Celletransporttyper og deres egenskaber



den cellulær transport det involverer trafik og forskydning af molekyler mellem indersiden og ydersiden af ​​cellerne. Udvekslingen af ​​molekyler mellem disse rum er et væsentligt fænomen for organismens korrekte funktion og formidler en række arrangementer, såsom membranpotentiale, for at nævne nogle.

De biologiske membraner er ikke kun ansvarlige for at afgrænse cellen, de spiller også en uundværlig rolle i stoffernes trafik. De har en række proteiner, der krydser strukturen og, meget selektivt, tillader eller ikke indførelsen af ​​visse molekyler.

Mobiltransport er klassificeret i to hovedtyper, afhængigt af om systemet bruger energi direkte eller ej.

Den passive transport kræver ikke energi, og molekylerne klarer at krydse membranen ved passiv diffusion ved hjælp af vandige kanaler eller ved hjælp af transporterede molekyler. Retningen for aktiv transport bestemmes udelukkende af koncentrationsgradienterne mellem begge sider af membranen.

I modsætning hertil kræver den anden transporttype energi og kaldes aktiv transport. Takket være den indsprøjtede energi i systemet kan pumperne flytte molekylerne mod deres koncentrationsgradienter. Det mest bemærkelsesværdige eksempel i litteraturen er natrium-kaliumpumpen.

indeks

  • 1 Teoretiske baser
    • 1.1 - cellemembraner
    • 1.2 -Lipider i membranerne
    • 1,3-Proteiner i membranerne
    • 1.4 - Membranens selektivitet
    • 1.5 -Diffusion og osmose
    • 1.6 -Tonicity
    • 1.7 -Flytning elektrisk
  • 2 Transmembran passiv transport
    • 2.1 Enkel udsendelse
    • 2.2 Vandige kanaler
    • 2.3 Molekyltransportadora
    • 2.4 Osmose
    • 2.5 Ultrafiltrering
    • 2.6 Fremme af formidling
  • 3 Transmembran aktiv transport
    • 3.1 Karakteristika for aktiv transport
    • 3.2 Transportselektivitet
    • 3.3 Eksempel på aktiv transport: natrium-kaliumpumpe
    • 3.4 Hvordan pumpen fungerer?
  • 4 Massetransport
    • 4,1-endocytose
    • 4,2-eksocytose
  • 5 referencer

Teoretiske baser

-Celle membraner

For at forstå, hvordan handel med stoffer og molekyler forekommer mellem cellen og de tilstødende rum, er det nødvendigt at analysere strukturen og sammensætningen af ​​de biologiske membraner.

-Lipider i membranerne

Cellerne er omgivet af en tynd og kompleks membran af lipid natur. Den grundlæggende komponent er phospholipider.

Disse er sammensat af et polært hoved og apolære haler. Membranerne består af to lag af fosfolipider - "lipid bilayers" - hvor halerne er grupperet inde og hovederne giver ekstra og intracellulære ansigter.

De molekyler, der har både polære og apolære zoner kaldes amfipatiske. Denne egenskab er afgørende for den rumlige organisation af lipidkomponenterne i membranerne.

Denne struktur deles af de membraner, der omgiver de subcellulære rum. Husk, at mitokondrier, kloroplaster, vesikler og andre organeller også er omgivet af membran.

Foruden fosfoglycerider eller phospholipider er membranerne rige på sphingolipider, som har skeletter dannet ud fra et molekyle kaldet sphingosin og sterol. I denne sidste gruppe finder vi kolesterol, et lipid der modulerer membranets egenskaber som dets fluiditet.

-Proteiner i membranerne

Membranen er en dynamisk struktur, som indeholder flere proteiner inde. Proteinerne i membranen virker som en slags "gatekeepers" eller "guards" molekylær, som definerer med stor selektivitet, som går ind og hvem forlader cellen.

Af denne grund siges det, at membranerne er semipermeable, da nogle forbindelser formår at gå ind og andre ikke gør det..

Ikke alle de proteiner, der er i membranen, er ansvarlige for formidling af trafik. Andre er ansvarlige for indfangning af eksterne signaler, der frembringer en cellulær reaktion på eksterne stimuli.

