Zelltransportarten und Eigenschaften

Er Zelltransport Es impliziert den Verkehr und die Verschiebung von Molekülen zwischen Innenraum und Äußerer der Zellen. Der Austausch von Molekülen zwischen diesen Kompartimenten ist ein wesentliches Phänomen für die korrekte Funktion des Organismus und eine Reihe von Ereignissen, wie das Membranpotential, um einige.

Biologische Membranen sind nicht nur für die Abgrenzung der Zelle verantwortlich, sondern spielen auch eine unverzichtbare Rolle im Substanzverkehr. Sie haben eine Reihe von Proteinen, die die Struktur überschreiten und sehr selektiv den Eintritt bestimmter Moleküle ermöglichen.

Der Zelltransport wird in zwei Haupttypen eingeteilt, je nachdem, ob das System Energie direkt nutzt oder nicht.

Passiver Transport erfordert keine Energie, und Moleküle schaffen es, die Membran durch passive Diffusion, mittels wässriger Kanäle oder durch Transportmoleküle zu überqueren. Die Richtung des aktiven Transports wird ausschließlich durch die Konzentrationsgradienten zwischen beiden Seiten der Membran bestimmt.

Im Gegensatz dazu ist die zweite Art von Transport, wenn sie Energie benötigt und als aktiver Transport bezeichnet wird. Dank der in das System injizierten Energie können die Pumpen die Moleküle gegen ihre Konzentrationsgradienten bewegen. Das bemerkenswerteste Beispiel in der Literatur ist die Natrium -Kaliumbombe.

Theoretische Basen

-Zellmembranen

Um zu verstehen, wie der Verkehr von Substanzen und Molekülen zwischen Zelle und angrenzenden Kompartimenten auftritt, ist es notwendig, die Struktur und Zusammensetzung biologischer Membranen zu analysieren.

-Lipide in den Membranen

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Die Zellen sind von einer feinen und komplexen Membran von Lipid Natur umgeben. Die Grundkomponente ist Phospholipide.

Diese bestehen aus einem polaren Kopf und apolaren Schwänzen. Die Membranen bestehen aus zwei Schichten von Phospholipiden - "Lipid -Bicapas" -, in denen die Schwänze im Inneren gruppiert sind und die Köpfe den zusätzlichen und intrazellulären Gesichtern geben.

Die Moleküle, die sowohl polare als auch apolare Bereiche haben. Diese Eigenschaft ist entscheidend für die räumliche Organisation von Lipidkomponenten innerhalb der Membranen.

Diese Struktur wird von den Membranen, die subzelluläre Kompartimente umgeben, geteilt. Erinnern Sie sich daran, dass auch Mitochondrien, Chloroplasten, Vesikel und andere Organellen von Membran umgeben sind.

Zusätzlich zu Phosphoglyceriden oder Phospholipiden sind die Membranen reich an Sphingolipiden, die Skelette für ein Molekül namens Sphinxin und Sterol gebildet haben. In dieser letzten Gruppe finden wir Cholesterin, ein Lipid, das die Eigenschaften der Membran moduliert, wie z.

-Proteine ​​in Membranen

Abbildung 1. Schema des flüssigen Mosaikmodells. Quelle: Von Ladyofhats Mariana Ruiz, Übersetzung Pilar Saenz [Public Domain] über Wikimedia Commons

Die Membran ist eine dynamische Struktur, die mehrere Proteine ​​im Inneren enthält. Membranproteine ​​fungieren als eine Art "Torhüter" oder molekulare "Wachen", die mit großer Selektivität definieren, die eintritt und wer die Zelle verlässt.

Aus diesem Grund wird gesagt, dass die Membranen semipermeurbar sind, da einige Verbindungen eintreten und andere nicht tun.

Nicht alle Proteine, die sich in der Membran befinden, sind für die Vermittlung des Verkehrs verantwortlich. Andere sind dafür verantwortlich, externe Signale zu erfassen, die eine zelluläre Reaktion auf externe Stimuli erzeugen.

