Kas yra pasyvus transportas? Įvairių stambiamolekulinių junginių, ląstelinių komponentų, supramolekulinių dalelių, kurios negali prasiskverbti pro membranoje esančius kanalus, judėjimas per membraną vykdomas specialiais mechanizmais, pavyzdžiui, naudojant fagocitozę, pinocitozę, egzocitozę, pernešimą per tarpląstelinę erdvę. Tai yra, medžiagų judėjimas per membraną gali vykti naudojant įvairius mechanizmus, kurie skirstomi pagal konkrečių nešėjų dalyvavimo juose požymius, taip pat energijos suvartojimą. Mokslininkai medžiagų transportavimą skirsto į aktyvųjį ir pasyvųjį.
Pagrindinės transporto rūšys
Pasyvus pernešimas – tai medžiagos pernešimas per biologinę membraną gradientu (osmosiniu, koncentraciniu, hidrodinamine ir kt.), kuriam nereikia energijos sąnaudų.
Aktyvusis transportavimas – tai medžiagos perkėlimas per biologinę membraną prieš gradientą. Kuriameenergijos suvartojama. Maždaug 30–40% energijos, kuri susidaro dėl medžiagų apykaitos reakcijų žmogaus organizme, išleidžiama aktyviam medžiagų transportavimui. Jei atsižvelgsime į žmogaus inkstų funkcionavimą, tai apie 70–80 % suvartojamo deguonies išleidžiama aktyviam transportui.
Pasyvus medžiagų transportavimas
tai apima įvairių medžiagų pernešimą per biologines membranas įvairiais gradientais. Šie gradientai gali būti:
- elektrocheminis potencialo gradientas;
- medžiagos koncentracijos gradientas;
- elektrinio lauko gradientas;
- osmosinio slėgio gradientas ir kt.
Pasyviojo transporto diegimo procesas nereikalauja jokių energijos sąnaudų. Tai gali atsirasti dėl palengvintos ir paprastos sklaidos. Kaip žinome, difuzija yra chaotiškas medžiagos molekulių judėjimas įvairiose terpėse, atsirandantis dėl medžiagos šiluminių virpesių energijos.
Jei medžiagos dalelė yra elektriškai neutrali, difuzijos kryptį lemia membrana atskirtose terpėse esančių medžiagų koncentracijų skirtumas. Pavyzdžiui, tarp ląstelės skyrių, ląstelės viduje ir išorėje. Jeigu medžiagos dalelės, jos jonai turi elektrinį krūvį, tai difuzija priklausys ne tik nuo koncentracijų skirtumo, bet ir nuo konkrečios medžiagos krūvio dydžio, krūvio buvimo ir požymių abiejose membranos pusėse.. Elektrocheminio gradiento dydisyra nustatomas pagal elektrinių ir koncentracijos gradientų per membraną algebrinę sumą.
Kas užtikrina pernešimą per membraną?
Pasyvus membranos pernešimas yra įmanomas dėl medžiagų koncentracijos gradientų, osmosinio slėgio, atsirandančio tarp skirtingų ląstelės membranos pusių, ar elektros krūvio. Pavyzdžiui, vidutinis Na+ jonų kiekis kraujo plazmoje yra apie 140 mM/l, o jo kiekis eritrocituose – apie 12 kartų didesnis. Toks gradientas, išreikštas koncentracijos skirtumu, gali sukurti varomąją jėgą, užtikrinančią natrio molekulių perkėlimą į raudonuosius kraujo kūnelius iš kraujo plazmos.
Pažymėtina, kad tokio perėjimo greitis yra labai mažas dėl to, kad ląstelės membranai būdingas mažas šios medžiagos jonų pralaidumas. Ši membrana turi daug didesnį pralaidumą kalio jonų atžvilgiu. Ląstelių metabolizmo energija nenaudojama paprastos difuzijos procesui užbaigti.
Difuzijos greitis
Aktyvus ir pasyvus medžiagų pernešimas per membraną pasižymi difuzijos greičiu. Jį galima apibūdinti naudojant Fick lygtį: dm/dt=-kSΔC/x.
Šiuo atveju dm/dt yra medžiagos kiekis, kuris pasklinda per vieną laiko vienetą, o k yra difuzijos proceso koeficientas, apibūdinantis biomembranos pralaidumą difunduojančiai medžiagai. S yra lygus plotui, kuriame vyksta difuzija, o ΔC išreiškia skirtumąmedžiagų koncentracija iš skirtingų biologinės membranos pusių, o x apibūdina atstumą tarp difuzijos taškų.
Akivaizdu, kad tos medžiagos, kurios vienu metu difunduoja pagal koncentracijų ir elektrinių laukų gradientus, lengviausia judės per membraną. Svarbi medžiagos difuzijos per membraną sąlyga yra pačios membranos fizinės savybės, jos pralaidumas kiekvienai konkrečiai medžiagai.
Dėl to, kad membranos dvisluoksnį sudaro hidrofobinių savybių turintys fosfolipidų angliavandenilių radikalai, per jį lengvai difunduoja hidrofobinio pobūdžio medžiagos. Visų pirma tai taikoma medžiagoms, kurios lengvai tirpsta lipiduose, pvz., skydliaukės ir steroidiniams hormonams, taip pat kai kurioms narkotinėms medžiagoms.
