Rodzaje i cechy transportu komórek

On Transport komórkowy Implikuje ruch i przemieszczenie cząsteczek między wnętrzem i zewnętrzną częścią komórek. Wymiana cząsteczek między tymi przedziałami jest niezbędnym zjawiskiem dla prawidłowego funkcjonowania organizmu i szeregu zdarzeń, takich jak potencjał błony, aby wymienić niektóre.

Membrany biologiczne są nie tylko odpowiedzialne za ograniczenie komórki, ale także odgrywają niezbędną rolę w ruchu substancji. Mają serię białek, które przekraczają strukturę i, bardzo selektywnie, pozwalają na wejście niektórych cząsteczek.

Transport komórek jest podzielony na dwa główne typy, w zależności od tego, czy system wykorzystuje energię bezpośrednio.

Transport pasywny nie wymaga energii, a cząsteczkom udaje się przekroczyć błonę przez pasywną dyfuzję, za pomocą kanałów wodnych lub za pomocą transportowanych cząsteczek. Kierunek aktywnego transportu jest określany wyłącznie przez gradienty stężenia między obiema stronami błony.

Natomiast drugi rodzaj transportu, jeśli wymaga energii i nazywa się aktywnym transportem. Dzięki energii wstrzykniętej do systemu pompy mogą poruszać cząsteczki w stosunku do ich gradientów stężenia. Najbardziej godnym uwagi przykładem literatury jest bomba sodu.

Bazy teoretyczne

-Błony komórkowe

Aby zrozumieć, w jaki sposób występuje ruch substancji i cząsteczek między komórkami i sąsiednimi przedziałami, konieczne jest przeanalizowanie struktury i składu błon biologicznych.

-Lipidy w błonach

Przez JPablo CAD [CC przez 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/według/3.0)], z Wikimedia Commons

Komórki są otoczone drobną i złożoną błoną o charakterze lipidowym. Podstawowym składnikiem są fosfolipidy.

Składają się z polarnej głowicy i nie apolowych ogonów. Membrany składają się z dwóch warstw fosfolipidów - „bikapas lipidowych” - w których ogony są pogrupowane w środku, a głowy nadają się na dodatkowe i wewnątrzkomórkowe twarze.

Cząsteczki, które mają zarówno obszary polarne, jak i apolowe, nazywane są amfipatyczną. Ta własność ma kluczowe znaczenie dla przestrzennej organizacji komponentów lipidowych w błonach.

Ta struktura jest wspólna przez membrany otaczające przedziały subkomórkowe. Przypomnijmy, że także mitochondria, chloroplasty, pęcherzyki i inne organelle są otoczone błoną.

Oprócz fosfoglicerydów lub fosfolipidów, błony są bogate w sfingolipidy, które utworzyły szkielety dla cząsteczki zwanej sfinksyną i sterolami. W tej ostatniej grupie znajdujemy cholesterol, lipid, który moduluje właściwości membrany, takie jak jej płynność.

-Białka w błonach

Rysunek 1. Schemat modelu mozaiki płynów. Źródło: autor: Ladyofhats Mariana Ruiz, tłumaczenie Pilar Saenz [domena publiczna], przez Wikimedia Commons

Membrana jest strukturą dynamiczną, która zawiera wiele białek w środku. Białka błonowe działają jako rodzaj „bramkarzy” lub „molekularnych„ strażników ”, które definiują z wielką selektywnością, która wchodzi i opuszcza komórkę.

Z tego powodu mówi się, że błony są półprzepuszczalne, ponieważ niektórym związkom udaje się wejść, a inne nie.

Nie wszystkie białka w błonie są odpowiedzialne za pośredniczenie ruchu. Inne są odpowiedzialne za przechwytywanie sygnałów zewnętrznych, które wytwarzają odpowiedź komórkową na bodźce zewnętrzne.

-Selektywność błony

Wnętrze lipidowe membrany jest wysoce hydrofobowe, co sprawia, że ​​membrana jest wysoce wodoodpornym istotą do przejścia cząsteczek polarnych lub hydrofilowych (ten termin oznacza „zakochany w wodzie”).

To implikuje dodatkową trudność w uchwaleniu cząsteczek polarnych. Konieczny jest jednak ruch cząsteczek hydrosolubnych, więc komórki mają szereg mechanizmów transportowych, które umożliwiają skuteczne przemieszczenie tych substancji między komórką a ich środowiskiem zewnętrznym.

