Sejt-szállítási típusok és jellemzőik

az celluláris szállítás magában foglalja a molekulák forgalmát és elmozdulását a sejtek belső és külső részei között. A molekulák cseréje e rekeszek között lényeges jelenség a szervezet helyes működéséhez, és olyan események sorozatát közvetíti, mint például a membránpotenciál..

A biológiai membránok nemcsak a sejtek határolásáért felelősek, hanem az anyagok forgalmában is nélkülözhetetlen szerepet játszanak. Olyan fehérjékkel rendelkeznek, amelyek átlépik a struktúrát, és nagyon szelektíven lehetővé teszik, hogy bizonyos molekulák bejussanak.

A celluláris szállítás két fő típusba sorolható, attól függően, hogy a rendszer közvetlenül vagy nem használ energiát.

A passzív szállítás nem igényel energiát, és a molekulák passzív diffúzióval, vizes csatornákkal vagy szállított molekulák segítségével képesek átjutni a membránon. Az aktív szállítás irányát kizárólag a membrán mindkét oldala közötti koncentrációs gradiens határozza meg.

Ezzel szemben a második típusú közlekedés energiát igényel, és aktív szállításnak nevezik. A rendszerbe betáplált energianak köszönhetően a szivattyúk a molekulákat koncentrációs gradiensükkel mozgathatják. A legjelentősebb példa az irodalomban a nátrium-kálium szivattyú.

index

• 1 Elméleti alapok
  • 1.1 - Sejtmembránok
  • 1.2 -Lipidek a membránokban
  • 1.3 -A fehérjék a membránokban
  • 1.4 - A membrán szelektivitása
  • 1.5 -Diffúzió és ozmózis
  • 1.6 -Tonicitás
  • 1.7 -Befolyás elektromos
• 2 Transzmembrán passzív szállítás
  • 2.1 Egyszerű adás
  • 2.2 Vizes csatornák
  • 2.3 Molecule transportadora
  • 2.4 Osmosis
  • 2.5 Ultrafiltrálás
  • 2.6
• 3 Transzmembrán aktív szállítás
  • 3.1 Az aktív szállítás jellemzői
  • 3.2 A szállítási szelektivitás
  • 3.3 Példa az aktív szállításra: nátrium-kálium-szivattyú
  • 3.4 A szivattyú működése?
• 4 Tömegszállítás
  • 4.1 -Endocytosis
  • 4.2 -Exocytosis
• 5 Referenciák

Elméleti alapok

-Sejtmembránok

Ahhoz, hogy megértsük, hogyan történik az anyagok és molekulák kereskedelme a sejt és a szomszédos rekeszek között, elemezni kell a biológiai membránok szerkezetét és összetételét..

-Lipidek a membránokban

A sejteket egy vékony és komplex lipid jellegű membrán veszi körül. A bázikus komponens foszfolipidek.

Ezek poláris fejből és apoláris farokból állnak. A membránok két foszfolipidrétegből állnak - "lipid kettősrétegek" -, ahol a farok belsejében van csoportosítva, és a fejek extra és intracelluláris arcokat adnak.

A poláris és apoláris zónákat tartalmazó molekulákat amfipatikusnak nevezik. Ez a tulajdonság döntő jelentőségű a membránokon belüli lipidkomponensek térbeli szervezésében.

Ezt a szerkezetet megosztják a szubcelluláris rekeszeket körülvevő membránok. Ne feledje, hogy a mitokondriumok, a kloroplasztok, a vezikulák és a többi organellát is membrán veszi körül.

A foszfogliceridek vagy foszfolipidek mellett a membránok szfingolipidekben gazdagok, amelyek csontvázai egy szfingozin és szterin nevű molekulából állnak. Ebben az utolsó csoportban koleszterin, lipid, amely a membrán tulajdonságait modulálja.

-Fehérjék a membránokban

A membrán egy dinamikus szerkezet, amely több fehérjét tartalmaz. A membrán fehérjéi egyfajta "kapuőrök" vagy "védők" molekulárisak, amelyek nagy szelektivitással határozzák meg a belépő és kilépő sejteket.

Emiatt azt mondják, hogy a membránok féligáteresztőek, mivel egyes vegyületek képesek bejutni és mások nem..

Nem minden, a membránban lévő fehérje felelős a forgalom közvetítéséért. Mások felelősek olyan külső jelek rögzítéséért, amelyek a külső ingerekre reagálnak.

