Druhy bunkového transportu a ich vlastnosti



bunkový transport Zahŕňa premávku a posun molekúl medzi vnútornou a vonkajšou stranou buniek. Výmena molekúl medzi týmito kompartmentmi je základným fenoménom pre správne fungovanie organizmu a sprostredkováva rad udalostí, ako je napríklad membránový potenciál, aby sme uviedli niektoré.

Biologické membrány nie sú zodpovedné iba za vymedzenie bunky, ale aj nepostrádateľnú úlohu v premávke látok. Majú sériu proteínov, ktoré prechádzajú cez štruktúru a veľmi selektívne umožňujú vstup určitých molekúl.

Bunková doprava je rozdelená do dvoch hlavných typov v závislosti od toho, či systém využíva energiu priamo alebo nie.

Pasívny transport nevyžaduje energiu a molekuly sa podarilo prejsť cez membránu pasívnou difúziou, pomocou vodných kanálov alebo pomocou transportovaných molekúl. Smer aktívneho transportu je určený výlučne koncentračnými gradientmi medzi oboma stranami membrány.

Naopak, druhý typ dopravy si vyžaduje energiu a nazýva sa aktívnym transportom. Vďaka energii vstrekovanej do systému môžu čerpadlá pohybovať molekulami proti ich gradientom koncentrácie. Najvýznamnejším príkladom v literatúre je sodno-draselné čerpadlo.

index

  • 1 Teoretické základy
    • 1.1 - Bunkové membrány
    • 1,2-lipidy v membránach
    • 1,3-Proteíny v membránach
    • 1.4 - Selektivita membrány
    • 1,5 - difúzia a osmóza
    • 1.6 -Tonicita
    • 1.7 -Vodný elektrický
  • 2 Transmembránová pasívna preprava
    • 2.1 Jednoduché vysielanie
    • 2.2 Vodné kanály
    • 2.3 Molekula transportadora
    • 2.4 Osmóza
    • 2.5 Ultrafiltrácia
    • 2.6 Uľahčené šírenie
  • 3 Transmembránový aktívny transport
    • 3.1 Charakteristika aktívnej dopravy
    • 3.2 Dopravná selektivita
    • 3.3 Príklad aktívneho transportu: sodno-draselné čerpadlo
    • 3.4 Ako čerpadlo pracuje?
  • 4 Masová doprava
    • 4.1-Ektocytóza
    • 4,2-Exocytóza
  • 5 Referencie

Teoretické základy

-Bunkové membrány

Aby sme pochopili, ako dochádza k obchodovaniu s látkami a molekulami medzi bunkou a susednými priestormi, je potrebné analyzovať štruktúru a zloženie biologických membrán..

-Lipidy v membránach

Bunky sú obklopené tenkou a komplexnou membránou lipidovej povahy. Základnou zložkou sú fosfolipidy.

Skladajú sa z polárnej hlavy a nepolárnych chvostov. Membrány sa skladajú z dvoch vrstiev fosfolipidov - "lipidových dvojvrstiev" - v ktorých sú chvosty zoskupené vo vnútri a hlavy dávajú extra a intracelulárne tváre.

Molekuly, ktoré majú polárne aj nepolárne zóny, sa nazývajú amfipatické. Táto vlastnosť je rozhodujúca pre priestorovú organizáciu lipidových zložiek v membránach.

Táto štruktúra je zdieľaná membránami, ktoré obklopujú subcelulárne kompartmenty. Pamätajte, že aj mitochondrie, chloroplasty, vezikuly a iné organely sú obklopené membránou.

Okrem fosfoglyceridov alebo fosfolipidov sú membrány bohaté na sfingolipidy, ktoré majú kostry vytvorené z molekuly nazývanej sfingozín a sterol. V tejto poslednej skupine nájdeme cholesterol, lipid, ktorý moduluje vlastnosti membrány ako jej tekutosť.

-Proteíny v membránach

Membrána je dynamická štruktúra, ktorá obsahuje viac proteínov vo vnútri. Proteíny membrány pôsobia ako druh "vrátnikov" alebo "strážcov" molekulárnych, ktoré s veľkou selektivitou definujú, kto vstupuje do bunky a opúšťa bunku..

Z tohto dôvodu sa hovorí, že membrány sú semipermeabilné, pretože niektoré zlúčeniny dokážu vstúpiť a iné nie..