Podobnie duże cząsteczki, takie jak białka, muszą być transportowane i wymagają wyspecjalizowanych systemów.

-Dyfuzja i osmoza

Ruch cząstek przez błony komórkowe występuje zgodnie z następującymi zasadami fizycznymi.

Zasady te są dyfuzją i osmozą i dotyczą ruchu substancji rozpuszczonych i rozpuszczalników w roztworze przez półprzepuszczalną błonę - takie jak błony biologiczne występujące w żywych komórkach.

Dyfuzja to proces, który implikuje losowy ruch termiczny cząstek zawieszony z obszarów wysokich stężeń do niższych obszarów stężenia. Istnieje matematyczne wyrażenie, które ma na celu opisanie procesu i nazywa się równanie dyfuzji Fick, ale nie zagłębimy się w niego.

Mając na uwadze tę koncepcję, możemy zdefiniować termin przepuszczalność, który odnosi się do szybkości, z jaką substancja udaje się biernie przenikać membranę w serii konkretnych warunków.

Z drugiej strony woda porusza się również na korzyść gradientu stężenia w zjawisku zwanym osmozą. Chociaż wydaje się nie trzeba odwoływać się do stężenia wody, musimy zrozumieć, że witalna płyn zachowuje się jak każda inna substancja, pod względem dyfuzji.

Może ci służyć: receptory insuliny: cechy, struktura, funkcje

-Toniczność

Biorąc pod uwagę opisane zjawiska fizyczne, stężenia, które istnieją zarówno wewnątrz komórki, jak i za granicą, określi kierunek transportu.

Zatem toniczność roztworu jest odpowiedzią zanurzonych komórek w roztworze. Do tego scenariusza dotyczy pewnej terminologii:

Izotoniczny

Komórka, tkanka lub roztwór jest izotoniczny w odniesieniu do innego, jeśli stężenie w równych obu pierwiastkach. W kontekście fizjologicznym komórka zanurzona w środowisku izotonicznym nie doświadczy żadnej zmiany.

Hipotoniczne

Roztwór jest hipotoniczny w odniesieniu do komórki, jeśli stężenie substancji rozpuszczonych jest niższe za granicą - to znaczy komórka ma więcej substancji rozpuszczonych. W takim przypadku trend wodny polega na wejściu do komórki.

Jeśli włożymy czerwone krwinki w wodzie destylowanej (która jest wolna od substancji rozpuszczonych), woda wejdzie, aż je pękają. Zjawisko to nazywa się hemolizą.

Hipertoniczny

Roztwór jest hipertoniczny w odniesieniu do komórki, jeśli stężenie substancji rozpuszczonych jest wyższe za granicą - to znaczy komórka ma mniej substancji rozpuszczonych.

W tym przypadku trend wodny polega na wydostaniu się z komórki. Jeśli umieścimy czerwone krwinki w bardziej skoncentrowanym roztworze, woda komórek krwi zwykle się wychodzi, a komórka nabiera pomarszczonego wyglądu.

Te trzy koncepcje mają znaczenie biologiczne. Na przykład jaja organizmu morskiego muszą być izotoniczne w odniesieniu do wody morskiej, aby nie pękać i nie tracić wody.

Podobnie pasożyty żyjące we krwi ssaków muszą mieć koncentrację substancji rozpuszczonych podobnych do środowiska, w którym się rozwijają.

-Wpływ elektryczny

Kiedy mówimy o jonach, które są naładowanymi cząsteczkami, ruch przez błony nie jest kierowany wyłącznie przez gradienty stężenia. W tym systemie musisz wziąć pod uwagę ładunki substancji rozpuszczonych.

Jon ma tendencję do odejścia od regionów, w których stężenie jest wysokie (jak opisano w sekcji osmozy i dyfuzji), a także jeśli jon jest ujemny, awansuje do regionów, w których istnieje rosnący potencjał ujemny. Pamiętaj, że różne obciążenia przyciągają i równe obciążenia odpychają.

Aby przewidzieć zachowanie jonu, musimy dodać połączone siły gradientu stężenia i gradientu elektrycznego. Ten nowy parametr nazywa się gradientem elektrochemicznym netto.