-Selektivitet af membranen

Membranets lipidinteriør er meget hydrofob, hvilket gør membranen meget uigennemtrængelig for passage af polære eller hydrofile molekyler (dette udtryk betyder "forelsket i vand")..

Dette indebærer en yderligere vanskelighed for passage af polære molekyler. Transit af hydroopløselige molekyler er imidlertid nødvendig, så cellerne har en række transportmekanismer, der tillader den effektive fortrængning af disse stoffer mellem cellen og dens ydre miljø..

På samme måde skal store molekyler, såsom proteiner, transporteres og kræve specialiserede systemer.

-Diffusion og osmose

Partikelbevægelsen gennem cellemembraner sker efter de følgende fysiske principper.

Disse principper er diffusion og osmose og anvendes til bevægelse af opløste stoffer og opløsningsmidler i en opløsning gennem en semipermeabel membran - såsom de biologiske membraner, der findes i levende celler..

Diffusion er den proces, der involverer tilfældig termisk bevægelse af partikler suspenderet fra regioner med høje koncentrationer mod regioner med lavere koncentration. Der er et matematisk udtryk, der søger at beskrive processen og kaldes Fick's diffusionsligning, men vi vil ikke gå ind i det.

Med dette koncept i tankerne kan vi definere termen permeabilitet, som refererer til den hastighed, hvormed et stof trænger ind i membranen passivt under en række konkrete betingelser.

På den anden side bevæger vandet også sin fusionsgradient i fænomen kaldet osmose. Selvom det ikke synes at være præcist at henvise til koncentrationen af ​​vand, må vi forstå, at den vitale væske opfører sig som noget andet stof med hensyn til dens diffusion.

-tonicitet

Under hensyntagen til de beskrevne fysiske fænomener vil de koncentrationer, der findes både i cellen og udenfor, bestemme transportretningen.

Således er toniciteten af ​​en opløsning responsen fra cellerne nedsænket i en opløsning. Der er nogle terminologier anvendt på dette scenario:

isotonisk

En celle, væv eller opløsning er isotonisk i forhold til en anden, hvis koncentrationen er lige i begge elementer. I en fysiologisk sammenhæng vil en celle nedsænket i et isotonisk miljø ikke opleve nogen forandring.

hypotonisk

En opløsning er hypotonisk i forhold til cellen, hvis koncentrationen af ​​opløste stoffer er lavere udenfor - det vil sige, cellen har mere opløste stoffer. I dette tilfælde er tendensen af ​​vand at komme ind i cellen.

Hvis vi lægger røde blodlegemer i destilleret vand (som er fri for opløste stoffer), vil vandet komme ind til udbrud. Dette fænomen kaldes hæmolyse.

hypertonisk

En opløsning er hypertonisk i forhold til cellen, hvis koncentrationen af ​​opløste stoffer er højere udenfor - det vil sige at cellen har færre opløste stoffer.

I dette tilfælde er tendensen af ​​vand at forlade cellen. Hvis vi sætter røde blodlegemer i en mere koncentreret opløsning, har vandet i kuglerne tendens til at komme ud, og cellen får et rynket udseende.

Disse tre begreber har biologisk relevans. For eksempel skal æggene fra en marine organisme være isotoniske med hensyn til havvand for ikke at sprænge og ikke tabe vand.

På samme måde bør parasitter, der lever i blodet hos pattedyr, have en koncentration af opløste stoffer, der ligner det medium, hvori de udvikles..

-Elektrisk indflydelse

Når vi taler om ioner, som er ladede partikler, ledes bevægelsen gennem membranerne ikke udelukkende af koncentrationsgradienterne. I dette system er det nødvendigt at tage højde for mængderne af opløste stoffer.

Jonen har tendens til at bevæge sig væk fra de områder, hvor koncentrationen er høj (som beskrevet i afsnittet om osmose og diffusion), og også hvis ionen er negativ, vil den gå videre mod de regioner, hvor der er et voksende negativt potentiale. Husk at forskellige afgifter er tiltrukket, og lige afgifter afviser.