-A membrán szelektivitása

A membrán lipid belseje erősen hidrofób, ami a membránt rendkívül áthatolhatatlan a poláris vagy hidrofil molekulák áthaladásához (ez a kifejezés "vízbe szerelmes").

Ez további nehézséget jelent a poláris molekulák áthaladásában. Szükséges azonban a vízben oldódó molekulák tranzitja, így a sejtek számos olyan szállítási mechanizmust tartalmaznak, amely lehetővé teszi ezen anyagok hatékony elmozdulását a sejt és a külső környezet között..

Ugyanígy nagy molekulákat, például fehérjéket kell szállítani és speciális rendszereket igényelni.

-Diffúzió és ozmózis

A részecskék sejtmembránokon keresztüli mozgása a következő fizikai elvek szerint történik.

Ezek az elvek a diffúzió és az ozmózis, és az oldott anyagok és oldószerek egy féligáteresztő membránon - például az élő sejtekben található biológiai membránokon - történő oldatban való mozgására alkalmazandók..

A diffúzió az a folyamat, amely magában foglalja a nagy koncentrációjú régiókból szuszpendált részecskék véletlenszerű termikus mozgását az alacsonyabb koncentrációjú régiók felé. Van egy matematikai kifejezés, amely a folyamat leírására törekszik, és Fick diffúziós egyenletének nevezik, de nem megyünk bele.

Ezt a fogalmat szem előtt tartva meghatározhatjuk az áteresztőképesség fogalmát, amely arra az arányra utal, amelynél az anyag egy konkrét körülmények között passzívan behatol a membránba.

Másrészt a víz az ozmózisnak nevezett jelenségben is koncentrációs gradiensének javára mozog. Bár nem tűnik pontosnak a víz koncentrációjára való utalás, meg kell értenünk, hogy a létfontosságú folyadék mint bármely más anyag viselkedik a diffúzió szempontjából..

-tónus

Figyelembe véve a leírt fizikai jelenségeket, a sejten belüli és a külső koncentrációk meghatározzák a szállítási irányt.

Így az oldat tonicitása az oldatba merített sejtek reakciója. A szcenáriónak van néhány terminológiája:

izotóniás

Egy sejt, szövet vagy oldat izotóniás a másikra nézve, ha a koncentráció mindkét elemben egyenlő. Egy fiziológiai kontextusban egy izotóniás környezetbe merített sejt nem fog változni.

hipotóniás

A megoldás a sejthez képest hipotonikus, ha az oldott anyagok koncentrációja alacsonyabb, azaz a sejt több oldott anyaggal rendelkezik. Ebben az esetben a víz hajlamos belépni a cellába.

Ha a vörösvértesteket desztillált vízbe helyezzük (amely nem oldódik az oldott anyagtól), akkor a víz felszakadna. Ezt a jelenséget hemolízisnek nevezik.

hipertóniás

A megoldás hipertonikus a sejthez képest, ha az oldott anyagok koncentrációja magasabb a külsőben - vagyis a sejt kevesebb oldott anyaggal rendelkezik.

Ebben az esetben a víz hajlamos elhagyni a cellát. Ha a vörösvértesteket koncentráltabb oldatba helyezzük, a gömböcskékben lévő víz kinyílik, és a sejt ráncos megjelenést kap.

Ez a három fogalom biológiai jelentőséggel bír. Például a tengeri szervezet tojásainak izotóniásnak kell lenniük a tengervíz tekintetében, hogy ne törtjenek el, és ne veszítsék el a vizet.

Hasonlóképpen, az emlősök vérében élő parazitáknak olyan koncentrációjú oldott anyaggal kell rendelkezniük, amely hasonló ahhoz a közeghez, amelyben fejlődik..

-Elektromos hatás

Amikor ionokról beszélünk, amelyek töltött részecskék, a membránokon keresztüli mozgás nem kizárólag a koncentrációs gradiensek által irányul. Ebben a rendszerben figyelembe kell venni az oldott anyagok terhelését.

Az ion hajlamos elmozdulni azoktól a régióktól, ahol a koncentráció magas (amint azt az ozmózis és diffúzió szakaszban leírtuk), és ha az ion negatív, akkor az a régiók felé halad, ahol növekszik a negatív potenciál. Ne feledje, hogy különböző díjakat vonzanak, és az egyenlő díjak visszavonulnak.

Az ion viselkedésének megjósolásához hozzá kell adnunk a koncentrációs gradiens és az elektromos gradiens együttes erőit. Ezt az új paramétert nettó elektrokémiai gradiensnek nevezik.