Rodzaje transportu komórek są klasyfikowane w zależności od zastosowania - lub nie - energii przez system w ruchach pasywnych i aktywnych. Następnie opiszemy każdy szczegółowo:

Transport pasywny transbłonowy

Ruchy pasywne przez błony obejmują przejście cząsteczek bez bezpośredniej potrzeby energii. Ponieważ systemy te nie obejmują energii, zależy wyłącznie od gradientów stężenia (w tym elektrycznych), które istnieją przez błonę plazmatyczną.

Chociaż energia odpowiedzialna za ruch cząstek jest przechowywana w takich gradientach, właściwe jest i wygodne jest rozważanie procesu jako zobowiązania.

Istnieją trzy podstawowe ścieżki, przez które cząsteczki mogą pasywnie podróżować z jednej strony:

Prosta dyfuzja

Najprostszym i najbardziej intuicyjnym sposobem transportu substancji rozpuszczonej jest przekroczenie membrany po wyżej wymienionych gradientach.

Cząsteczka rozprzestrzenia się przez błonę plazmatyczną, pozostawiając na bok fazę wodną, ​​rozpuszcza się w części lipidowej, a ostatecznie wchodzi do wodnej części wnętrza komórkowego. To samo może się zdarzyć w przeciwnym kierunku, od wnętrza komórki.

Wydajny krok przez membranę określi poziom energii cieplnej, który ma system. Jeśli jest wystarczająco wysoki, cząsteczka może przekroczyć membranę.

Widzicie bardziej szczegółowo, cząsteczka musi złamać wszystkie wiązania wodorowe utworzone w fazie wodnej, aby móc przejść do fazy lipidowej. To zdarzenie wymaga 5 kcal energii kinetycznej dla każdego obecnego linku.

Kolejnym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę, jest rozpuszczalność cząsteczki w strefie lipidowej. Na mobilność wpływają różne czynniki, takie jak masa cząsteczkowa i kształt cząsteczki.

Kinetyka prostego fragmentu dyfuzji wykazuje kinetykę bez nasycania. Oznacza to, że wejście wzrasta proporcjonalnie do stężenia substancji rozpuszczonej, która ma być transportowana w obszarze pozakomórkowym.

Kanały wodne

Druga alternatywa przejścia cząsteczek. Kanały te są rodzajem porów, które pozwalają przejść cząsteczkę, unikając kontaktu z regionem hydrofobowym.

Niektórym naładowanym cząsteczkom udaje się wejść do komórki po ich gradiencie stężenia. Dzięki temu systemowi kanałów pełnych wody błony są wysoce nieprzepuszczalne dla jonów. W tych cząsteczkach wyróżniają się sód, potas, wapń i chlor.

Może ci służyć: leukoplasty

Cząsteczka przenośnika

Ostatnią alternatywą jest połączenie substancji substancji rozpuszczonej z przenośną cząsteczką, która maskuje jej hydrofilową naturę, aby osiągnąć przejście przez bogatą porcję w lipidach błonowych.

Transporter zwiększa rozpuszczalność lipidów cząsteczki, która wymaga transportu i faworyzuje jej przejście na korzyść gradientu stężenia lub gradientu elektrochemicznego.

Te białka transportowe działają na różne sposoby. W najprostszym przypadku substancja rozpuszczona jest przenoszona z jednej strony membrany na drugą. Ten facet nazywa się Uniporte. Przeciwnie, jeśli kolejna substancja rozpuszczona jest transportowana jednocześnie lub sprzężona, przenośnik jest nazywany sprzężonym.

Jeśli sprzężony przenośnik mobilizuje dwie cząsteczki w tym samym kierunku, jest syntem.

Osmoza

Osmose2-fr.PNG: Psychotikderivative Prace: Ortisa [CC-BE-SA-3.0 (http: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0/) lub gfdl (http: // www.gnu antylopa.Org/copyleft/fdl.html)], przez Wikimedia Commons

Jest to rodzaj transportu komórek, w którym rozpuszczalnik przechodzi selektywnie przez półprzepuszczalną membranę.

Na przykład woda ma tendencję do przemieszczania się obok komórki, w której jej stężenie jest niższe. Ruch wody na tej ścieżce wytwarza ciśnienie zwane ciśnieniem osmotycznym.

Ciśnienie to jest konieczne do regulacji stężenia substancji komórkowych, które później wpływa na kształt komórki.

