Šūnu transporta veidi un to raksturojums



The šūnu transports tas ietver molekulu kustību un pārvietošanu starp šūnu iekšpusi un ārpusi. Molekulu apmaiņa starp šiem nodalījumiem ir būtiska parādība pareizai organisma darbībai, un starpniecību notiek virkne notikumu, piemēram, membrānas potenciāls, lai pieminētu dažus..

Bioloģiskās membrānas ir ne tikai atbildīgas par šūnu norobežošanu, bet arī ir neaizstājama loma vielu kustībā. Viņiem ir virkne olbaltumvielu, kas šķērso struktūru un, ļoti selektīvi, pieļauj noteiktu molekulu ievadīšanu.

Šūnu transports tiek iedalīts divos galvenajos veidos atkarībā no tā, vai sistēma izmanto enerģiju tieši vai nē.

Pasīvajam transportam nav vajadzīga enerģija, un molekulas spēj šķērsot membrānu ar pasīvo difūziju, izmantojot ūdens kanālus vai izmantojot transportētas molekulas. Aktīvā transporta virzienu nosaka tikai koncentrācijas gradienti starp abām membrānas pusēm.

Turpretim otram transporta veidam ir nepieciešama enerģija, un to sauc par aktīvu transportu. Pateicoties sistēmā ievadītajai enerģijai, sūkņi var pārvietot molekulas pret to koncentrācijas gradientiem. Nozīmīgākais piemērs literatūrā ir nātrija-kālija sūknis.

Indekss

  • 1 Teorētiskie pamati
    • 1.1 - šūnu membrānas
    • 1.2 -Lipīdi membrānās
    • 1.3. Proteīni membrānās
    • 1.4. Membrānas selektivitāte
    • 1.5. Difūzija un osmoze
    • 1.6 -Toniskums
    • 1.7
  • 2 Transmembrānu pasīvais transports
    • 2.1. Vienkārša pārraide
    • 2.2. Ūdens kanāli
    • 2.3. Transportlīdzekļu molekula
    • 2.4 Osmoze
    • 2.5. Ultrafiltrācija
    • 2.6. Veicināt izplatīšanu
  • 3 Transmembrāna aktīvais transports
    • 3.1. Aktīvā transporta raksturojums
    • 3.2 Transporta selektivitāte
    • 3.3 Aktīvā transportēšanas piemērs: nātrija-kālija sūknis
    • 3.4. Kā darbojas sūknis?
  • 4 Masu pārvadājumi
    • 4.1 -Endocitoze
    • 4.2 -Eksocitoze
  • 5 Atsauces

Teorētiskie pamati

-Šūnu membrānas

Lai saprastu, kā vielu un molekulu tirdzniecība notiek starp šūnu un blakus esošajiem nodalījumiem, ir nepieciešams analizēt bioloģisko membrānu struktūru un sastāvu..

-Lipīdi membrānās

Šūnas ieskauj plāna un sarežģīta lipīdu dabiskā membrāna. Bāzes komponents ir fosfolipīdi.

Tie sastāv no polāra galvas un apolāra astes. Membrānas sastāv no diviem fosfolipīdu slāņiem - "lipīdu divslāņi", kuros astes ir sagrupētas iekšpusē un galvas dod papildu un intracelulāras sejas..

Molekulas, kurām ir gan polāras, gan apolārās zonas, sauc par amfipātiskām. Šī īpašība ir būtiska lipīdu komponentu telpiskajai organizācijai membrānās.

Šo struktūru koplieto membrānas, kas ieskauj subcellulāros nodalījumus. Atcerieties, ka arī mitohondriju, hloroplastu, vezikulu un citu organellu ieskauj membrāna.

Papildus fosfoglicerīdiem vai fosfolipīdiem membrānas ir bagātas ar sfingolipīdiem, kuriem ir skeleti, kas veidojas no molekulas, ko sauc par sfingozīnu un sterīnu. Šajā pēdējā grupā mēs atrodam holesterīnu - lipīdu, kas modulē membrānas īpašības, jo tā ir mainīga.