A cellás szállítás típusait a rendszer által használt - vagy nem - energiafelhasználás szerint osztályozzák passzív és aktív mozgásokban. Az alábbiakban részletesen leírjuk mindegyiket:

Transzmembrán passzív szállítás

A passzív mozgások a membránokon keresztül magukban foglalják a molekulák áthaladását anélkül, hogy közvetlen energiára lenne szükségük. Mivel ezek a rendszerek nem tartalmaznak energiát, ez kizárólag a plazmamembránon keresztül létező koncentrációs gradiensektől (beleértve az elektromos) is függ.

Bár a részecskék mozgásáért felelős energiát ilyen gradiensekben tárolják, helyénvaló és célszerű a folyamatot passzívnak tekinteni..

Három elemi út van, amelyeken keresztül a molekulák passzívan tudnak átjutni az egyik oldalról a másikra:

Egyszerű diffúzió

Az oldott anyag legegyszerűbb és leginkább intuitív szállítása a membrán áthaladása a fent említett gradiensek után..

A molekula a plazmamembránon keresztül diffundál, a vizes fázist félretéve, feloldódik a lipidrészben, és végül belép a sejt belsejének vizes részébe. Ugyanez történhet az ellenkező irányban, a sejt belsejétől a külsőig.

A membránon keresztüli hatékony áthaladás meghatározza a rendszerben lévő hőenergia szintjét. Ha elég magas, akkor a molekula képes lesz átjutni a membránon.

Részletesebben látva, a molekulának meg kell szakítania a vizes fázisban képződött hidrogénkötéseket, hogy képesek legyenek a lipid fázishoz való elmozdulásra. Ez az esemény 5 kcal kinetikus energiát igényel minden jelenlévő linkhez.

A következő tényező, amelyet figyelembe kell venni, a molekula oldhatósága a lipid zónában. A mobilitást számos tényező befolyásolja, például a molekula molekulatömege és alakja.

Az egyszerű diffúziós lépés kinetikája nem telítési kinetikát mutat. Ez azt jelenti, hogy a bemenet az extracelluláris régióban szállítandó oldott anyag koncentrációjával arányosan nő.

Vizes csatornák

A molekulák passzív úton történő áthaladásának második alternatívája a membránban található vizes csatorna. Ezek a csatornák olyan típusú pórusok, amelyek lehetővé teszik a molekula áthaladását, elkerülve a hidrofób régióval való érintkezést.

Bizonyos töltésű molekulák képesek bejutni a sejtbe a koncentrációs gradiens után. A vízzel töltött csatornáknak köszönhetően a membránok az ionok számára rendkívül átjárhatatlanok. Ezen molekulák közül kiemelkedik a nátrium, kálium, kalcium és klór.

Konvejor molekula

Az utolsó alternatíva az érdeklődő anyag kombinációja olyan transzportmolekulával, amely a hidrofil természetét elfedi, úgyhogy az áthalad a membrán lipidben gazdag részén..

A transzporter növeli a szállítandó molekula lipidoldékonyságát, és elősegíti annak áthaladását a koncentrációs gradiens vagy az elektrokémiai gradiens javára.

Ezek a transzporterfehérjék különböző módon működnek. A legegyszerűbb esetben egy oldott anyagot áthelyezünk a membrán egyik oldaláról a másikra. Ezt a típust támogatásnak nevezik. Ezzel ellentétben, ha egy másik oldott anyagot egyidejűleg szállítanak vagy összekapcsolnak, akkor a szállítót pótkocsinak nevezik.

Ha a csatolt szállítószalag a két molekulát ugyanabba az irányba mozgatja, akkor egy simporte, és ha ellenkező irányba teszi, a szállítószalag antiport.

ozmózis

Az a fajta transzport, amelyben az oldószer szelektíven áthalad a féligáteresztő membránon.

A víz például áthalad azon a cellánál, ahol a koncentrációja alacsonyabb. A víz mozgása ezen az úton az ozmotikus nyomásnak nevezett nyomást eredményezi.

Ez a nyomás szükséges a sejtekben lévő anyagok koncentrációjának szabályozásához, amely ezután befolyásolja a sejt alakját.

ultraszűrő

Ebben az esetben néhány oldott anyag mozgását a hidrosztatikus nyomás hatására állítják elő, a legnagyobb nyomástól a legalacsonyabb nyomásig. Az emberi testben ez a folyamat a vesében a szív által generált vérnyomásnak köszönhető.

