CELLETRANSPORT: TYPER OG DERES EGENSKABER - BIOLOGI - 2025

Den transport celle involverer trafik og bevægelse af molekyler mellem indersiden og ydersiden af celler. Udvekslingen af ​​molekyler mellem disse rum er et essentielt fænomen for den korrekte funktion af organismen og formidler en række begivenheder, såsom membranpotentialet, for at nævne nogle få.

Biologiske membraner er ikke kun ansvarlige for afgrænsning af cellen, de spiller også en uundværlig rolle i handel med stoffer. De har en række proteiner, der krydser strukturen og meget selektivt tillader eller ej indtræden af ​​visse molekyler.

Kilde: LadyofHats, via Wikimedia Commons

Cellulær transport klassificeres i to hovedtyper, afhængigt af om systemet bruger energi direkte eller ej.

Passiv transport kræver ikke energi, og molekylerne er i stand til at krydse membranen ved passiv diffusion, gennem vandige kanaler eller gennem transporterede molekyler. Retningen for aktiv transport bestemmes udelukkende af koncentrationsgradienterne mellem begge sider af membranen.

I modsætning hertil kræver den anden type transport energi og kaldes aktiv transport. Takket være den energi, der indsprøjtes i systemet, kan pumperne bevæge molekylerne mod deres koncentrationsgradienter. Det mest bemærkelsesværdige eksempel i litteraturen er natrium-kaliumpumpe.

Teoretiske baser

-Cellemembraner

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

-Lipider i membranerne

Af Jpablo cad fra Wikimedia Commons

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

Disse består af et polært hoved og apolære haler. Membranerne er sammensat af to lag phospholipider - "lipid-dobbeltlag" - hvor halerne er samlet inden i, og hovederne vender mod de ekstra og intracellulære flader.

Molekyler, der har både polære og apolære zoner, kaldes amfipatiske. Denne egenskab er afgørende for den rumlige organisering af lipidkomponenter inden for membraner.

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

Foruden phosphoglycerider eller phospholipider er membraner rige på sfingolipider, som har skeletter, der består af et molekyle kaldet sfingosin og steroler. I denne sidste gruppe finder vi kolesterol, et lipid, der modulerer membranens egenskaber, såsom dets fluiditet.

-Proteiner i membranerne

Figur 1. Diagram over væskemosaikmodellen. Kilde: Af LadyofHats Mariana Ruiz, oversættelse Pilar Saenz, via Wikimedia Commons

Membranen er en dynamisk struktur, der indeholder flere proteiner inde. Proteinerne i membranen fungerer som en slags molekylære "gatekeepers" eller "vagter", som med stor selektivitet definerer, hvem der kommer ind, og hvem der forlader cellen.

Af denne grund siges membraner at være halvpermeable, da nogle forbindelser formår at komme ind og andre ikke.

Ikke alle proteiner, der er i membranen, er ansvarlige for at formidle trafikken. Andre er ansvarlige for at fange eksterne signaler, der producerer en cellulær reaktion på eksterne stimuli.

-Selektivitet af membranen

Lipidens indre af membranen er meget hydrofob, hvilket gør membranen meget uigennemtrængelig for passage af molekyler af polær eller hydrofil karakter (dette udtryk betyder "forelsket i vand").

Dette indebærer en yderligere vanskelighed ved passage af polære molekyler. Transit af vandopløselige molekyler er imidlertid nødvendig, så celler har en række transportmekanismer, der muliggør en effektiv bevægelse af disse stoffer mellem cellen og dens ydre miljø.

Tilsvarende skal store molekyler, såsom proteiner, transporteres og kræver specialiserede systemer.

-Diffusion og osmose

Bevægelse af partikler gennem cellemembraner sker i henhold til følgende fysiske principper.

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

Diffusion er den proces, der involverer tilfældig termisk bevægelse af suspenderede partikler fra regioner med høje koncentrationer til regioner med lavere koncentration. Der er et matematisk udtryk, der søger at beskrive processen og kaldes Fick-diffusionsligningen, men vi vil ikke dybe ind i det.

