo.
4. Randall, d., Burggren, w. W., Burggren, w., Francoz, k., & Eckert, r. (2002). Eckert živali fiziologija. Macmillan.
5. Živel, à. M. (2005). Osnove fiziologije telesne dejavnosti in športa. Ed. Pan -american Medical.