For at forudsige ionens opførsel skal vi tilføje de kombinerede kræfter i koncentrationsgradienten og den elektriske gradient. Denne nye parameter kaldes den netto elektrokemiske gradient.

De typer af cellulær transport klassificeres afhængigt af systemets brug - eller ikke - energi i passive og aktive bevægelser. Vi vil beskrive hver enkelt i detaljer nedenfor:

Transmembran passiv transport

Passive bevægelser gennem membranerne involverer passage af molekyler uden det direkte behov for energi. Da disse systemer ikke involverer energi, afhænger det udelukkende af koncentrationsgradienterne (herunder de elektriske) der eksisterer gennem plasmamembranen.

Selvom den energi, der er ansvarlig for partiklernes bevægelse, opbevares i sådanne gradienter, er det hensigtsmæssigt og hensigtsmæssigt at fortsætte med at overveje processen som passiv.

Der er tre elementære veje, gennem hvilke molekyler passivt kan passere fra den ene side til den anden:

Enkel diffusion

Den enkleste og mest intuitive måde at transportere et opløst stof på er at krydse membranen efter de ovenfor nævnte gradienter..

Molekylet diffunderer gennem plasmamembranen, efterlader den vandige fase til side, opløses i lipiddelen og slutter ind i den vandige del af cellemiljøet. Det samme kan ske i modsat retning, fra indersiden af ​​cellen til ydersiden.

Den effektive passage gennem membranen bestemmer niveauet af termisk energi, som systemet besidder. Hvis det er tilstrækkeligt højt, vil molekylet kunne krydse membranen.

Set mere detaljeret skal molekylet bryde alle de hydrogenbindinger dannet i vandfasen for at kunne bevæge sig til lipidfasen. Denne begivenhed kræver 5 kcal kinetisk energi for hvert led, der er til stede.

Den næste faktor der skal tages i betragtning er opløseligheden af ​​molekylet i lipidsonen. Mobilitet påvirkes af en række faktorer, såsom molekylets molekylvægt og -form.

Kinetikken af ​​det enkle diffusionstrin udviser ikke-mætningskinetik. Dette betyder, at inputen stiger i forhold til koncentrationen af ​​det opløste stof, som skal transporteres i det ekstracellulære område.

Vandige kanaler

Det andet alternativ af passerende molekyler gennem den passive rute er gennem en vandig kanal placeret i membranen. Disse kanaler er en slags porer, der tillader passage af molekylet, idet man undgår kontakt med den hydrofobe region.

Visse ladede molekyler formår at komme ind i cellen efter dens koncentrationsgradient. Takket være dette system af kanaler fyldt med vand, er membranerne meget uigennemtrængelige for ioner. Inden for disse molekyler skiller sig ud af natrium, kalium, calcium og klor.

Transportbåndsmolekyle

Sidstnævnte alternativ er kombinationen af ​​det opløste stof af interesse med et bærermolekyle for at maskere deres hydrofile natur, at være vellykket passagen gennem de rige del membranlipider.

Transportøren øger lipidopløseligheden af ​​molekylet, der skal transporteres, og favoriserer dets passage til fordel for koncentrationsgradienten eller den elektrokemiske gradient.

Disse transportørproteiner arbejder på forskellige måder. I det enkleste tilfælde overføres et opløst stof fra den ene side af membranen til den anden. Denne type kaldes en support. Omvendt, hvis et andet opløst materiale transporteres samtidigt eller koblet, kaldes transportøren trailere.

Hvis den koblede transportør bevæger de to molekyler i samme retning, er det en simporte, og hvis den gør det i modsatte retninger, er transportøren antiport.

osmose

Det er typen af ​​cellulær transport, hvor et opløsningsmiddel passerer selektivt gennem den semipermeable membran.

Vand, for eksempel, har tendens til at passere ved siden af ​​cellen, hvor koncentrationen er lavere. Bevægelsen af ​​vand i den sti frembringer et tryk kaldet osmotisk tryk.