-Membranselektivität

Das Lipid -Innenraum der Membran ist stark hydrophob, was die Membran zu einer hoch wasserdichten Einheit zum Durchgang polarer oder hydrophiler Moleküle macht (dieser Begriff bedeutet "in Wasser verliebt").

Dies impliziert eine zusätzliche Schwierigkeit für den Durchgang von polaren Molekülen. Der Verkehr von hydrosolulen Molekülen ist jedoch notwendig, so.

In ähnlicher Weise müssen große Moleküle wie Proteine ​​transportiert werden und benötigen spezielle Systeme.

-Diffusion und Osmose

Die Partikelbewegung durch Zellmembranen tritt nach den folgenden physikalischen Prinzipien auf.

Diese Prinzipien sind Diffusion und Osmose und gelten für die Bewegung von gelösten Stoffen und Lösungsmitteln in einer Lösung durch eine semipermeable Membran - wie die in lebenden Zellen gefundenen biologischen Membranen.

Die Diffusion ist der Prozess, der die zufällige thermische Bewegung von Partikeln impliziert, die aus Regionen mit hohen Konzentrationen suspendiert sind, um Regionen der Konzentration zu niedriger. Es gibt einen mathematischen Ausdruck, der versucht, den Prozess zu beschreiben, und wird als Fick -Diffusions -Gleichung bezeichnet, aber wir werden uns nicht damit befassen.

Unter Berücksichtigung dieses Konzepts können wir den Begriff Permeabilität definieren, der sich auf die Geschwindigkeit bezieht.

Auf der anderen Seite bewegt sich Wasser auch zugunsten seines Konzentrationsgradienten in einem Phänomen, das als Osmose bezeichnet wird. Obwohl es nicht notwendig erscheint, sich auf die Wasserkonzentration zu beziehen, müssen wir verstehen, dass sich die lebenswichtige Flüssigkeit in Bezug auf ihre Diffusion wie jede andere Substanz verhält.

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-Tonizität

Unter Berücksichtigung der beschriebenen physikalischen Phänomene bestimmen die Konzentrationen, die sowohl im Zelle als auch im Ausland existieren.

Somit ist die Tonizität einer Lösung die Reaktion der eingetauchten Zellen in einer Lösung. In diesem Szenario wird einige Terminologie angewendet:

Isotonisch

Eine Zelle, ein Gewebe oder eine Lösung ist in Bezug auf eine andere isotonisch, wenn die Konzentration in beiden Elementen gleich. In einem physiologischen Kontext wird eine Zelle, die in eine isotonische Umgebung eingetaucht ist.

Hypoton

Eine Lösung ist in Bezug auf die Zelle hypotonisch, wenn die Konzentration von gelösten Stoffen im Ausland niedriger ist - das heißt, die Zelle hat mehr gelöste gelöste. In diesem Fall besteht der Wassertrend darin, die Zelle zu betreten.

Wenn wir rote Blutkörperchen in destilliertes Wasser (das frei von gelösten gelösten Stoffe) stecken, würde das Wasser eintreten, bis sie sie platzen lassen. Dieses Phänomen wird als Hämolyse bezeichnet.

Hypertonisch

Eine Lösung ist hypertonisch in Bezug auf die Zelle, wenn die Konzentration der gelösten Stoffe im Ausland höher ist - dh die Zelle hat weniger gelöste gelöste Stoffe.

In diesem Fall besteht der Wassertrend darin, aus der Zelle herauszukommen. Wenn wir rote Blutkörperchen in eine konzentrierter.

Diese drei Konzepte haben biologische Relevanz. Zum Beispiel müssen die Eier eines Meeresorganismus in Bezug auf Meerwasser isotonisch sein, um nicht zu platzen und nicht Wasser zu verlieren.

In ähnlicher Weise müssen Parasiten, die im Blut von Säugetieren leben.

