Vrste prijenosa stanica i njihove karakteristike

transport stanica uključuje promet i premještanje molekula između unutarnje i vanjske strane stanica. Razmjena molekula između tih odjeljaka je bitan fenomen za ispravno funkcioniranje organizma i posreduje niz događaja, kao što je membranski potencijal, da spomenemo neke.

Biološke membrane nisu samo odgovorne za razgraničenje stanice, već također igraju nezamjenjivu ulogu u prometu tvari. Oni imaju niz proteina koji prelaze strukturu i, vrlo selektivno, dopuštaju ili ne ulaze određene molekule.

Prijenos stanica se klasificira u dva glavna tipa, ovisno o tome koristi li sustav energiju izravno ili ne.

Pasivni transport ne zahtijeva energiju, a molekule uspijevaju prijeći membranu pasivnom difuzijom, pomoću vodenih kanala ili pomoću transportiranih molekula. Smjer aktivnog transporta određen je isključivo koncentracijskim gradijentima između obje strane membrane.

Nasuprot tome, druga vrsta prijevoza zahtijeva energiju i zove se aktivni transport. Zahvaljujući energiji koja se ubrizgava u sustav, crpke mogu pomicati molekule u odnosu na njihove koncentracijske gradijente. Najistaknutiji primjer u literaturi je natrijeva kalijeva pumpa.

indeks

• 1 Teorijske osnove
  • 1.1 - Stanične membrane
  • 1.2-Lipidi u membranama
  • 1.3 - Proteini u membranama
  • 1.4 - Selektivnost membrane
  • 1.5 - Difuzija i osmoza
  • 1.6 -Toničnost
  • 1.7 - Utjecaj na električnu energiju
• 2 Transmembranski pasivni transport
  • 2.1 Jednostavno emitiranje
  • 2.2 Vodeni kanali
  • 2.3 Prijenos molekula
  • 2.4 Osmoza
  • 2.5 Ultrafiltracija
  • 2.6 Olakšano širenje
• 3 Transmembranski aktivni transport
  • 3.1 Značajke aktivnog prijevoza
  • 3.2 Prometna selektivnost
  • 3.3 Primjer aktivnog transporta: natrij-kalij pumpa
  • 3.4 Kako crpka radi?
• 4 Masovni prijevoz
  • 4.1-Endocitoza
  • 4.2 - Eksocitoza
• 5 Reference

Teorijske osnove

-Stanične membrane

Da bi se razumjelo kako dolazi do trgovine supstancama i molekulama između ćelija i susjednih odjeljaka, potrebno je analizirati strukturu i sastav bioloških membrana.

-Lipidi u membranama

Stanice su okružene tankom i složenom membranom lipidne prirode. Osnovna komponenta su fosfolipidi.

Oni se sastoje od polarne glave i nepolarnih repova. Membrane se sastoje od dva sloja fosfolipida - "lipidnih dvoslojeva" - u kojima se repovi grupiraju, a glave daju ekstra i intracelularna lica.

Molekule koje imaju i polarnu i apolarnu zonu nazivaju se amfipatske. Ovo svojstvo je ključno za prostornu organizaciju lipidnih komponenti unutar membrana.

Ovu strukturu dijele membrane koje okružuju subcelularne odjeljke. Zapamtite da su i mitohondrije, kloroplasti, vezikule i druge organele okružene membranom.

Osim fosfoglicerida ili fosfolipida, membrane su bogate sfingolipidima, koji imaju kosture formirane iz molekule koja se zove sfingozin i sterol. U ovoj posljednjoj skupini nalazimo kolesterol, lipid koji modulira svojstva membrane, kao svoju fluidnost.

-Proteini u membranama

Membrana je dinamička struktura koja sadrži više proteina. Proteini membrane djeluju kao neka vrsta "čuvara" molekularnih "čuvara", koji s velikom selektivnošću definiraju tko ulazi i tko napušta stanicu.

Zbog toga je rečeno da su membrane polupropusne, jer neki spojevi uspijevaju ući, a drugi ne..