-Olbaltumvielas membrānās

Membrāna ir dinamiska struktūra, kas satur vairākas olbaltumvielas. Membrānas olbaltumvielas darbojas kā sava veida "vārtu sargi" vai "aizsargi" molekulāri, kas ar lielu selektivitāti nosaka, kas ienāk un kurš atstāj šūnu.

Šā iemesla dēļ tiek teikts, ka membrānas ir puscaurlaidīgas, jo dažiem savienojumiem izdodas iekļūt, bet citi nav..

Ne visas olbaltumvielas, kas atrodas membrānā, ir atbildīgas par satiksmes starpniecību. Citi ir atbildīgi par ārējo signālu uztveršanu, kas rada šūnu reakciju uz ārējiem stimuliem.

-Membrānas selektivitāte

Membrānas lipīdu interjers ir ļoti hidrofobs, kas padara membrānu ļoti necaurlaidīgu polāro vai hidrofilo molekulu pārejai (šis termins nozīmē "mīlestību ar ūdeni")..

Tas nozīmē papildu grūtības polāro molekulu pārejai. Tomēr ir vajadzīgs šķidrumu šķīstošu molekulu tranzīts, tāpēc šūnām ir virkne transporta mehānismu, kas ļauj efektīvi pārvietot šīs vielas starp šūnu un tās ārējo vidi..

Tādā pašā veidā ir jāpārvadā lielas molekulas, piemēram, olbaltumvielas, un tām ir nepieciešamas specializētas sistēmas.

-Difūzija un osmoze

Daļiņu kustība caur šūnu membrānām notiek pēc šādiem fiziskiem principiem.

Šie principi ir difūzija un osmoze, un tos izmanto šķīdinātāju un šķīdinātāju kustībai šķīdumā caur puscaurlaidīgu membrānu - piemēram, dzīvās šūnās konstatētās bioloģiskās membrānas..

Difūzija ir process, kas ietver nejaušu siltuma kustību daļiņām, kas suspendētas no augsta koncentrācijas reģioniem uz reģioniem ar zemāku koncentrāciju. Ir matemātiska izteiksme, kuras mērķis ir aprakstīt procesu, un to sauc par Fika difūzijas vienādojumu, bet mēs to neiesaistīsim.

Paturot prātā šo koncepciju, mēs varam definēt terminu "caurlaidība", kas attiecas uz ātrumu, kādā viela pasīvi iekļūst membrānā virknē konkrētu apstākļu..

No otras puses, ūdens arī pārvietojas par labu tās koncentrācijas gradientam, ko sauc par osmozi. Lai gan šķiet, ka nav precīza atsaukties uz ūdens koncentrāciju, mums ir jāsaprot, ka būtisks šķidrums uzvedas kā jebkura cita viela, ņemot vērā tā izplatīšanos..

-Tonitāte

Ņemot vērā aprakstītās fiziskās parādības, koncentrācija, kas pastāv gan šūnā, gan ārpusē, noteiks transporta virzienu.

Tādējādi šķīduma toniskums ir šķīdumā iegremdēto šūnu reakcija. Šim scenārijam ir piemērota terminoloģija:

Izotonisks

Šūnas, audi vai šķīdums ir izotonisks attiecībā pret citu, ja koncentrācija abos elementos ir vienāda. Fizioloģiskā kontekstā šūnu, kas iegremdēta izotoniskā vidē, nekādas izmaiņas neradīs.

Hipotonisks

Risinājums ir hipotonisks attiecībā pret šūnu, ja šķīdinātāju koncentrācija ir zemāka - tas ir, šūnai ir vairāk šķīdinātāju. Šajā gadījumā ūdens tendence iekļūt šūnā.