Ily módon a víz, a karbamid stb. Átjut a sejtekből a vizeletbe; és a hormonok, vitaminok, stb. Ezt a mechanizmust dialízisként is ismert.

Könnyebb terjesztés

Vannak olyan anyagok, amelyek nagyon nagy molekulákkal rendelkeznek (mint például a glükóz és más monoszacharidok), amelyekhez hordozófehérje szükséges. Ez a diffúzió gyorsabb, mint az egyszerű diffúzió, és attól függ, hogy:

• Az anyag koncentrációs gradiense.
• A sejtben lévő transzporter fehérjék mennyisége.
• A jelenlévő fehérjék sebessége.

Ezen transzporter fehérjék egyike az inzulin, amely megkönnyíti a glükóz diffúzióját, csökkentve a vér koncentrációját.

Transzmembrán aktív szállítás

Eddig megvitattuk a különböző molekulák áthaladását csatornákon keresztül, energiaköltség nélkül. Ezekben az esetekben az egyetlen költség az, hogy a membrán mindkét oldalán differenciálkoncentrációk formájában potenciális energiát állítsunk elő.

Ily módon a szállítási irányt a meglévő gradiens határozza meg. Az oldott anyagokat a fent említett diffúziós elvek szerint kell szállítani, amíg el nem érik azt a pontot, ahol a nettó diffúzió véget ér - ebben a pillanatban egyensúlyi szintet értek el. Az ionok esetében a mozgást a terhelés is befolyásolja.

Az egyetlen esetben, amikor az ionok eloszlása ​​a membrán mindkét oldalán valós egyensúlyban van, akkor a sejt halott állapotban van. Minden élő sejt nagy mennyiségű kémiai energiát fektet be, hogy az oldott koncentráció az egyensúlytól távol maradjon.

Ezeknek a folyamatoknak a megtartására használt energia általában az ATP molekula. Az ATP-ként rövidített adenozin-trifoszfát egy alapvető energia molekula a sejtes folyamatokban.

Az aktív szállítás jellemzői

Az aktív szállítás ellenállhat a koncentrációgradienseknek, függetlenül attól, hogy milyen jelölés van - ez a tulajdonság egyértelmű a nátrium-kálium-szivattyú magyarázatával (lásd alább).

Az aktív szállítási mechanizmusok egyszerre több molekulaosztályt is mozgathatnak. Az aktív szállításhoz ugyanaz a besorolás a többszörös molekulák passzív szállításban történő szállítására szolgál: simporte és antiporte.

Az ilyen szivattyúk által végzett szállítást megakadályozhatja olyan molekulák alkalmazása, amelyek specifikusan blokkolják a fehérje lényeges helyeit.

A szállítási kinetika Michaelis-Menten típusú. Mindkét viselkedés - amelyet bizonyos molekulák és kinetika gátoltak - az enzimatikus reakciók jellemző jellemzői.

Végül a rendszernek olyan specifikus enzimekkel kell rendelkeznie, amelyek hidrolizálhatják az ATP molekulát, például az ATPázokat. Ez az a mechanizmus, amellyel a rendszer megszerzi az azt jellemző energiát.

Közlekedési szelektivitás

Az érintett szivattyúk rendkívül szelektívek a szállítandó molekulákban. Például, ha a szivattyú nátriumionok hordozója, akkor nem fog lítiumionokat venni, bár mindkét ion mérete nagyon hasonló.

Feltételezhető, hogy a fehérjék megkülönböztethetik a két diagnosztikai jellemzőt: a molekula dehidratálódásának egyszerűségét és a transzporterekkel való kölcsönhatást a transzporterben..

Ismeretes, hogy nagy ionok könnyen kiszáradnak, ha összehasonlítjuk őket egy kis ionral. Ily módon a gyenge poláris központú pórusok nagy ionokat használnak, előnyösen.

Ezzel ellentétben az erősen feltöltött központokban lévő csatornákban a dehidratált ionokkal való kölcsönhatás dominál.

Példa az aktív szállításra: nátrium-kálium-szivattyú

Az aktív szállítás mechanizmusainak magyarázatához a legjobb, ha a legjobban vizsgált modellt használjuk: a nátrium-kálium szivattyút.

A sejtek feltűnő tulajdonsága, hogy képes fenntartani a nátrium-ionok kifejezett gradiensét (Na⁺) és kálium (K⁺).