Nisu svi proteini koji su u membrani odgovorni za posredovanje u prometu. Drugi su odgovorni za hvatanje vanjskih signala koji proizvode stanični odgovor na vanjske podražaje.

-Selektivnost membrane

Lipidna unutrašnjost membrane je visoko hidrofobna, što čini membranu vrlo nepropusnom za prolazak polarnih ili hidrofilnih molekula (ovaj pojam znači "zaljubljen u vodu").

To podrazumijeva dodatnu poteškoću u prolasku polarnih molekula. Međutim, prolaz hidrosolubilnih molekula je nužan, tako da stanice imaju niz transportnih mehanizama koji omogućuju učinkovito premještanje tih tvari između stanice i njezine vanjske okoline..

Na isti način, velike molekule, kao što su proteini, moraju se transportirati i zahtijevaju specijalizirane sustave.

-Difuzija i osmoza

Kretanje čestica kroz stanične membrane događa se slijedeći sljedeće fizičke principe.

Ovi principi su difuzija i osmoza i primjenjuju se na kretanje otopljenih tvari i otapala kroz polupropusnu membranu - kao što su biološke membrane koje se nalaze u živim stanicama..

Difuzija je proces koji uključuje nasumično toplinsko kretanje čestica suspendiranih iz područja visokih koncentracija prema područjima niže koncentracije. Postoji matematički izraz koji nastoji opisati proces i nazvan je Fickova difuzijska jednadžba, ali u nju nećemo ulaziti.

Imajući to na umu, možemo definirati pojam propusnosti, koji se odnosi na brzinu kojom tvar prodire u membranu pasivno pod nizom konkretnih uvjeta..

S druge strane, voda također ide u prilog svom gradijentu koncentracije u fenomenu zvanom osmoza. Iako se čini da nije precizno da se odnosi na koncentraciju vode, moramo shvatiti da se vitalna tekućina ponaša kao i svaka druga tvar u smislu njezine difuzije..

-osmotskog tlaka

Uzimajući u obzir opisane fizičke fenomene, koncentracije koje postoje i unutar i izvan stanice odredit će smjer transporta.

Dakle, toničnost otopine je odgovor stanica uronjenih u otopinu. Postoji određena terminologija koja se primjenjuje na ovaj scenarij:

izotoničan

Stanica, tkivo ili otopina je izotonična u odnosu na drugu ako je koncentracija u oba elementa jednaka. U fiziološkom kontekstu, stanica uronjena u izotonično okruženje neće doživjeti nikakvu promjenu.

hypotonic

Rješenje je hipotonično u odnosu na ćeliju ako je koncentracija otopljenih tvari izvan - to jest, stanica ima više otopljenih tvari. U tom slučaju, težnja vode je ulazak u ćeliju.

Ako stavimo crvene krvne stanice u destiliranu vodu (koja je bez otopljenih tvari), voda bi ulazila do pojave prsnuća. Ovaj fenomen naziva se hemoliza.

hipertoničar

Rješenje je hipertonično u odnosu na ćeliju ako je koncentracija otopljenih tvari izvan - to jest, stanica ima manje otopljenih tvari.

U tom slučaju, težnja vode je da napusti stanicu. Ako stavimo crvene krvne stanice u koncentriraniju otopinu, voda u kuglicama ima tendenciju da izađe, a stanica dobije naborani izgled..

Ova tri koncepta imaju biološku važnost. Na primjer, jaja morskog organizma moraju biti izotonična u odnosu na morsku vodu kako se ne bi rasprsnula i ne bi izgubila vodu.

Slično tome, paraziti koji žive u krvi sisavaca trebaju imati koncentraciju otopljenih tvari sličnu onoj u kojoj se razvijaju..

-Električni utjecaj

Kada govorimo o ionima, koji su nabijene čestice, kretanje kroz membrane nije usmjereno isključivo koncentracijskim gradijentima. U ovom sustavu potrebno je uzeti u obzir opterećenja otopljenih tvari.

Ion ima tendenciju da se odmakne od područja gdje je koncentracija visoka (kao što je opisano u poglavlju o osmozi i difuziji), a također i ako je ion negativan, napredovat će prema regijama gdje postoji rastući negativni potencijal. Zapamtite da se privlače različite optužbe i jednake naknade odbijaju.