Nie všetky proteíny, ktoré sú v membráne, sú zodpovedné za sprostredkovanie dopravy. Iní sú zodpovední za zachytávanie vonkajších signálov, ktoré produkujú bunkovú reakciu na vonkajšie stimuly.

-Selektivita membrány

Interiér lipidu membrány je vysoko hydrofóbny, čo robí membránu vysoko nepriepustnou pre priechod polárnych alebo hydrofilných molekúl (tento termín znamená "zamilovaný do vody").

To znamená ďalší problém prechodu polárnych molekúl. Je však potrebný tranzit molekúl rozpustných vo vode, takže bunky majú sériu transportných mechanizmov, ktoré umožňujú účinné premiestnenie týchto látok medzi bunku a jej vonkajšie prostredie..

Rovnako musia byť veľké molekuly, ako napríklad proteíny, transportované a vyžadujú špecializované systémy.

-Difúzia a osmóza

K pohybu častíc cez bunkové membrány dochádza podľa nasledujúcich fyzikálnych princípov.

Tieto princípy sú difúzia a osmóza a aplikujú sa na pohyb rozpustených látok a rozpúšťadiel v roztoku cez semipermeabilnú membránu - ako sú biologické membrány nachádzajúce sa v živých bunkách..

Difúzia je proces, ktorý zahŕňa náhodný tepelný pohyb častíc suspendovaných v oblastiach s vysokými koncentráciami smerom k oblastiam s nižšou koncentráciou. Existuje matematický výraz, ktorý sa snaží opísať proces a nazýva sa Fickova difúzna rovnica, ale do neho sa nedostaneme.

S ohľadom na túto koncepciu môžeme definovať pojem permeabilita, ktorý sa vzťahuje na rýchlosť, ktorou látka preniká do membrány pasívne v sérii konkrétnych podmienok..

Na druhej strane sa voda tiež pohybuje v prospech svojho gradientu koncentrácie v jave nazývanom osmóza. Hoci sa zdá, že nie je presné odkazovať na koncentráciu vody, musíme pochopiť, že životne dôležitá tekutina sa správa ako každá iná látka, pokiaľ ide o jej šírenie.

-tonicity

Pri zohľadnení opísaných fyzikálnych javov budú smery transportu určovať koncentrácie, ktoré existujú vo vnútri bunky aj mimo nej.

Tóniou roztoku je teda reakcia buniek ponorených v roztoku. Na tento scenár sa vzťahuje niekoľko pojmov:

izotonické

Bunka, tkanivo alebo roztok je izotonický vzhľadom na druhú, ak je koncentrácia v oboch prvkoch rovnaká. Vo fyziologickom kontexte bunka ponorená do izotonického prostredia nebude mať žiadnu zmenu.

Hypotonic

Riešenie je hypotonické vzhľadom na bunku, ak je koncentrácia rozpustených látok nižšia vonku, to znamená, že bunka má viac rozpustených látok. V tomto prípade je tendencia vody vstupovať do bunky.

Ak dáme červené krvinky do destilovanej vody (ktorá je bez rozpustených látok), voda by sa dostala do výbuchu. Tento jav sa nazýva hemolýza.

hypertonický

Riešenie je hypertonické vzhľadom na bunku, ak je koncentrácia rozpustených látok vyššia vonku - to znamená, že bunka má menej rozpustených látok..

V tomto prípade je tendencia vody opustiť bunku. Ak umiestnime červené krvinky do koncentrovanejšieho roztoku, voda v globulách má tendenciu vystupovať a bunka získava vrásčitý vzhľad..

Tieto tri koncepty majú biologický význam. Napríklad vajcia morského organizmu musia byť izotonické, pokiaľ ide o morskú vodu, aby nedošlo k prasknutiu a strate vody.

Podobne by paraziti, ktorí žijú v krvi cicavcov, mali mať koncentráciu rozpustených látok podobnú médiu, v ktorom sa vyvíjajú..

-Elektrický vplyv

Keď hovoríme o iónoch, ktoré sú nabité častice, pohyb cez membrány nie je nasmerovaný výlučne koncentračnými gradientmi. V tomto systéme je potrebné brať do úvahy zaťaženie rozpustených látok.

Ión má tendenciu vzdialiť sa od regiónov, kde je koncentrácia vysoká (ako je opísané v časti o osmóze a difúzii), a ak je ión negatívny, postupuje smerom k oblastiam, kde je rastúci negatívny potenciál. Pamätajte, že sa priťahujú rôzne poplatky a odpudzujú sa rovnaké poplatky.