Med dette koncept i tankerne kan vi definere udtrykket permeabilitet, der henviser til den hastighed, hvormed et stof formår at passivt trænge ind i membranen under en række specifikke betingelser.

På den anden side bevæger vand sig også langs dens koncentrationsgradient i et fænomen kaldet osmose. Selvom det forekommer unøjagtigt at henvise til koncentrationen af ​​vand, er vi nødt til at forstå, at den vitale væske opfører sig som ethvert andet stof med hensyn til dens diffusion.

-Tonicity

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

Således er toniciteten af ​​en opløsning svaret fra celler nedsænket i en opløsning. Der er nogle terminologier, der anvendes til dette scenarie:

isotonisk

En celle, væv eller opløsning er isoton i forhold til en anden, hvis koncentrationen er ens i begge elementer. I en fysiologisk sammenhæng vil en celle, der er nedsænket i et isotonisk miljø, ikke ændre sig.

hypotonisk

En opløsning er hypotonisk med hensyn til cellen, hvis koncentrationen af ​​opløste stoffer er lavere udenfor - dvs. at cellen har flere opløste stoffer. I dette tilfælde er vandets tendens til at komme ind i cellen.

Hvis vi lægger røde blodlegemer i destilleret vand (som er fri for opløst stoffer), ville vandet komme ind, indtil de sprænger. Dette fænomen kaldes hæmolyse.

hypertonisk

En opløsning er hypertonisk med hensyn til cellen, hvis koncentrationen af ​​opløste stoffer er højere udvendigt - det vil sige, at cellen har færre opløste stoffer.

I dette tilfælde er vandets tendens til at forlade cellen. Hvis vi lægger røde blodlegemer i en mere koncentreret opløsning, har vandet i blodlegeme en tendens til at lækker ud, og cellen får et rynket udseende.

Disse tre begreber har biologisk relevans. F.eks. Skal æg fra en marin organisme være isoton med hensyn til havvand for ikke at sprænge og ikke miste vand.

Ligeledes skal parasitter, der lever i blod fra pattedyr, have en koncentration af opløst stoffer svarende til det miljø, de udvikles i.

-Elektrisk indflydelse

Når vi taler om ioner, som er ladede partikler, er bevægelsen gennem membranerne ikke udelukkende drevet af koncentrationsgradienter. I dette system skal der tages hensyn til opladningernes opladninger.

Ionen har en tendens til at bevæge sig væk fra de regioner, 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 tiltrækker, og lignende afgifter afviser.

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

Typerne af cellulær transport klassificeres afhængigt af brug - eller ej - af energi fra systemet i passive og aktive bevægelser. Vi beskriver hver enkelt i detaljer nedenfor:

Passiv transmembrantransport

Passive bevægelser gennem membraner involverer passage af molekyler uden det direkte behov for energi. Da disse systemer ikke involverer energi, afhænger det udelukkende af de koncentrationsgradienter (inklusive elektriske), der findes på tværs af plasmamembranen.

Selvom energien, der er ansvarlig for bevægelsen af ​​partiklerne, lagres i sådanne gradienter, er det passende og praktisk at fortsætte med at betragte processen som passiv.

Der er tre elementære måder, hvorpå 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, idet den vandige fase efterlades, opløses i lipiddelen og indgår til sidst den vandige del af celleindretningen. Det samme kan ske i den modsatte retning, fra indersiden af ​​cellen til ydersiden.

Den effektive passage gennem membranen bestemmes af niveauet for termisk energi, som systemet har. Hvis det er højt nok, vil molekylet være i stand til at krydse membranen.

Set mere detaljeret skal molekylet bryde alle hydrogenbindinger dannet i den vandige fase for at være i stand til at bevæge sig til lipidfasen. Denne begivenhed kræver 5 kcal kinetisk energi for hver tilstedeværende forbindelse.

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

Kinetikken af ​​passagen ved simpel diffusion udviser en kinetik af umættelse. Dette betyder, at indgangen øges i forhold til koncentrationen af ​​det opløste stof, der skal transporteres i det ekstracellulære område.

