Pasivní transport látek přes membránu: popis, vlastnosti

Co je to pasivní doprava? Transmembránový pohyb různých vysoce molekulární sloučeniny, buněčných složek, sub-molekulární částice, které nejsou schopny proniknout přes kanály v membráně se provádí pomocí speciálních mechanismů, například prostřednictvím fagocytózy, pinocytózou, převodu exocytózou prostřednictvím mezibuněčného prostoru. To znamená, že pohyb látek přes membránu se může objevit různými mechanismy, které jsou rozděleny podle charakteristik účasti specifických vektorů na nich, stejně jako nákladů na energii. Vědci rozdělují přepravu látek na aktivní a pasivní.

Základní druhy dopravy

Pasivní transport je přenos hmoty přes biologickou membránu podél sklonu (osmotický, koncentrační, hydrodynamický atd.), Který nevyžaduje spotřebu energie.

Aktivní přeprava je přenos hmoty přes biologickou membránu proti gradientu. Současně se spotřebovává energie. Přibližně 30 až 40% energie, která vzniká jako důsledek metabolické reakce v lidském těle, se vynakládá na aktivní dopravu látek. Pokud zvážíme fungování lidských ledvin, pak asi 70 - 80% spotřebovaného kyslíku je vynaloženo na aktivní dopravu.

Pasivní transport látek

to znamená přenos různých látek přes biologické membrány podél různorodých gradienty. Takové přechody může být:

• gradient elektrochemického potenciálu;
• gradient koncentrace látky;
• gradient elektrického pole;
• gradient osmotického tlaku a další.

Proces realizace pasivní dopravy nevyžaduje žádné náklady na energii. To může nastat s pomocí světla a jednoduché difúze. Jak víme, difúze je chaotický posun molekul hmoty v různých médiích, což je způsobeno energií tepelných vibrací hmoty.

Je-li částice látky elektricky neutrální, směr, ve kterém dochází k difúzi, je určen rozdílem v koncentraci látek obsažených v médiu, které jsou membránou odděleny. Mezi oddělení buňky, uvnitř buňky a mimo ni. Pokud částice hmoty mají ionty elektrický náboj, bude difúze záviset nejen na rozdílu v koncentracích, ale také na náboji látky, přítomnosti a známkách náboje na obou stranách membrány. Velikost elektrochemického gradientu je určena algebraickým součtem elektrických a koncentračních gradientů na membráně.

Co přináší transport přes membránu?

Pasivní membránový transport je možný díky dostupnosti koncentrační gradienty substance, osmotický tlak, vznikající mezi různými stranami buněčné membrány nebo elektrickým nábojem. Například průměrná hladina Na + iontů obsažená v krevní plazmě je asi 140 mM / l a její obsah v erytrocytech je asi 12krát vyšší. Takový gradient, vyjádřený v koncentračním rozdílu, je schopen vytvořit hnací sílu, která zajistí přenos molekul sodíku do červených krvinek z krevní plazmy.

Je třeba poznamenat, že rychlost takového přechodu je velmi nízká vzhledem k tomu, že buněčná membrána je charakterizována nízkou propustností pro ionty této látky. Mnohem větší propustnost má tato membrána proti draselným iontům. Energie buněčného metabolismu se nepoužívá k provádění jednoduché difúze.

Rychlost difúze

Aktivní a pasivní transport látek přes membránu je charakterizován rychlostí difúze. Může být popsán pomocí rovnice Fick: dm / dt = -kSDelta-C / x.

V tomto případě se dm / dt je množství látky, která difunduje za jednotku času, a k je difúzní koeficient, který popisuje permeabilitu biomembrán pro difundující látky. S se rovná oblasti, ve které dochází k difuzi a Delta-C vyjadřuje rozdíl v koncentraci látek z různých stran biologické membrány, zatímco x charakterizuje vzdálenost, která existuje mezi body difúze.

Je zřejmé, že přes membránu budou ty látky, které současně difundují po gradientech koncentrací a elektrických polí, snadno pohybovat. Důležitou podmínkou pro difúzi látky přes membránu jsou fyzikální vlastnosti samotné membrány, její propustnost pro každou jednotlivou látku.

Vzhledem k tomu, že dvojvrstvá membrány jsou tvořeny uhlovodíkovými zbytky fosfolipidů, které mají hydrofobní vlastnosti, hydrofobní látky příroda se snadno rozptýlí. Zejména se to týká látek, které se snadno rozpouštějí v tucích, například štítné žlázy a steroidní hormony, stejně jako některé látky narkotické povahy.