-Elektrischer Einfluss

Wenn wir über Ionen sprechen, die geladene Partikel sind, wird die Bewegung durch die Membranen nicht ausschließlich durch Konzentrationsgradienten gerichtet. In diesem System müssen Sie die Lasten der gelösten Stoffe berücksichtigen.

Das Ion neigt dazu, sich von den Regionen zu entfernen, in denen die Konzentration hoch ist (wie in Osmose und Diffusionsabschnitt beschrieben), und wenn das Ion negativ ist. Denken Sie daran, dass verschiedene Lasten anziehen und gleiche Lasten abtauchen.

Um das Verhalten des Ions vorherzusagen, müssen wir die kombinierten Kräfte des Konzentrationsgradienten und des elektrischen Gradienten hinzufügen. Dieser neue Parameter wird als elektrochemische Netto -Gradient bezeichnet.

Die Arten des Zelltransports werden je nach Nutzung - oder nicht - des Systems durch das System in passiven und aktiven Bewegungen klassifiziert. Als nächstes werden wir jeweils im Detail beschreiben:

Transmembran Passiver Transport

Passive Bewegungen durch Membranen beinhalten den Durchgang von Molekülen ohne den direkten Energiebedarf. Da diese Systeme keine Energie beinhalten, hängt sie ausschließlich von Konzentrationsgradienten (einschließlich elektrischer) ab, die durch die Plasmamembran existieren.

Obwohl die Energie, die für die Bewegung der Partikel verantwortlich ist.

Es gibt drei Elementarwege, auf denen Moleküle passiv von einer Seite reisen können:

Einfache Diffusion

Der einfachste und intuitivere Weg zum Transport eines gelösten Stoffes besteht darin, die Membran nach den oben genannten Gradienten zu überqueren.

Das Molekül breitet sich durch die Plasmamembran aus, ließ die wässrige Phase beiseite, löst sich im Lipidabschnitt und tritt schließlich in den wässrigen Teil des zellulären Innenraums ein. Das gleiche kann in der entgegengesetzten Richtung von innen der Zelle aussehen.

Der effiziente Schritt durch die Membran bestimmt den Grad der thermischen Energie, den das System besitzt. Wenn es hoch genug ist, kann das Molekül die Membran überqueren.

Das Molekül ist ausführlicher zu sehen, dass alle Wasserstoffbrückenbindungen in der wässrigen Phase gebildet werden, um sich in die Lipidphase bewegen zu können. Dieses Ereignis erfordert für jede vorliegende Verbindung 5 kcal kinetischer Energie.

Der nächste Faktor, der berücksichtigt werden muss, ist die Löslichkeit des Moleküls in der Lipidzone. Mobilität wird durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst, wie z. B. Molekulargewicht und Molekülform.

Die Kinetik der einfachen Diffusionspassage zeigt eine Nichtsättigungskinetik. Dies bedeutet, dass der Eingang im Verhältnis zur Konzentration des gelösten Stoffs in der extrazellulären Region zunimmt.

Wässrige Kanäle

Die zweite Alternative des Molekülenübergangs. Diese Kanäle sind eine Art Poren, die es dem Molekül ermöglichen, den Kontakt mit der hydrophoben Region zu vermeiden.

Bestimmte geladene Moleküle gelangen nach ihrem Konzentrationsgradienten in die Zelle. Dank dieses Systemsystems mit Wasser voller Wasser sind die Membranen gegenüber Ionen sehr undurchlässig undurchlässig. Innerhalb dieser Moleküle stechen das Natrium, Kalium, Kalzium und Chlor heraus.

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Fördermolekül

Die letzte Alternative ist die Kombination des interessierenden gelösten Stoffes mit einem Fördermolekül, das seine hydrophile Natur maskiert, um den Durchgang durch den reichen Teil in Membranlipiden zu erreichen.