Vandige kanaler

Det andet alternativ til passage af molekyler gennem den passive rute er gennem en vandig kanal placeret i membranen. Disse kanaler er en slags porer, der tillader passage af molekylet og undgår kontakt med det hydrofobe område.

Visse ladede molekyler formår at komme ind i cellen ved at følge deres koncentrationsgradient. Takket være dette system med vandfyldte kanaler er membranerne meget uigennemtrængelige for ioner. Blandt disse molekyler skiller natrium, kalium, calcium og chlor sig ud.

Bærermolekyle

Det sidste alternativ er kombinationen af ​​det opløste stof af interesse med et bærermolekyle, der maskerer dets hydrofile karakter, så det passerer gennem den lipidrige del af membranen.

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

Disse bærerproteiner fungerer på forskellige måder. I det enkleste tilfælde overføres et opløst stof fra den ene side af membranen til den anden. Denne type kaldes en uniport. Tværtimod, hvis et andet opløst stof transporteres samtidigt eller kobles, kaldes transportøren koblet.

Hvis den koblede transportør bevæger de to molekyler i samme retning, er det en symport, og hvis den gør det i modsatte retninger, er transportøren anti-understøtning.

osmose

Osmose2-fr.png: PsYcHoTiKderivativt arbejde: Ortisa, via Wikimedia Commons

Det er den type celletransport, hvor et opløsningsmiddel selektivt passerer gennem den semipermeable membran.

Vand har for eksempel en tendens til at passere til den side af cellen, hvor dens koncentration er lavere. Bevægelse af vand i denne vej genererer et tryk, der kaldes osmotisk tryk.

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

ultrafiltrering

I dette tilfælde frembringes bevægelsen af ​​nogle opløste stoffer ved virkningen af ​​et hydrostatisk tryk fra området med størst tryk til det med mindre tryk. I den menneskelige krop forekommer denne proces i nyrerne takket være blodtrykket fra hjertet.

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

Fremme af formidling

Fremme af formidling

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

• Stoffets koncentrationsgradient.
• Mængden af ​​bærerproteiner, der er til stede i cellen.
• Hastigheden på de tilstedeværende proteiner.

Et af disse transporterproteiner er insulin, som letter diffusionen af ​​glukose, hvilket reducerer dens koncentration i blodet.

Aktiv transmembrantransport

Indtil videre har vi drøftet passage af forskellige molekyler gennem kanaler uden energiomkostninger. I disse begivenheder er den eneste omkostning at generere den potentielle energi i form af differentielle koncentrationer på begge sider af membranen.

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

Det eneste tilfælde, hvor fordelingen af ​​ionerne på begge sider af membranen er i en ægte ligevægt er imidlertid, når cellen er død. Alle levende celler investerer en stor mængde kemisk energi for at holde koncentrationen af ​​opløst stof ude af balance.

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

Aktive transportegenskaber

Aktiv transport kan virke mod koncentrationsgradienter, uanset hvor stejle de er - denne egenskab vil blive klar med forklaringen på natrium-kaliumpumpen (se nedenfor).

Aktive transportmekanismer kan flytte mere end en klasse af molekyler ad gangen. Til aktiv transport anvendes den samme klassificering, der er nævnt for transport af flere molekyler samtidigt i passiv transport: symport og antistøtte.

Transport med disse pumper kan hæmmes ved at anvende molekyler, der specifikt blokerer vigtige steder på proteinet.

Transportkinetikken er af typen Michaelis-Menten. Begge adfærd - der hæmmes af noget molekyle og kinetik - er typiske egenskaber ved enzymatiske reaktioner.

Endelig skal systemet have specifikke enzymer, der er i stand til at hydrolysere ATP-molekylet, såsom ATPaser. Dette er den mekanisme, hvormed systemet opnår den energi, der kendetegner det.

Transportselektivitet

De involverede pumper er ekstremt selektive i molekylerne, der vil blive transporteret. Hvis pumpen f.eks. Er en natriumionbærer, tager den ikke lithiumioner, selvom begge ioner er meget ens i størrelse.