Dette tryk er nødvendigt for at regulere koncentrationen af ​​stoffer i cellen, som så påvirker cellens form.

ultrafiltrering

I dette tilfælde frembringes bevægelsen af ​​nogle opløste stoffer ved virkningen af ​​et hydrostatisk tryk, fra området med højeste tryk til det laveste tryk. I menneskekroppen forekommer denne proces i nyrerne takket være blodtrykket, der genereres af hjertet.

På denne måde passerer vand, urinstof osv. Fra cellerne til urinen; og hormoner, vitaminer mv. forbliver i blodet. Denne mekanisme er også kendt som dialyse.

Fremme af formidling

Der er stoffer med meget store molekyler (såsom glucose og andre monosaccharider), som har brug for et bærerprotein til at sprede sig. Denne diffusion er hurtigere end simpel diffusion og afhænger af:

  • Koncentrationsgradienten af ​​stoffet.
  • Mængden af ​​transportørproteiner til stede i cellen.
  • Hastigheden af ​​proteinerne til stede.

Et af disse transportørproteiner er insulin, hvilket letter diffusionen af ​​glucose, hvilket reducerer koncentrationen i blodet.

Transmembran aktiv transport

Hidtil har vi diskuteret passage af forskellige molekyler gennem kanaler uden en energikostnad. I disse hændelser er den eneste omkostning at generere den potentielle energi i form af differentieringskoncentrationer på begge sider af membranen.

På denne måde bestemmes transportretningen af ​​den eksisterende gradient. Opløsningerne begynder at blive transporteret efter de nævnte diffusionsprincipper, indtil de når et punkt, hvor nettodiffusionen slutter - på dette tidspunkt er der opnået en ligevægt. I tilfælde af ioner påvirkes bevægelsen også af belastningen.

I det eneste tilfælde, hvor fordelingen af ​​ionerne på begge sider af membranen er i en reel ligevægt er, når cellen er død. Alle levende celler investerer en stor mængde kemisk energi for at holde solute koncentrationer væk fra ligevægt.

Den energi, der anvendes til at holde disse processer aktiv, er generelt ATP-molekylet. Adenosintrifosfat, forkortet som ATP, er et grundlæggende energimolekyle i cellulære processer.

Karakteristika for aktiv transport

Aktiv transport kan virke imod koncentrationsgradienter, uanset hvor markant de er - Denne ejendom vil være klar med forklaringen af ​​natrium-kaliumpumpen (se nedenfor).

Aktive transportmekanismer kan bevæge mere end én klasse af molekyl ad gangen. Til aktiv transport anvendes samme klassificering som anvendt til transport af flere molekyler samtidigt i passiv transport: simporte og antiporte.

Transporten, der udføres af disse pumper, kan hæmmes ved anvendelse af molekyler, som specifikt blokkerer vigtige steder i proteinet.

Transportkinetikken er af typen Michaelis-Menten. Begge adfærd - der er hæmmet af et eller andet molekyle og kinetik - er typiske egenskaber ved enzymatiske reaktioner.

Endelig skal systemet have specifikke enzymer, der kan hydrolyse ATP-molekylet, såsom ATPaser. Dette er den mekanisme, hvormed systemet får den energi, der karakteriserer den.

Transportselektivitet

De involverede pumper er ekstremt selektive i de molekyler, der skal transporteres. For eksempel, hvis pumpen er en bærer af natriumioner, vil den ikke tage lithiumioner, selvom begge ioner er meget ens i størrelse.

Det formodes at proteiner kan skelne mellem to diagnostiske egenskaber: letheden af ​​dehydrering af molekylet og interaktionen med ladningerne inde i transportørens por.

Det vides at store ioner lykkes nemt at dehydrere, hvis vi sammenligner dem med en lille ion. Således vil en por med svage polære centre fortrinsvis anvende store ioner.

Omvendt overvejer interaktionen med dehydreret ion i kanalerne med stærkt ladede centre.

Eksempel på aktiv transport: natrium-kaliumpumpe

For at forklare mekanismerne ved aktiv transport er det bedst at gøre det med den bedst studerede model: natrium-kaliumpumpen.