Der Transporter erhöht die Lipidlöslichkeit des Moleküls, das transportiert werden muss, und begünstigt seinen Durchgang zugunsten des Konzentrationsgradienten oder des elektrochemischen Gradienten.

Diese Transportproteine ​​funktionieren auf unterschiedliche Weise. Im einfachsten Fall wird ein gelöster Stoff von einer Seite der Membran auf eine andere übertragen. Dieser Typ heißt Uniporte. Im Gegenteil.

Wenn der gekoppelte Förderer die beiden Moleküle in die gleiche Richtung mobilisiert, ist es ein Synport, und wenn es in entgegengesetzte Richtungen der Fall ist, ist der Förderer Antiporte.

Osmose

Osmose2-Fr.PNG: Psychotikderivative Arbeit: Ortisa [CC-Be-SA-3.0 (http: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0/) oder gfdl (http: // www.Gnu.Org/copyleft/fdl.html)] über Wikimedia Commons

Es ist die Art des Zelltransports, bei dem ein Lösungsmittel selektiv durch die semipermeable Membran führt.

Wasser neigt zum Beispiel dazu, sich neben die Zelle zu bewegen, in der seine Konzentration niedriger ist. Die Bewegung von Wasser in diesem Weg erzeugt einen Druck, der als osmotischer Druck bezeichnet wird.

Dieser Druck ist erforderlich, um die Konzentration von Zellsubstanzen zu regulieren, die später die Form der Zelle beeinflusst.

Ultrafiltration

In diesem Fall erzeugt die Bewegung einiger gelöster Stoffe durch die Auswirkung eines hydrostatischen Drucks von der Fläche von höherem Druck bis zum niedrigsten Druck. Im menschlichen Körper tritt dieser Prozess dank des vom Herzen erzeugten Blutdrucks in den Nieren auf.

Auf diese Weise das Wasser, der Harnstoff usw., übergeht von Zellen zum Urin; und Hormone, Vitamine usw., Sie bleiben im Blut. Dieser Mechanismus ist auch als Dialyse Name bekannt.

Erleichterte Diffusion

Erleichterte Diffusion

Es gibt Substanzen mit sehr großen Molekülen (wie Glukose und anderen Monosacchariden), die ein Förderprotein benötigen, um sich auszubreiten. Diese Diffusion ist schneller als die einfache Diffusion und hängt davon ab:

• Der Substanzkonzentrationsgradient.
• Die Menge an Förderproteinen in der Zelle vorhanden.
• Die Geschwindigkeit der vorhandenen Proteine.

Eines dieser Förderproteine ​​ist Insulin, das die Diffusion von Glukose erleichtert und seine Konzentration im Blut verringert.

Transmembran aktiver Transport

Bisher haben wir den Durchgang verschiedener Moleküle über Kanäle ohne Energiekosten besprochen. Bei diesen Ereignissen besteht die einzige Kosten darin, potenzielle Energie in Form von Differentialkonzentrationen auf beiden Seiten der Membran zu erzeugen.

Auf diese Weise wird die Transportadresse durch den vorhandenen Gradienten bestimmt. Die gelösten Stoffe beginnen nach den oben genannten Prinzipien der Diffusion zu transportieren, bis sie einen Punkt erreichen, an dem die Nettodiffusion endet - zu diesem Zeitpunkt wurde ein Gleichgewicht erreicht. Bei Ionen wird die Bewegung auch durch die Last beeinflusst.

In dem einzigen Fall, in dem die Verteilung der Ionen auf beiden Seiten der Membran in einem realen Gleichgewicht liegt, ist die Zelle tot. Alle lebenden Zellen investieren eine große Menge chemischer Energie, um die Konzentrationen der Stoffe vom Gleichgewicht zu halten.

Die Energie, die verwendet wird, um diese Prozesse aktiv zu halten, ist das ATP -Molekül. Adenosin Tryphosphat, abgekürzte als ATP, ist ein grundlegendes Energiemolekül in zellulären Prozessen.