Za predviđanje ponašanja iona moramo dodati kombinirane sile gradijenta koncentracije i električnog gradijenta. Ovaj novi parametar naziva se neto elektrokemijski gradijent.

Vrste staničnog prometa klasificiraju se ovisno o uporabi - ili ne - energije sustava u pasivnim i aktivnim kretanjima. U nastavku ćemo detaljno opisati sve:

Transmembranski pasivni transport

Pasivni pokreti kroz membrane uključuju prolazak molekula bez izravne potrebe za energijom. Kako ti sustavi ne uključuju energiju, to ovisi isključivo o gradijentima koncentracije (uključujući električne) koji postoje kroz plazmatsku membranu.

Iako je energija odgovorna za kretanje čestica pohranjena u takvim gradijentima, prikladno je i prikladno nastaviti proces smatrati pasivnim.

Postoje tri osnovna puta kroz koje molekule mogu pasivno prelaziti s jedne strane na drugu:

Jednostavna difuzija

Najjednostavniji i najintuitivniji način prijenosa otopljene tvari je prijelaz kroz membranu slijedeći gore navedene gradijente..

Molekula difundira kroz plazmatsku membranu, ostavljajući vodenu fazu na stranu, otapa se u lipidnom dijelu i konačno ulazi u vodeni dio unutarnje stanice. Isto se može dogoditi u suprotnom smjeru, od unutrašnjosti stanice prema van.

Učinkovit prolaz kroz membranu će odrediti razinu toplinske energije koju sustav posjeduje. Ako je dovoljno visoka, molekula će moći preći membranu.

Gledano detaljnije, molekula mora razbiti sve vodikove veze formirane u vodenoj fazi da bi se mogle pomaknuti u lipidnu fazu. Ovaj događaj zahtijeva 5 kcal kinetičke energije za svaku prisutnu vezu.

Sljedeći faktor koji treba uzeti u obzir je topljivost molekule u lipidnoj zoni. Na mobilnost utječu različiti faktori, kao što su molekularna težina i oblik molekule.

Kinetika jednostavnog difuzijskog koraka pokazuje kinetiku nezasićenja. To znači da se ulaz povećava proporcionalno koncentraciji otopljene tvari koja se transportira u izvanstaničnom području.

Vodeni kanali

Druga alternativa prolaska molekula kroz pasivni put je kroz vodeni kanal smješten u membrani. Ovi kanali su vrsta pora koje dopuštaju prolaz molekule, izbjegavajući kontakt s hidrofobnom regijom.

Određene nabijene molekule uspijevaju ući u stanicu nakon njezina gradijenta koncentracije. Zahvaljujući tom sustavu kanala ispunjenih vodom, membrane su vrlo nepropusne za ione. Unutar tih molekula ističu se natrij, kalij, kalcij i klor.

Molekula transportera

Posljednja alternativa je kombinacija zanimljive tvari s transportirajućom molekulom koja maskira njegovu hidrofilnu prirodu, tako da postiže prolaz kroz dio membrane obogaćenog lipidima..

Transporter povećava lipidnu topljivost molekule koja se mora transportirati i pogoduje njenom prolasku u korist gradijenta koncentracije ili elektrokemijskog gradijenta.

Ovi transportni proteini djeluju na različite načine. U najjednostavnijem slučaju, otopljena tvar se prenosi s jedne strane membrane na drugu. Ovaj tip se naziva podrška. Nasuprot tome, ako se druga otopljena tvar transportira istodobno ili spojeno, transporter se naziva prikolicama.

Ako spojeni transporter pomiče dvije molekule u istom smjeru, to je simporte, a ako to radi u suprotnim smjerovima, transporter je antiport.

osmoza

To je tip staničnog transporta u kojem otapalo prolazi selektivno kroz polupropusnu membranu.

Voda, na primjer, teži proći pored ćelije u kojoj je njegova koncentracija niža. Kretanje vode na tom putu stvara pritisak nazvan osmotski tlak.