A fiziológiai környezetben a sejtekben a kálium koncentrációja 10-20-szor nagyobb, mint a sejtek külső részén. Ezzel szemben a nátriumionok sokkal koncentráltabbak az extracelluláris környezetben.

Az ionok passzív mozgását szabályozó alapelvekkel lehetetlen lenne ezeket a koncentrációkat fenntartani, ezért a sejtek aktív transzportrendszert igényelnek, ez a nátrium-kálium szivattyú..

A szivattyút az ATPáz típusú fehérje komplex képezi, amely az összes állati sejt plazmamembránjához van rögzítve. Ez mindkét ionhoz kötőhelyekkel rendelkezik, és felelős az energia-befecskendezéssel történő szállításért.

Hogyan működik a szivattyú?

Ebben a rendszerben két tényező határozza meg az ionok mozgását a celluláris és extracelluláris rekeszek között. Az első az a sebesség, amellyel a nátrium-kálium szivattyú működik, és a második tényező az a sebesség, amellyel az ion ismét bejuthat a sejtbe (nátrium esetében) passzív diffúziós események révén.

Ily módon a sebesség, amellyel az ionok belépnek a cellába, meghatározza azt a sebességet, amellyel a szivattyúnak meg kell működnie az ionok megfelelő koncentrációjának fenntartása érdekében..

A szivattyú működése az ionok szállításáért felelős fehérje konformációs változásainak sorozatától függ. Minden ATP molekula közvetlenül hidrolizálódik, a folyamat során három nátriumion jön el a sejtből, és ezzel egyidejűleg két káliumionot vezet be a sejtkörnyezetbe..

Tömegszállítás

Ez egy másik típusú aktív szállítás, amely segíti a makromolekulák, például a poliszacharidok és a fehérjék mozgását. Előfordulhat:

-endocitózis

Az endocitózisnak három folyamata van: fagocitózis, pinocitózis és ligandum által közvetített endocitózis:

fagocitózis

A fagocitózis az a fajta transzport, amelyben a szilárd részecskéket egy vezikulum vagy fagoszóma fedi, amelyet fuzionált pszeudopodok alkotnak. Az a szilárd részecske, amely a vezikulumban marad, enzimekkel emészthető, és így eléri a sejt belsejét.

Ily módon a fehérvérsejtek működnek a szervezetben; a baktériumok és idegen testek védelmi mechanizmusként történő fagocitálása.

pinocitosis

Pinocitózis akkor következik be, amikor a szállítandó anyag csepp vagy extracelluláris folyadék vezikuluma, és a membrán olyan pinocitikus vezikulumot hoz létre, amelyben a vezikulum vagy a csepp tartalma feldolgozásra kerül, hogy visszatérjen a sejt felületére..

Endocitózis receptoron keresztül

Ez a folyamat hasonló a pinocitózishoz, de ebben az esetben a membrán invaginációja akkor következik be, amikor egy bizonyos molekula (ligandum) kötődik a membrán receptorhoz..

Számos endocitikus vezikulum csatlakozik és egy nagyobb struktúrát képez, amelyet az endoszómának nevezünk, amely a ligandumot elválasztja a receptortól. Ezután a receptor visszatér a membránhoz, és a ligandum egy olyan liposzómához kötődik, amelyben enzimeket emésztenek.

-exocitózisban

Ez a fajta transzport, amelyben az anyagot a sejten kívül kell venni. Ennek során a szekréciós vezikulum membránja csatlakozik a sejtmembránhoz, és felszabadítja a vezikulum tartalmát.

Ily módon a sejtek eltávolítják a szintetizált anyagokat vagy a hulladékokat. Így szabadulnak fel hormonok, enzimek vagy neurotranszmitterek is.

referenciák

1. Audesirk, T., Audesirk, G. és Byers, B. E. (2003). Biológia: Élet a Földön. Pearson-oktatás.
2. Donnersberger, A. B. és Lesak, A. E. (2002). Laboratóriumi könyv az anatómia és az élettan. Szerkesztői Paidotribo.
3. Larradagoitia, L. V. (2012). Anatomofiziológia és alapvető patológia. Paraninfo Szerkesztés.
4. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., francia, K. és Eckert, R. (2002). Eckert állati fiziológia. Macmillan.
5. Vived, À. M. (2005). A fizikai aktivitás és a sport fiziológiájának alapjai. Ed. Panamericana Medical.