Et slående træk ved celler er evnen til at opretholde udtalte gradienter af natriumioner (Na+) og kalium (K+).

I det fysiologiske miljø er koncentrationen af ​​kalium inde i cellerne 10 til 20 gange højere end i ydersiden af ​​cellerne. I modsætning hertil findes natriumioner meget mere koncentreret i det ekstracellulære miljø.

Med de principper, der regulerer bevægelsen af ​​ioner passivt, ville det være umuligt at opretholde disse koncentrationer, derfor kræver cellerne et aktivt transportsystem, og dette er natrium-kaliumpumpen.

Pumpen dannes af et proteinkompleks af ATPasetypen forankret til plasmamembranen af ​​alle dyreceller. Dette har bindingssteder for begge ioner og er ansvarlig for transport med energiinjektion.

Hvordan pumpen virker?

I dette system er der to faktorer, der bestemmer bevægelsen af ​​ionerne mellem de cellulære og ekstracellulære rum. Den første er den hastighed, hvormed natrium-kaliumpumpen virker, og den anden faktor er den hastighed, hvorpå ionen kan komme ind i cellen igen (i tilfælde af natrium) gennem passive diffusionshændelser.

På den måde bestemmer hastigheden, hvorpå ionerne indtræder i cellen, den hastighed, hvormed pumpen skal arbejde for at opretholde en passende koncentration af ioner..

Pumpens funktion afhænger af en række konformationsændringer i proteinet, som er ansvarlig for transport af ioner. Hvert molekyle af ATP hydrolyseres direkte, i processen forlader tre natriumioner cellerne og indfører samtidig to kaliumioner i cellemiljøet.

Massetransport

Det er en anden form for aktiv transport, der hjælper med bevægelsen af ​​makromolekyler, såsom polysaccharider og proteiner. Det kan ske gennem:

-endocytose

Der er tre processer af endocytose: fagocytose, pinocytose og ligand-medieret endocytose:

fagocytose

Phagocytose er den type transport, hvor en fast partikel er dækket af en vesikel eller fagosom udgjort af sammensmeltede pseudopoder. Den faste partikel, som forbliver inde i vesikelen, fordøjes af enzymer og når således det indre af cellen.

På denne måde arbejder hvide blodlegemer i kroppen; fagocytisere bakterier og fremmedlegemer som en forsvarsmekanisme.

pinocitosis

Pinocytose opstår, når stoffet, der skal transporteres, er en dråbe eller vesikel ekstracellulære væske, og membranen skaber en pinocítica vesikel, hvori indholdet af vesiklen eller dråbeformet forarbejdes til tilbagevenden til celleoverfladen.

Endocytose gennem en receptor

Det er en proces, der ligner pinocytose, men i dette tilfælde opstår membranens invagination, når et bestemt molekyle (ligand) binder til membranreceptoren.

Flere endocytiske vesikler slutter sig til og danner en større struktur kaldet endosomet, hvilket er hvor liganden adskilles fra receptoren. Derefter vender receptoren tilbage til membranen, og liganden binder til et liposom, hvori det fordøjes af enzymer.

-exocytose

Det er en form for cellulær transport, hvor stoffet skal tages uden for cellen. Under denne proces forbinder membranen af ​​den sekretoriske vesikel med cellemembranen og frigiver indholdet af vesiklen.

På denne måde eliminerer cellerne de syntetiserede stoffer eller affaldene. Dette er også hvordan de frigiver hormoner, enzymer eller neurotransmittere.

referencer

  1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B. E. (2003). Biologi: Livet på jorden. Pearson uddannelse.
  2. Donnersberger, A. B., & Lesak, A. E. (2002). Laboratoriebog om anatomi og fysiologi. Editorial Paidotribo.
  3. Larradagoitia, L. V. (2012). Anatomofysiologi og grundpatologi. Paraninfo Editorial.
  4. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., French, K., & Eckert, R. (2002). Eckert dyrefysiologi. Macmillan.
  5. Vived, À. M. (2005). Grundlag for fysiologi af fysisk aktivitet og sport. Ed. Panamericana Medical.