Ja mēs ievietojam sarkanās asins šūnas destilētajā ūdenī (kas ir bez šķīdinātājiem), ūdens nokļūst līdz eksplozijai. Šo parādību sauc par hemolīzi.

Hipertonisks

Risinājums ir hipertonisks attiecībā pret šūnu, ja šķīdinātāju koncentrācija ir augstāka ārpusē - tas ir, šūnai ir mazāk šķīdinātāju.

Šajā gadījumā ūdens tendence ir atstāt šūnu. Ja sarkanās asins šūnas ievietosim koncentrētākā šķīdumā, ūdenim globulēs ir tendence iznākt un šūna iegūst grumbu izskatu.

Šiem trim jēdzieniem ir bioloģiska nozīme. Piemēram, jūras organisma olām jābūt izotoniskām attiecībā uz jūras ūdeni, lai tās nesprāgt un nezaudētu ūdeni.

Līdzīgi, parazītiem, kas dzīvo zīdītāju asinīs, vajadzētu būt tādai šķīdinātāju koncentrācijai, kas ir līdzīga videi, kurā tie attīstās..

-Elektriskā ietekme

Runājot par joniem, kas ir uzlādētas daļiņas, kustība caur membrānām nav vērsta tikai uz koncentrācijas gradientiem. Šajā sistēmā ir nepieciešams ņemt vērā šķīdinātāju slodzes.

Jonam ir tendence novirzīties no reģioniem, kur koncentrācija ir augsta (kā aprakstīts sadaļā par osmozi un difūziju), un arī tad, ja jons ir negatīvs, tas virzīsies uz reģioniem, kur pieaug negatīvais potenciāls. Atcerieties, ka tiek piesaistīti dažādi maksājumi, un vienādi maksājumi tiek atvairīti.

Lai prognozētu jonu uzvedību, mums jāpievieno koncentrācijas gradienta un elektriskā gradienta apvienotie spēki. Šo jauno parametru sauc par neto elektroķīmisko gradientu.

Šūnu transporta veidi tiek klasificēti atkarībā no enerģijas izmantošanas sistēmā vai ne - pasīvās un aktīvās kustībās. Turpmāk aprakstīsim katru no tām:

Transmembrāna pasīvais transports

Pasīvās kustības caur membrānām ietver molekulu pāreju bez tiešas enerģijas nepieciešamības. Tā kā šīs sistēmas neietver enerģiju, tas ir atkarīgs tikai no koncentrācijas gradientiem (ieskaitot elektriskos), kas pastāv caur plazmas membrānu.

Lai gan enerģija, kas ir atbildīga par daļiņu kustību, tiek saglabāta šādos slīpumos, ir lietderīgi un ērti turpināt apsvērt procesu kā pasīvu.

Ir trīs pamatelementi, caur kuriem molekulas var pasīvi pāriet no vienas puses uz otru:

Vienkārša izkliedēšana

Vienkāršākais un intuitīvākais šķidruma transportēšanas veids ir šķērsot membrānu pēc iepriekš minētajiem gradientiem..

Molekula izkliedējas caur plazmas membrānu, atstājot ūdens fāzi malā, izšķīst lipīdu daļā un beidzot nonāk šūnu interjera ūdens daļā. Tas pats var notikt pretējā virzienā, no šūnas iekšpuses uz ārpusi.

Efektīva pāreja caur membrānu noteiks siltumenerģijas līmeni, kāds ir sistēmai. Ja tā ir pietiekami augsta, molekula varēs šķērsot membrānu.

Detalizētāk, molekulai ir jāatklāj visas ūdeņraža saites, kas veidojas ūdens fāzē, lai varētu pāriet uz lipīdu fāzi. Šim notikumam ir nepieciešama 5 kcal kinētiskā enerģija katrai esošajai saitei.