Mineraliniai jonai ir mažos molekulinės masės medžiagos, kurios savo prigimtimi yra hidrofilinės, difunduoja per pasyvius membranos jonų kanalus, kurie susidaro iš kanalą formuojančių b altymų molekulių, o kartais ir per fosfolipidų molekulių membranos pakavimo defektus, atsirandančius ląstelės membranoje. šiluminių svyravimų rezultatas.
Pasyvus pernešimas per membraną yra labai įdomus procesas. Jei sąlygos normalios, didelis medžiagos kiekis gali prasiskverbti pro dvisluoksnę membraną tik tuo atveju, jei jos yra nepolinės ir mažo dydžio. Priešingu atveju pernešimas vyksta per nešiklius. Panašūs procesai, kuriuose dalyvaujanešiklio b altymas vadinamas ne difuzija, o medžiagos pernešimu per membraną.
Palengvinta sklaida
Palengvinta difuzija, kaip ir paprasta difuzija, vyksta pagal medžiagos koncentracijos gradientą. Pagrindinis skirtumas yra tas, kad speciali b altymo molekulė, vadinama nešikliu, dalyvauja medžiagų perdavimo procese.
Supaprastinta difuzija – tai tam tikras pasyvus medžiagos molekulių pernešimas per biomembranas, atliekamas koncentracijos gradientu naudojant nešiklį.
Perkelkite b altymų būsenas
Nešantis b altymas gali būti dviejų konformacinių būsenų. Pavyzdžiui, A būsenoje šis b altymas gali turėti afinitetą medžiagai, kurią jis neša, jo surišimo su medžiaga vietos yra pasuktos į vidų, todėl susidaro pora, kuri yra atvira vienai membranos pusei.
Kai b altymas prisijungia prie perkeltos medžiagos, jo konformacija pasikeičia ir pereina į būseną B. Dėl šios transformacijos nešiklis praranda afinitetą medžiagai. Nuo jungties su nešikliu jis išsiskiria ir juda į porą jau kitoje membranos pusėje. Po to, kai medžiaga perkeliama, b altymas nešiklis vėl pakeičia savo konformaciją ir grįžta į būseną A. Toks medžiagos pernešimas per membraną vadinamas vienetu.
Supaprastintas difuzijos greitis
Mažos molekulinės masės medžiagos, pvz., gliukozė, gali būti pernešamosmembrana per palengvintą difuziją. Toks transportavimas gali vykti iš kraujo į smegenis, į ląsteles iš intersticinių erdvių. Medžiagos perdavimo greitis naudojant tokio tipo difuziją kanalu gali pasiekti iki 108 dalelių per vieną sekundę.
Kaip jau žinome, aktyvaus ir pasyvaus medžiagų transportavimo greitis paprastoje difuzijoje yra proporcingas medžiagos koncentracijų skirtumui abiejose membranos pusėse. Supaprastintos difuzijos atveju šis greitis didėja proporcingai didėjančiam medžiagos koncentracijos skirtumui iki tam tikros didžiausios vertės. Virš šios vertės greitis nedidėja, nors koncentracijų skirtumas iš skirtingų membranos pusių ir toliau didėja. Tokio didžiausio greičio taško pasiekimą palengvintos difuzijos procese galima paaiškinti tuo, kad didžiausias greitis reiškia, kad perdavimo procese dalyvauja visi turimi b altymai-nešėjai.
Kokią kitą sąvoką apima aktyvus ir pasyvus pernešimas per membranas?
Mainų sklaida
Šis medžiagos molekulių pernešimo per ląstelės membraną būdas pasižymi tuo, kad mainuose dalyvauja tos pačios medžiagos molekulės, esančios skirtingose biologinės membranos pusėse. Pažymėtina, kad tokiu būdu pernešant medžiagas molekulių koncentracija abiejose membranos pusėse visiškai nekinta.
Maito sklaidos tipas
Viena iš mainų difuzijos atmainų yra mainai, kuriuosevienos medžiagos molekulė pakeičiama į dvi ar daugiau kitos medžiagos molekulių. Pavyzdžiui, vienas iš būdų, kuriuo teigiami kalcio jonai pašalinami iš bronchų lygiųjų raumenų ląstelių ir kraujagyslių iš susitraukiančių širdies miocitų, yra jų mainai natrio jonais, esančiais už ląstelės ribų. Vienas natrio jonas šiuo atveju pakeičiamas trimis kalcio jonais. Taigi per membraną vyksta natrio ir kalcio judėjimas, kuris yra vienas nuo kito priklausomas. Toks pasyvus pernešimas per ląstelės membraną vadinamas antiportu. Būtent tokiu būdu ląstelė gali atsikratyti kalcio jonų, kurių yra per daug. Šis procesas būtinas, kad miocitai ir kardiomiocitai atsipalaiduotų.
Šiame straipsnyje buvo nagrinėjamas aktyvus ir pasyvus medžiagų pernešimas per membraną.