Ovaj pritisak je potreban da bi se regulirala koncentracija tvari u ćeliji, što onda utječe na oblik stanice.

ultrafiltracija

U tom slučaju, kretanje nekih otopljenih tvari nastaje djelovanjem hidrostatskog tlaka, od područja najvišeg tlaka do najnižeg tlaka. U ljudskom tijelu taj se proces odvija u bubrezima zahvaljujući krvnom tlaku koji stvara srce.

Na taj način voda, urea, itd. Prelazi iz stanica u urin; i hormoni, vitamini, itd., ostaju u krvi. Ovaj mehanizam je također poznat kao dijaliza.

Olakšana diseminacija

Postoje tvari s vrlo velikim molekulama (kao što su glukoza i drugi monosaharidi) kojima je potrebno širenje proteina nosača. Ova difuzija je brža od jednostavne difuzije i ovisi o:

• Koncentracijski gradijent tvari.
• Količina transportnih proteina prisutnih u stanici.
• Brzina prisutnih proteina.

Jedan od tih transportnih proteina je inzulin, koji olakšava difuziju glukoze, smanjujući njegovu koncentraciju u krvi.

Transmembranski aktivni transport

Do sada smo raspravljali o prolasku različitih molekula kroz kanale bez troška energije. U tim slučajevima jedini trošak je generiranje potencijalne energije u obliku diferencijalnih koncentracija na obje strane membrane.

Na taj način je smjer transporta određen postojećim nagibom. Rastvorene tvari počinju se transportirati slijedeći spomenuta načela difuzije, sve dok ne dosegnu točku gdje se završava difuzija mreže - na toj točki je postignuta ravnoteža. U slučaju iona, na kretanje također utječe opterećenje.

Međutim, u jedinom slučaju gdje je raspodjela iona na obje strane membrane u stvarnoj ravnoteži je kada je stanica mrtva. Sve žive stanice ulažu veliku količinu kemijske energije kako bi koncentracije otopljene tvari ostale daleko od ravnoteže.

Energija koja se koristi za održavanje tih procesa je općenito ATP molekula. Adenozin trifosfat, skraćeno ATP, temeljna je energijska molekula u staničnim procesima.

Značajke aktivnog prijevoza

Aktivni transport može djelovati protiv gradijenta koncentracije, bez obzira na to koliko su označeni - ovo svojstvo će biti jasno s objašnjenjem pumpe natrij - kalij (vidi dolje)..

Aktivni transportni mehanizmi mogu pomicati više od jedne klase molekula odjednom. Za aktivni transport spomenuta klasifikacija koristi se za transport nekoliko molekula istodobno u pasivnom transportu: simporte i antiporte.

Transport ovih pumpi može biti inhibiran primjenom molekula koje specifično blokiraju ključna mjesta u proteinu.

Kinetika transporta je tipa Michaelis-Menten. Oba ponašanja - inhibirana nekim molekulama i kinetika - tipične su karakteristike enzimskih reakcija.

Konačno, sustav mora imati specifične enzime koji mogu hidrolizirati molekulu ATP, kao što su ATPaze. To je mehanizam kojim sustav dobiva energiju koja je karakterizira.

Selektivnost transporta

Uključene crpke su izuzetno selektivne u molekulama koje će se transportirati. Na primjer, ako je crpka nositelj natrijevih iona, ona neće uzimati litijeve ione, iako su oba iona vrlo slična u veličini.

Pretpostavlja se da proteini mogu razlikovati dvije dijagnostičke značajke: jednostavnost dehidracije molekule i interakciju s nabojem unutar pora transportera.

Poznato je da veliki ioni lako dehidriraju, ako ih usporedimo s malim ionom. Stoga će pore s slabim polarnim centrima koristiti velike ione, poželjno.

Suprotno tome, u kanalima s jako nabijenim središtima prevladava interakcija s dehidriranim ionima.

Primjer aktivnog transporta: natrij-kalij pumpa

Da bi se objasnili mehanizmi aktivnog transporta najbolje je to učiniti s najboljim proučavanim modelom: natrijevom kalijevom pumpom.