Ultrafiltracja

W tym przypadku ruch niektórych substancji rozpuszczonych jest wytwarzany przez wpływ ciśnienia hydrostatycznego, od obszaru większego ciśnienia do najniższego ciśnienia. W ludzkim ciele proces ten występuje w nerkach dzięki ciśnieniu krwi wytwarzanym przez serce.

W ten sposób woda, mocznik itp., przechodzi z komórek do moczu; oraz hormony, witaminy itp., Pozostają we krwi. Ten mechanizm jest również znany jako nazwa dializy.

Ułatwiona dyfuzja

Ułatwiona dyfuzja

Istnieją substancje z bardzo dużymi cząsteczkami (takimi jak glukoza i inne monosacharydy), które potrzebują przenośnika białka do rozprzestrzeniania się. Ta dyfuzja jest szybsza niż prosta dyfuzja i zależy od:

• Gradient stężenia substancji.
• Ilość przenośników białek obecnych w komórce.
• Prędkość obecności białek.

Jednym z tych przenośników jest insulina, która ułatwia dyfuzję glukozy, zmniejszając jej stężenie we krwi.

Transport przezbłonowy

Do tej pory omówiliśmy przejście różnych cząsteczek przez kanały bez kosztów energii. W tych zdarzeniach jedynym kosztem jest wygenerowanie energii potencjalnej w postaci różnicowych stężeń po obu stronach membrany.

W ten sposób adres transportu jest określany przez istniejący gradient. Rozpuszczalne substancje rozpuszczone po wyżej wymienionych zasad dyfuzji, dopóki nie osiągną punktu, w którym kończy się dyfuzja netto - w tym momencie osiągnięto równowagę. W przypadku jonów na ruch wpływa również obciążenie.

Jednak w jedynym przypadku, w którym rozkład jonów po obu stronach membrany jest w rzeczywistości, gdy komórka jest martwa. Wszystkie żywe komórki inwestują dużą ilość energii chemicznej, aby utrzymać stężenie substancji rozpuszczonych od równowagi.

Energia użyta do utrzymania tych procesów aktywnych jest cząsteczka ATP. Tryfosforan adenozyny, skrócony jako ATP, jest podstawową cząsteczką energii w procesach komórkowych.

Aktywne cechy transportu

Aktywny transport może działać wbrew gradientom stężenia, niezależnie od tego, jak są one oznaczone - ta właściwość będzie wyraźna z wyjaśnieniem pompy sodu - potasu (patrz później).

Aktywne mechanizmy transportu mogą jednocześnie poruszać więcej niż jeden rodzaj cząsteczki. Do aktywnego transportu stosuje się tę samą klasyfikację do transportu kilku cząsteczek jednocześnie w transporcie pasywnym: Simport i Antiporte.

Transport dokonywany przez te pompy można hamować poprzez zastosowanie cząsteczek, które specjalnie blokują kluczowe miejsca w białku.

Kinetyka transportu jest typu Michaelis -ent. Oba zachowania - są hamowane przez niektóre cząsteczki i kinetykę - są typowymi cechami reakcji enzymatycznych.

Wreszcie system musi mieć określone enzymy, które mogą hydrolizować cząsteczkę ATP, takie jak ATPASA. Jest to mechanizm, za pomocą którego system uzyskuje energię, która ją charakteryzuje.

Selektywność transportu

Zaangażowane pompy są wyjątkowo selektywne w cząsteczkach, które zostaną przetransportowane. Na przykład, jeśli pompa jest przenośnikiem jonów sodu, nie przyjmuje jonów litowych, chociaż oba jony są bardzo podobne.

Może ci służyć: ProK Cell

Zakłada się, że białka zarządzają.

Wiadomo, że duże jony udaje się łatwo odwodnić, jeśli porównamy je z małym jonem. Zatem pory ze słabymi centrami polarnymi będzie korzystać z dużych jonów.

W przeciwieństwie do kanałów z mocno załadowanymi centrami, dominuje interakcja z odwodnionymi jonami.

Przykład aktywnego transportu: pompa sodu i potasu

Aby wyjaśnić aktywne mechanizmy transportu, najlepiej jest to zrobić z najlepiej badanym modelem: pompa sodowa - potas.

Uderzającą cechą komórek jest zdolność do utrzymania wyraźnych gradientów jonów sodu (na⁺) i potas (k⁺).