Nākamais faktors, kas jāņem vērā, ir molekulas šķīdība lipīdu zonā. Mobilitāti ietekmē dažādi faktori, piemēram, molekulas molekulmasa un forma.

Vienkāršās difūzijas pakāpes kinētikai piemīt ne-piesātinājuma kinētika. Tas nozīmē, ka ieeja palielinās proporcionāli ekstrakelulārajā reģionā transportējamā šķīdinātāja koncentrācijai.

Ūdens kanāli

Otrā alternatīva molekulu nonākšanai caur pasīvo ceļu ir caur ūdens kanālu, kas atrodas membrānā. Šie kanāli ir sava veida poras, kas pieļauj molekulas pāreju, izvairoties no kontakta ar hidrofobo reģionu.

Dažas uzlādētas molekulas spēs iekļūt šūnā pēc koncentrācijas gradienta. Pateicoties šai kanālu sistēmai, kas piepildīta ar ūdeni, membrānas ir ļoti izturīgas pret joniem. Šajās molekulās izceļas nātrija, kālija, kalcija un hlora saturs.

Konveijera molekula

Pēdējā alternatīva ir ieinteresētās vielas šķīduma kombinācija ar transportējošu molekulu, kas maskē tā hidrofilo dabu, tā, ka tā sasniedz caurlaidību caur membrānas bagātīgo daļu..

Pārvadātājs palielina molekulas lipīdu šķīdību, kas jātransportē, un veicina tās pārvietošanos, lai panāktu koncentrācijas gradientu vai elektrochemisko gradientu..

Šie transportieru proteīni darbojas dažādos veidos. Vienkāršākajā gadījumā šķīdinātājs tiek pārvietots no vienas membrānas puses uz otru. Šo veidu sauc par atbalstu. Un otrādi, ja vienlaicīgi tiek transportēta cita šķīdinātāja vai savienota, pārvadātāju sauc par piekabēm.

Ja savienotais konveijers pārvieto abas molekulas tajā pašā virzienā, tas ir simporteeris un, ja tas notiek pretējos virzienos, konveijers ir antiport.

Osmoze

Tas ir šūnu pārvadāšanas veids, kurā šķīdinātājs selektīvi iziet caur puscaurlaidīgo membrānu.

Piemēram, ūdenim ir tendence iet blakus šūnai, kurā tās koncentrācija ir zemāka. Ūdens kustība šajā ceļā rada spiedienu, ko sauc par osmotisko spiedienu.

Šis spiediens ir nepieciešams, lai regulētu vielu koncentrāciju šūnā, kas pēc tam ietekmē šūnas formu.

Ultrafiltrācija

Šajā gadījumā dažu šķīdinātāju kustību rada hidrostatiskā spiediena ietekme no augstākā spiediena laukuma līdz zemākajam spiedienam. Cilvēka organismā šis process notiek nierēs, pateicoties sirds radītajam asinsspiedienam.

Tādā veidā ūdens, urīnviela utt. No šūnām nokļūst urīnā; un hormoni, vitamīni utt. paliek asinīs. Šis mehānisms ir pazīstams arī kā dialīze.

Veicināt izplatīšanu

Ir vielas ar ļoti lielām molekulām (piemēram, glikozi un citiem monosaharīdiem), kam nepieciešams izplatīšanās proteīns. Šī difūzija ir ātrāka par vienkāršu difūziju un ir atkarīga no:

  • Vielas koncentrācijas gradients.
  • Transporteru proteīnu daudzums šūnā.
  • Pieejamo olbaltumvielu ātrums.

Viens no šiem proteīnu proteīniem ir insulīns, kas atvieglo glikozes difūziju, samazinot tā koncentrāciju asinīs.

Transmembrāna aktīvais transports

Līdz šim mēs esam apsprieduši dažādu molekulu pāreju caur kanāliem bez enerģijas izmaksām. Šajos gadījumos vienīgās izmaksas ir radīt potenciālo enerģiju diferenciālo koncentrāciju veidā abās membrānas pusēs.