Aby sme predpovedali správanie iónu, musíme pridať kombinované sily gradientu koncentrácie a elektrického gradientu. Tento nový parameter sa nazýva čistý elektrochemický gradient.

Typy bunkového transportu sú klasifikované v závislosti od použitia - alebo nie - energie systému v pasívnych a aktívnych pohyboch. Každý z nich podrobne opíšeme nižšie:

Transmembránová pasívna preprava

Pasívne pohyby cez membrány zahŕňajú prechod molekúl bez priamej potreby energie. Pretože tieto systémy nezahŕňajú energiu, závisí výlučne od koncentračných gradientov (vrátane elektrických), ktoré existujú cez plazmatickú membránu.

Hoci energia zodpovedná za pohyb častíc je uložená v takýchto gradientoch, je vhodné a vhodné pokračovať v posudzovaní procesu ako pasívneho..

Existujú tri základné cesty, ktorými môžu molekuly pasívne prechádzať z jednej strany na druhú:

Jednoduchá difúzia

Najjednoduchším a najintuitívnejším spôsobom transportu rozpustenej látky je prejsť membránou po vyššie uvedených gradientoch..

Molekula difunduje cez plazmatickú membránu, pričom vodnú fázu ponecháva stranou, rozpúšťa sa v lipidovej časti a nakoniec vstupuje do vodnej časti vnútra bunky. To isté sa môže stať v opačnom smere, z vnútornej strany bunky smerom von.

Efektívny prechod cez membránu určuje úroveň tepelnej energie, ktorú má systém. Ak je dostatočne vysoká, molekula bude schopná prechádzať cez membránu.

Pri podrobnejšom pohľade musí molekula rozbiť všetky vodíkové väzby vytvorené vo vodnej fáze, aby mohla prejsť do lipidovej fázy. Táto udalosť vyžaduje 5 kcal kinetickej energie pre každý prítomný spoj.

Ďalším faktorom, ktorý treba vziať do úvahy, je rozpustnosť molekuly v lipidovej zóne. Mobilita je ovplyvnená rôznymi faktormi, ako je molekulová hmotnosť a tvar molekuly.

Kinetika jednoduchého difúzneho kroku vykazuje nesaturačnú kinetiku. To znamená, že vstup sa zvyšuje úmerne koncentrácii rozpustenej látky, ktorá sa má transportovať v extracelulárnej oblasti.

Vodné kanály

Druhou alternatívou prechodu molekúl pasívnou cestou je vodný kanál umiestnený v membráne. Tieto kanály sú druhmi pórov, ktoré umožňujú priechod molekuly, čím sa zabraňuje kontaktu s hydrofóbnou oblasťou.

Určité nabité molekuly dokážu vstúpiť do bunky po gradiente koncentrácie. Vďaka tomuto systému kanálov naplnených vodou sú membrány pre ióny vysoko nepriepustné. V týchto molekulách vyniká sodík, draslík, vápnik a chlór.

Dopravná molekula

Posledná alternatíva je kombinácia záujmovej látky, ktorá je predmetom záujmu, s transportnou molekulou, ktorá zakrýva svoju hydrofilnú povahu, takže dosahuje priechod cez membránu bohatú na lipidy..

Transportér zvyšuje rozpustnosť molekuly v lipide, ktorá sa má transportovať, a podporuje jej prechod v prospech gradientu koncentrácie alebo elektrochemického gradientu..

Tieto transportné proteíny pracujú rôznymi spôsobmi. V najjednoduchšom prípade sa solut prenesie z jednej strany membrány na druhú. Tento typ sa nazýva podpora. Naopak, ak sa iná solutovaná látka prepravuje súčasne alebo sa spája, dopravca sa nazýva prívesy.

Ak spojovací dopravník premiestni obe molekuly v rovnakom smere, je to simport a ak to robí v opačných smeroch, dopravník je antiport..

osmóza

Je to typ bunkového transportu, pri ktorom rozpúšťadlo prechádza selektívne cez semipermeabilnú membránu.

Napríklad voda má tendenciu prechádzať vedľa bunky, v ktorej je jej koncentrácia nižšia. Pohyb vody v tejto dráhe vytvára tlak nazývaný osmotický tlak.