Det antages, at proteinerne er i stand til at skelne mellem to diagnostiske egenskaber: letheden af ​​dehydrering af molekylet og interaktionen med ladningerne inde i transporterens pore.

Det er kendt, at store ioner dehydrerer let sammenlignet med en lille ion. Således vil en pore med svage polære centre fortrinsvis bruge store ioner.

I modsætning hertil dominerer interaktion med den dehydratiserede ion i kanaler med stærkt ladede centre.

Eksempel på aktiv transport: natrium-kaliumpumpe

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

Et markant træk ved celler er evnen til at opretholde stejle gradienter af natrium- (Na ⁺) og kalium- (K ⁺) -ioner.

I det fysiologiske miljø er kaliumkoncentrationen inden i cellerne 10-20 gange højere end udenfor celler. I modsætning hertil er natriumioner meget mere koncentreret i det ekstracellulære miljø.

Med de principper, der styrer bevægelsen af ​​ioner på en passiv måde, ville det være umuligt at opretholde disse koncentrationer, derfor kræver celler et aktivt transportsystem, og dette er natrium-kaliumpumpen.

Pumpen består af et proteinkompleks af typen ATPase, der er forankret til plasmamembranen i alle dyreceller. Dette har bindingssteder for begge ioner og er ansvarlig for transport med injektion af energi.

Hvordan fungerer pumpen?

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

På denne måde bestemmer hastigheden, hvormed ionerne kommer ind i cellen, den hastighed, hvormed pumpen skal arbejde for at opretholde en passende ionkoncentration.

Pumpens drift afhænger af en række konformationelle ændringer i proteinet, der er ansvarlig for transport af ioner. Hvert ATP-molekyle hydrolyseres direkte, i processen forlader tre natriumioner cellen og på samme tid kommer to kaliumioner ind i det cellulære miljø.

Massetransport

Det er en anden type aktiv transport, der hjælper med bevægelse af makromolekyler, såsom polysaccharider og proteiner. Det kan gives ved:

-Endocytosis

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

fagocytose

fagocytose

Phagocytose, den type transport, hvori en fast partikel er dækket af en vesikel eller fagosom, der består af smeltede pseudopoder. Den faste partikel, der forbliver inde i vesiklen, fordøjes af enzymer og når således det indre af cellen.

Sådan fungerer de hvide blodlegemer i kroppen; de indhaler bakterier og fremmedlegemer som en forsvarsmekanisme.

pinocytose

Ernæring af protosoer. Pinocytose. Billede af: Jacek FH (afledt af Mariana Ruiz Villarreal). Taget og redigeret fra

Pinocytose opstår, når det stof, der skal transporteres, er en dråbe eller vesikel af ekstracellulær væske, og membranen skaber en pinocytisk vesikel, hvori indholdet af vesikel eller dråbe behandles, så det vender tilbage til celleoverfladen.

Endocytose via en receptor

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

Flere endocytiske vesikler slutter sig sammen og danner en større struktur kaldet endosomet, og det er her liganden er adskilt fra receptoren. Receptoren vender derefter tilbage til membranen, og liganden binder til et liposom, hvor den fordøjes af enzymer.

-Exocytosis

Det er en type celletransport, hvor stoffet skal transporteres uden for cellen. Under denne proces binder den sekretoriske vesikelmembran til cellemembranen og frigiver indholdet af vesiklen.

På denne måde eliminerer celler syntetiserede stoffer eller affaldsstoffer. Sådan frigiver de også hormoner, enzymer eller neurotransmittorer.

Referencer

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologi: Life on Earth. Pearson uddannelse.
2. Donnersberger, AB, & Lesak, AE (2002). Anatomi og fysiologi lab bog. Redaktionel Paidotribo.
3. Larradagoitia, LV (2012). Grundlæggende anatomofysiologi og patologi. Redaktionel Paraninfo.
4. Randall, D., Burggren, WW, Burggren, W., French, K., & Eckert, R. (2002). Eckert dyrefysiologi. Macmillan.
5. Vived, À. M. (2005). Grundlæggende om fysiologi for fysisk aktivitet og sport. Panamerican Medical Ed.