Šādā veidā transporta virzienu nosaka esošais gradients. Šķīdinātājus sāk transportēt, ievērojot minētos difūzijas principus, līdz tie sasniedz punktu, kur beidzas neto difūzija - šajā brīdī ir sasniegts līdzsvars. Jonu gadījumā kustību ietekmē arī slodze.

Tomēr vienīgais gadījums, kad jonu sadalījums abās membrānas pusēs ir reālā līdzsvara stāvoklī, ir tad, kad šūna ir mirusi. Visas dzīvās šūnas iegulda lielu daudzumu ķīmiskās enerģijas, lai saglabātu šķīdinātāju koncentrāciju no līdzsvara.

Enerģija, kas tiek izmantota šo procesu saglabāšanai, parasti ir ATP molekula. Adenozīna trifosfāts, saīsināts kā ATP, ir būtiska enerģijas molekula šūnu procesos.

Aktīvā transporta raksturojums

Aktīvais transports var darboties pret koncentrācijas gradientiem neatkarīgi no tā, cik tie ir marķēti - šī īpašība būs skaidra ar nātrija-kālija sūkņa skaidrojumu (skatīt zemāk).

Aktīvie transporta mehānismi vienlaikus var pārvietot vairāk nekā vienu molekulu klasi. Aktīvai transportēšanai minētais klasifikācija tiek izmantota vairāku molekulu pārvadāšanai vienlaicīgi pasīvajā transportā: simporte un antiporte.

Šo sūkņu veikto transportēšanu var kavēt to molekulu pielietošana, kas īpaši bloķē būtiskās vietas proteīnā.

Transporta kinētika ir Michaelis-Menten tipa. Abi uzvedības veidi, ko kavē kāda molekula un kinētika, ir raksturīgas fermentu reakcijas.

Visbeidzot, sistēmai jābūt specifiskiem enzīmiem, kas var hidrolizēt ATP molekulu, piemēram, ATPāzes. Šis ir mehānisms, ar kuru sistēma iegūst enerģiju, kas to raksturo.

Transporta selektivitāte

Ieslēgtie sūkņi ir ļoti selektīvi transportējamajās molekulās. Piemēram, ja sūknis ir nātrija jonu nesējs, tas neuzņems litija jonus, lai gan abi joni ir ļoti līdzīgi..

Tiek pieņemts, ka olbaltumvielas var atšķirt divas diagnostiskās īpašības: molekulas dehidratācijas vieglumu un mijiedarbību ar lādiņiem transportiera porās..

Ir zināms, ka lielie joni viegli atūdeņojas, ja salīdzinām tos ar nelielu jonu. Tādējādi poras ar vājiem polāriem centriem izmantos lielus jonus, vēlams.

Savukārt kanālos ar spēcīgi uzlādētiem centriem dominē mijiedarbība ar dehidrēto jonu.

Aktīvā transportēšanas piemērs: nātrija-kālija sūknis

Lai izskaidrotu aktīvā transporta mehānismus, vislabāk to izdarīt ar vislabāk izpētīto modeli: nātrija - kālija sūkni.

Ievērojama šūnu iezīme ir spēja saglabāt izteiktu nātrija jonu gradientu (Na+) un kāliju (K+).

Fizioloģiskajā vidē kālija koncentrācija šūnās ir 10 līdz 20 reizes lielāka nekā šūnu ārpusē. Turpretī nātrija joni ir daudz koncentrētāki ekstracelulārajā vidē.

Ar principiem, kas regulē jonu kustību pasīvi, nebūtu iespējams saglabāt šīs koncentrācijas, tāpēc šūnām ir nepieciešama aktīva transporta sistēma, un tas ir nātrija - kālija sūknis..