Tento tlak je potrebný na reguláciu koncentrácie látok v bunke, čo potom ovplyvňuje tvar bunky.

ultrafiltrácia

V tomto prípade je pohyb niektorých rozpustených látok spôsobený hydrostatickým tlakom z oblasti najvyššieho tlaku na najnižšiu. V ľudskom tele sa tento proces vyskytuje v obličkách vďaka krvnému tlaku vyvolanému srdcom.

Týmto spôsobom prechádza z buniek do moču voda, močovina atď. a hormóny, vitamíny atď., zostať v krvi. Tento mechanizmus je známy aj ako dialýza.

Uľahčené šírenie

Existujú látky s veľmi veľkými molekulami (ako je glukóza a iné monosacharidy), ktoré potrebujú nosný proteín na šírenie. Táto difúzia je rýchlejšia ako jednoduchá difúzia a závisí od:

  • Koncentračný gradient látky.
  • Množstvo transportných proteínov prítomných v bunke.
  • Rýchlosť prítomných proteínov.

Jedným z týchto transportných proteínov je inzulín, ktorý uľahčuje difúziu glukózy a znižuje jej koncentráciu v krvi.

Transmembránový aktívny transport

Doteraz sme diskutovali o prechode rôznych molekúl cez kanály bez energetických nákladov. V týchto prípadoch je jedinou cenou vytvorenie potenciálnej energie vo forme diferenciálnych koncentrácií na oboch stranách membrány.

Týmto spôsobom je smer dopravy určený existujúcim gradientom. Soluty sa začínajú prenášať podľa uvedených princípov difúzie, až kým nedosiahnu bod, kde končí difúzia siete - v tomto bode sa dosiahla rovnováha. V prípade iónov je pohyb ovplyvnený aj zaťažením.

Avšak v jedinom prípade, keď je distribúcia iónov na oboch stranách membrány v reálnej rovnováhe, je bunka mŕtva. Všetky živé bunky investujú veľké množstvo chemickej energie, aby udržali koncentrácie rozpustených látok v rovnováhe.

Energia použitá na udržanie týchto procesov aktívna je všeobecne ATP molekula. Adenozíntrifosfát, skrátene ATP, je základnou molekulou energie v bunkových procesoch.

Charakteristika aktívnej dopravy

Aktívny transport môže pôsobiť proti koncentračným gradientom, bez ohľadu na to, ako sú označené - táto vlastnosť bude jasná s vysvetlením sodíkovo - draselného čerpadla (pozri nižšie).

Aktívne transportné mechanizmy môžu súčasne presúvať viac ako jednu triedu molekuly. Pre aktívny transport sa používa rovnaká klasifikácia na prepravu viacerých molekúl súčasne v pasívnom transporte: simporte a antiporte.

Transport uskutočňovaný týmito pumpami môže byť inhibovaný aplikáciou molekúl, ktoré špecificky blokujú kľúčové miesta v proteíne.

Transportná kinetika je typu Michaelis-Menten. Obe správanie - ktoré sú inhibované niektorou molekulou a kinetikou - sú typickými vlastnosťami enzymatických reakcií.

Nakoniec, systém musí mať špecifické enzýmy, ktoré môžu hydrolyzovať ATP molekulu, ako napríklad ATPázy. Toto je mechanizmus, ktorým systém získava energiu, ktorá ho charakterizuje.

Dopravná selektivita

Príslušné čerpadlá sú extrémne selektívne v molekulách, ktoré budú transportované. Napríklad, ak je pumpa nosičom iónov sodíka, neberie ióny lítia, hoci obidva ióny majú veľmi podobnú veľkosť..

Predpokladá sa, že proteíny môžu rozlišovať medzi dvoma diagnostickými znakmi: ľahkosť dehydratácie molekuly a interakciu s nábojmi vo vnútri pórov transportéra..

Je známe, že veľké ióny sa ľahko dehydratujú, ak ich porovnáme s malým iónom. Pór so slabými polárnymi centrami teda bude výhodne používať veľké ióny, výhodne.

Naopak v kanáloch so silne nabitými centrami prevláda interakcia s dehydratovaným iónom.

Príklad aktívneho transportu: sodno-draselné čerpadlo

Na vysvetlenie mechanizmov aktívneho transportu je najlepšie urobiť to najlepšie skúmaným modelom: sodíkovo - draselné čerpadlo.

Výrazným rysom buniek je schopnosť udržať výrazné gradienty sodíkových iónov (Na+) a draslíka (K+).