Minerální ionty a látek s nízkou molekulovou hmotností, které mají hydrofilní povahu, difundovat pasivní membrány iontových kanálů, které jsou vytvořeny z molekul sdružovací bílkovin, a někdy i přes stohovací poruchy membránových fosfolipidových molekul, které se vyskytují v buněčné membráně v důsledku teplotních výkyvů.

Pasivní transport membrány je velmi zajímavý proces. Pokud jsou podmínky normální, významná množství látky mohou proniknout do dvouvrstvé membrány, pouze pokud jsou nepolární a mají malou velikost. V opačném případě dochází k přenosu pomocí nosných bílkovin. Takové procesy zahrnující nosičový protein se nazývají ne difúze, ale transport hmoty přes membránu.

Rozptýlení světla

Rozptýlení světla, jako jednoduchá difúze, probíhá podél gradientu koncentrace hmoty. Hlavní rozdíl spočívá v tom, že se v procesu přenosu látek účastní speciální proteinová molekula nazývaná nosičem.

Difuze světla je druh pasivního transportu molekul hmoty prostřednictvím biomembrán, prováděných na gradientech koncentrace pomocí nosiče.

Naznačuje nosičový protein

Nosný protein může být ve dvou konformačních stavech. Například ve stavu aktivního proteinu může mít afinitu k látce, která se přenáší, jeho vazebná místa s látkou, ohnut směrem dovnitř, čímž se vytvoří póry, otevřený na jedné straně membrány.

Poté, co se protein naváže na přenesenou látku, změní se její konformace a nastane její přechod do stavu B. S takovou transformací se afinita k nosiči ztrácí s látkou. Kvůli spojení s nosičem se uvolňuje a pohybuje se do póru již na druhé straně membrány. Po přenosu látky se nosičový protein opět změní v konformaci a vrátí se do stavu A. Podobný transport látky přes membránu se nazývá uniport.

Rychlost s difuzí světla

Nízkomolekulární látky, jako glukóza, mohou být transportovány membránou usnadněnou difúzí. Takový transport může nastat z krve do mozku, do buněk z intersticiálních prostorů. Rychlost přepravy látek s tímto typem difúze je schopna dosáhnout až 10^8. částic přes kanál za jednu sekundu.

Jak již víme, míra aktivního a pasivního transportu látek s jednoduchou difúzí je úměrná rozdílu v koncentraci látky na obou stranách membrány. V případě usnadnění difúze se tato rychlost zvyšuje úměrně rostoucímu rozdílu v koncentraci látky na určitou maximální hodnotu. Nad tuto hodnotu se rychlost nezvyšuje, i když rozdíl v koncentraci z různých stran membrány se stále zvyšuje. Dosažení takového maximálního rychlostního bodu v procesu usnadněné difúze může být vysvětlen skutečností, že maximální rychlost zahrnuje zapojení všech dostupných nosičových proteinů do transportního procesu.

Jaký koncept stále zahrnuje aktivní a pasivní transport membrán?

Rozšiřování výměny

Podobný druh transportu molekul hmoty přes buněčnou membránu je charakterizován skutečností, že na výměně se podílejí molekuly stejné látky, které se nacházejí na různých stranách biologické membrány. Je třeba poznamenat, že při této přepravě látek se koncentrace molekul na obou stranách membrány vůbec nemění.

Typ výměny šíření

Jednou z druhů výměnné difúze je výměna, ve které se molekula jedné látky mění na dvě nebo více molekul jiné látky. Například jeden ze způsobů, kterými odstraňuje ionty vápníku z pozitivních buněk hladkého svalstva bronchů, lodí myocytů kontrakční srdce - výměna sodných iontů, uspořádaných vně buňky. Jeden sodný iont se v tomto případě vymění za tři ionty vápníku. Proto se sodík a vápník pohybují přes membránu, která je vzájemně závislá. Tento druh pasivního transportu přes buněčnou membránu se nazývá antiport. Tímto způsobem je buňka schopná uvolňovat ionty vápníku, které jsou v hojnosti. Tento proces je nezbytný k uvolnění hladkých myocytů a kardiomyocytů.

V tomto článku byl zvažován aktivní a pasivní transport látek přes membránu.