Sūkni veido ATPāzes tipa proteīnu komplekss, kas piestiprināts visu dzīvnieku šūnu plazmas membrānai. Tam ir saistošas ​​vietas abiem joniem un ir atbildīgas par transportēšanu ar enerģijas iesmidzināšanu.

Kā darbojas sūknis?

Šajā sistēmā ir divi faktori, kas nosaka jonu kustību starp šūnu un ekstracelulārajiem nodalījumiem. Pirmais ir ātrums, kādā darbojas nātrija-kālija sūknis, un otrais faktors ir ātrums, kādā jonu atkal var iekļūt šūnā (nātrija gadījumā), izmantojot pasīvus difūzijas notikumus..

Tādā veidā ātrums, kādā joni nonāk šūnā, nosaka ātrumu, kādā sūknim ir jādarbojas, lai uzturētu atbilstošu jonu koncentrāciju..

Sūkņa darbība ir atkarīga no vairākām konformācijas izmaiņām proteīnā, kas ir atbildīga par jonu transportēšanu. Katra ATP molekula ir tieši hidrolizēta, šajā procesā no šūnas atstāj trīs nātrija jonus un tajā pašā laikā iekļauj divas kālija jonus šūnu vidē..

Masu pārvadājumi

Tas ir vēl viens aktīva transporta veids, kas palīdz pārvietot makromolekulas, piemēram, polisaharīdus un proteīnus. Tas var notikt, izmantojot:

-Endocitoze

Ir trīs endocitozes procesi: fagocitoze, pinocitoze un ligandu izraisīta endocitoze:

Fagocitoze

Fagocitoze ir transporta veids, kurā cietā daļiņa ir pārklāta ar vezikulām vai fagosomām, ko veido kausēti pseudopodi. Šī cietā daļiņa, kas paliek vezikulā, tiek fermentēta ar fermentiem un tādējādi sasniedz šūnas iekšpusi.

Tādā veidā balto asins šūnu darbība organismā darbojas; phagocytize baktērijas un svešķermeņus kā aizsardzības mehānismu.

Pinocitoze

Pinocitoze rodas, ja transportējamā viela ir ekstracelulārā šķidruma piliens vai vezikula, un membrāna rada pinocītu vezikulu, kurā tiek apstrādāta vezikula vai piliena saturs, lai atgrieztos šūnas virsmā..

Endocitoze caur receptoriem

Tas ir process, kas ir līdzīgs pinocitozei, bet šajā gadījumā membrānas invaginācija notiek, kad noteikta molekula (liganda) saistās ar membrānas receptoriem..

Vairākas endocītiskās vezikulas pievienojas un veido lielāku struktūru, ko sauc par endosomu, kur ligands ir atdalīts no receptora. Tad receptoru atgriežas pie membrānas, un ligands saistās ar liposomu, kurā to fermentē fermenti..

-Eksocitoze

Tas ir šūnu transporta veids, kurā viela jāievada ārpus šūnas. Šī procesa laikā sekrēcijas vezikulas membrāna savienojas ar šūnu membrānu un atbrīvo vezikula saturu.

Šādā veidā šūnas likvidē sintezētās vielas vai atkritumus. Tas arī atbrīvo hormonus, fermentus vai neirotransmitorus.

Atsauces

  1. Audesirk, T., Audesirk, G., un Byers, B.E. (2003). Bioloģija: dzīve uz Zemes. Pearson izglītība.
  2. Donnersberger, A. B., un Lesak, A. E. (2002). Laboratorijas anatomijas un fizioloģijas grāmata. Redakcija Paidotribo.
  3. Larradagoitia, L. V. (2012). Anatomofizioloģija un pamata patoloģija. Paraninfo Redakcija.
  4. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., franču val., K., un, Eckert, R., (2002). Eckert dzīvnieku fizioloģija. Macmillan.
  5. Vived, À. M. (2005). Fiziskās aktivitātes un sporta fizioloģijas pamati. Ed. Panamericana Medical.