Vo fyziologickom prostredí je koncentrácia draslíka vo vnútri buniek 10 až 20-krát vyššia ako vo vonkajších bunkách. Naproti tomu, sodíkové ióny sa nachádzajú oveľa viac koncentrované v extracelulárnom prostredí.

S princípmi, ktorými sa riadi pohyb iónov pasívne, by bolo nemožné udržať tieto koncentrácie, preto bunky vyžadujú aktívny transportný systém a toto je sodíkovo-draselná pumpa.

Čerpadlo je tvorené proteínovým komplexom typu ATPázy ukotveným na plazmatickej membráne všetkých živočíšnych buniek. To má väzbové miesta pre oba ióny a je zodpovedné za transport pomocou vstrekovania energie.

Ako čerpadlo pracuje?

V tomto systéme existujú dva faktory, ktoré určujú pohyb iónov medzi bunkovými a extracelulárnymi kompartmentmi. Prvou je rýchlosť, ktorou pôsobí sodíkovo-draselná pumpa, a druhým faktorom je rýchlosť, ktorou môže ión znovu vstúpiť do bunky (v prípade sodíka) prostredníctvom udalostí pasívnej difúzie.

Týmto spôsobom rýchlosť, s akou ióny vstupujú do bunky, určuje rýchlosť, ktorou musí pumpa pracovať, aby udržiavala vhodnú koncentráciu iónov..

Prevádzka pumpy závisí od radu konformačných zmien v proteíne, ktorý je zodpovedný za transport iónov. Každá molekula ATP je priamo hydrolyzovaná, pričom v tomto procese tri sodíkové ióny opúšťajú bunku a zároveň vstupujú do bunkového prostredia dve draselné ióny..

Hromadná doprava

Je to ďalší typ aktívneho transportu, ktorý pomáha pri pohybe makromolekúl, ako sú polysacharidy a proteíny. Môže sa vyskytnúť prostredníctvom:

-endocytózy

Existujú tri procesy endocytózy: fagocytóza, pinocytóza a endocytóza sprostredkovaná ligandom:

fagocytóza

Fagocytóza je typ transportu, pri ktorom je pevná častica pokrytá vezikulom alebo fagozómom tvoreným fúzovanými pseudopodmi. Táto tuhá častica, ktorá zostane vo vnútri vezikuly, je strávená enzýmami a tak sa dostane do vnútra bunky.

Týmto spôsobom pracujú biele krvinky v tele; fagocytovať baktérie a cudzie telesá ako obranný mechanizmus.

pinocitosis

Pinocytosa nastáva, keď je látkou, ktorá sa má transportovať, kvapôčka alebo vezikula extracelulárnej tekutiny a membrána vytvára pinocytovú vezikulu, v ktorej sa spracováva obsah vezikuly alebo kvapky, aby sa vrátil na povrch bunky..

Endocytóza prostredníctvom receptora

Ide o proces podobný pinocytóze, ale v tomto prípade dochádza k invaginácii membrány, keď sa určitá molekula (ligand) viaže na membránový receptor..

Niekoľko endocytových vezikúl sa spojí a vytvorí väčšiu štruktúru nazývanú endozóm, kde ligand je oddelený od receptora. Potom sa receptor vracia na membránu a ligand sa viaže na lipozóm, v ktorom je štiepený enzýmami.

-Exocytóza

Je to typ bunkového transportu, v ktorom sa látka musí odoberať mimo bunky. Počas tohto procesu sa membrána sekrečného vezikula pripája k bunkovej membráne a uvoľňuje obsah vezikuly.

Týmto spôsobom bunky eliminujú syntetizované látky alebo látky odpadu. To je tiež spôsob, akým uvoľňujú hormóny, enzýmy alebo neurotransmitery.

referencie

  1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B.E. (2003). Biológia: Život na Zemi. Pearsonovo vzdelávanie.
  2. Donnersberger, A. B., & Lesak, A.E. (2002). Laboratórium anatómie a fyziológie. Editorial Paidotribo.
  3. Larradagoitia, L. V. (2012). Anatomofyziológia a základná patológia. Paraninfo Editorial.
  4. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., French, K., & Eckert, R. (2002). Eckertova fyziológia zvierat. Macmillan.
  5. Vived, À. M. (2005). Základy fyziológie pohybovej aktivity a športu. Panamericana Medical.