Upečatljiva značajka stanica je sposobnost održavanja naglašenih gradijenta natrijevih iona (Na⁺i kalij (K⁺).

U fiziološkom okruženju, koncentracija kalija unutar stanica je 10 do 20 puta veća nego u vanjskim stanicama. Nasuprot tome, natrijevi ioni su mnogo više koncentrirani u izvanstaničnom okolišu.

S principima koji reguliraju kretanje iona pasivno, ne bi bilo moguće održavati te koncentracije, stoga stanice zahtijevaju aktivni transportni sustav i to je natrijeva - kalijeva pumpa..

Pumpa je formirana proteinskim kompleksom tipa ATPaze koji je usidren na plazmatsku membranu svih životinjskih stanica. To ima mjesta vezanja za oba iona i odgovorna je za transport s ubrizgavanjem energije.

Kako crpka radi?

U ovom sustavu postoje dva faktora koji određuju kretanje iona između staničnih i izvanstaničnih odjeljaka. Prva je brzina kojom djeluje natrijeva-kalijeva pumpa, a drugi je brzina kojom ion može ponovno ući u ćeliju (u slučaju natrija), kroz događaje pasivne difuzije.

Na taj način brzina kojom ioni ulaze u ćeliju određuje brzinu kojom pumpa mora raditi kako bi održala odgovarajuću koncentraciju iona..

Rad pumpe ovisi o nizu konformacijskih promjena u proteinu odgovornom za transportiranje iona. Svaka molekula ATP-a izravno se hidrolizira, pri čemu tri natrijeva iona napuštaju stanicu i istovremeno unose dva kalijeva iona u staničnu sredinu..

Masovni prijevoz

To je još jedan tip aktivnog transporta koji pomaže u kretanju makromolekula, kao što su polisaharidi i proteini. Može se dogoditi putem:

-endocitoza

Postoje tri procesa endocitoze: fagocitoza, pinocitoza i ligandom posredovana endocitoza:

fagocitoza

Fagocitoza je vrsta transporta u kojoj je kruta čestica prekrivena vezikulom ili fagosom sastavljenim od spojenih pseudopoda. Ta čvrsta čestica koja ostaje unutar vezikule probavlja se pomoću enzima i tako dospijeva u unutrašnjost stanice.

Na taj način bijele krvne stanice djeluju u tijelu; bakterije i stranih tijela kao obrambeni mehanizam.

pinocitosis

Pinocitoza nastaje kada je supstanca koja se transportira kapljica ili vezikula izvanstanične tekućine, a membrana stvara pinocitsku vezikulu u kojoj se sadržaj vezikule ili kapljice obrađuje da se vrati na površinu stanice..

Endocitoza preko receptora

To je proces sličan pinocitozi, ali u ovom slučaju dolazi do invaginacije membrane kada se određena molekula (ligand) veže na membranski receptor.

Nekoliko endocitnih vezikula se spaja i tvori veću strukturu zvanu endosom, gdje se ligand odvaja od receptora. Zatim se receptor vraća na membranu, a ligand se veže za liposom u kojem se probavljaju enzimima.

-eksocitozu

To je vrsta mobilnog transporta u kojoj se tvar mora uzeti izvan stanice. Tijekom tog procesa, membrana sekretornog mjehurića spaja staničnu membranu i oslobađa sadržaj mjehurića.

Na taj način stanice eliminiraju sintetizirane tvari ili one otpada. Tako se oslobađaju i hormoni, enzimi ili neurotransmiteri.

reference

1. Audesirk, T., Audesirk, G., i Byers, B. E. (2003). Biologija: Život na Zemlji. Pearsonovo obrazovanje.
2. Donnersberger, A. B., & Lesak, A.E. (2002). Laboratorijska knjiga anatomije i fiziologije. Uvodnik Paidotribo.
3. Larradagoitia, L. V. (2012). Anatomofiziologija i osnovna patologija. Paraninfo Editorial.
4. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., French, K., i Eckert, R. (2002). Eckertova fiziologija životinja. Macmillan.
5. Vived, À. M. (2005). Osnove fiziologije tjelesne aktivnosti i sporta. Ed Panamericana Medical.