W środowisku fizjologicznym stężenie potasu wewnątrz komórek jest 10 do 20 razy wyższe niż poza komórkami. Natomiast jony sodu są znacznie bardziej skoncentrowane w środowisku pozakomórkowym.

Z zasadami, które rządzą pasywnie ruchem jonów, byłoby niemożliwe.

Pompa powstaje przez kompleks białkowy typu ATPASA zakotwiczony w błonie plazmatycznej wszystkich komórek zwierzęcych. Ma to miejsca Unii dla obu jonów i jest odpowiedzialne za transport wtrysku energii.

Jak działa pompa?

W tym systemie istnieją dwa czynniki, które określają ruch jonów między przedziałami komórkowymi i zewnątrzkomórkowymi. Pierwsza to prędkość, z jaką działa pompa sodowo -potasowa, a drugim czynnikiem jest prędkość, z jaką jon może ponownie wejść do komórki (w przypadku sodu), przez pasywne zdarzenia dyfuzji.

W ten sposób prędkość, z jaką jony wchodzą do komórki, warunki prędkości, z jaką pompa musi działać, aby utrzymać odpowiednie stężenie jonów.

Działanie pompy zależy od serii zmian konformacyjnych w białku odpowiedzialnym za transport jonów. Każda cząsteczka ATP jest bezpośrednio zhydrolizowana, w procesie trzy jony sodu opuszczają komórkę, a jednocześnie dwa jony potasowe wchodzą do środowiska komórkowego.

Transport masowy

Jest to inny rodzaj aktywnego transportu, który pomaga w ruchu makrocząsteczek, takich jak polisacharydy i białka. Może być podane przez:

-Endocytoza

Istnieją trzy procesy endocytozy: fagocytoza, pinocyt i endocytoza za pośrednictwem łączenia:

Fagocytoza

Fagocytoza rodzaj transportu, w którym cząstka stała jest pokryta pęcherzykiem żółciowym lub fagosomem utworzonym przez połączone pseudopody. Ta stała cząstka, która pozostaje w pęcherze żółciowym, jest trawiona przez enzymy, a zatem dociera do wnętrza komórki.

W ten sposób białe krwinki działają w organizmie; bakterie fagocytów i ciała obce jako mechanizm obrony.

Pinocytoza

Protozoa Nutrition. Pinocytoza. Obraz: Jacek FH (pochodzący z Mariany Ruiz Villarreal). Zrobione i zredagowane z https: // commons.Wikimedia.org/wiki/plik: pinocytoza.Svg.

Pinocytoza występuje, gdy substancja do transportu jest kropla lub pęcherzyk płynu pozakomórkowego, a błona tworzy pinocytowe pęcherzyka żółciowe, w którym przetwarzana jest zawartość pęcherzyka żółciowego lub kropli, aby powrócić na powierzchnię komórkowej.

Endocytoza przez odbiornik

Jest to proces podobny do pinocytozy, ale w tym przypadku inwaginacja błony występuje, gdy pewna cząsteczka (łączenie) wiąże się z receptorem błony.

Kilka pęcherzyków endocytowych wiąże się i tworzy większą strukturę zwaną endosomem, w którym oddziela się ligand receptora. Następnie odbiornik powraca do błony, a ligand wiąże się z liposomem, w którym jest trawiony przez enzymy.

-Egzocytoza

Jest to rodzaj transportu komórek, w którym substancja musi być pobierana poza komórką. Podczas tego procesu wydzielnicza błona pęcherzyka żółciowego dołącza do błony komórkowej i uwalnia zawartość pęcherzyka żółciowego.

W ten sposób komórki eliminują zsyntetyzowane lub odpadowe substancje. W ten sposób uwalniają hormony, enzymy lub neuroprzekaźniki.

Bibliografia

1. Audesirk, t., Audesirk, g., I Byers, B. I. (2003). Biologia: życie na ziemi. Edukacja Pearsona.
2. Donnersberger, a. B., & Lesak, a. I. (2002). Książka laboratoryjna anatomii i fizjologii. Redakcja Payotribo.
3. Larradagoitia, L. V. (2012). Podstawowa anatomofysiologia i patologia. Paraninfo Editorial.
4. Randall, d., Burggren, w. W., Burggren, w., Francuski, k., & Eckert, r. (2002). Eckert Animal Fizjologia. Macmillan.
5. Żył, à. M. (2005). Podstawy fizjologii aktywności fizycznej i sportu. Wyd. Pan -american Medical.