Aktive Transporteigenschaften

Der aktive Transport kann gegen Konzentrationsgradienten wirken, unabhängig davon, wie ausgeprägt diese sind. Diese Eigenschaft wird mit der Erklärung der Natrium -Kaliumpumpe klar sein (siehe später).

Aktive Transportmechanismen können sich mehr als eine Art Molekül gleichzeitig bewegen. Für den aktiven Transport wird die gleiche Klassifizierung für den Transport mehrerer Moleküle gleichzeitig im passiven Transport verwendet: Simport und Antiporte.

Der von diesen Pumpen durchgeführte Transport kann durch Anwenden von Molekülen gehemmt werden, die speziell entscheidende Stellen im Protein blockieren.

Die Transportkinetik stammt vom Typ Michaelis -mente. Beide Verhaltensweisen - von einigen Molekül und Kinetik gehemmt werden - sind typische Eigenschaften enzymatischer Reaktionen.

Schließlich muss das System spezifische Enzyme haben, die das ATP -Molekül wie ATPASAs hydrolysieren können. Dies ist der Mechanismus, durch den das System die Energie erhält, die sie charakterisiert.

Transportselektivität

Die beteiligten Pumpen sind in den Molekülen, die transportiert werden, äußerst selektiv. Wenn die Pumpe beispielsweise Natriumionenförderer ist, nehmen Sie nicht Lithiumionen, obwohl beide Ionen sehr ähnlich sind.

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Es wird angenommen, dass Proteine ​​sich verwalten.

Es ist bekannt, dass große Ionen es leicht schaffen, sie leicht zu dehydrieren, wenn wir sie mit einem kleinen Ion vergleichen,. Somit wird eine Pore mit schwachen polaren Zentren vorzugsweise große Ionen verwenden.

Im Gegensatz zu Kanälen mit stark beladenen Zentren überwiegt die Wechselwirkung mit dehydriertem Ion.

Aktiver Transportbeispiel: Das Natrium -Kaliumpumpe

Um aktive Transportmechanismen zu erklären, ist es am besten, es mit dem am besten untersuchten Modell zu tun: das Natrium -Kaliumpumpe.

Ein auffälliges Merkmal von Zellen ist die Fähigkeit, ausgeprägte Gradienten von Natriumionen aufrechtzuerhalten (Na⁺) und Kalium (k)⁺).

In der physiologischen Umgebung ist die Kaliumkonzentration in den Zellen 10- bis 20 -mal höher als außerhalb der Zellen. Im Gegensatz dazu sind Natriumionen in der extrazellulären Umgebung viel stärker konzentriert.

Mit den Grundsätzen, die die Bewegung von Ionen passiv regieren, wäre es unmöglich.

Die Pumpe wird durch einen Proteinkomplex des ATPASA -Typs gebildet, der an der Plasmamembran aller tierischen Zellen verankert ist. Dies hat Gewerkschaftsstandorte für beide Ionen und ist für den Energieeinspritztransport verantwortlich.

Wie funktioniert die Pumpe??

In diesem System gibt es zwei Faktoren, die die Bewegung der Ionen zwischen den zellulären und extrazellulären Kompartimenten bestimmen. Die erste ist die Geschwindigkeit, mit der die Natrium -Kaliumpumpe wirkt, und der zweite Faktor ist die Geschwindigkeit, mit der das Ion wieder in die Zelle (im Fall von Natrium) durch passive Diffusionsereignisse gelangen kann.

Auf diese Weise in die Geschwindigkeit, mit der die Ionen in die Zellbedingungen eintreten.

Der Betrieb der Pumpe hängt von einer Reihe von Konformationsänderungen im Protein ab, die für den Transport der Ionen verantwortlich sind. Jedes ATP -Molekül ist direkt hydrolysiert, im Prozess verlassen drei Natriumionen die Zelle und gleichzeitig treten zwei Kaliumionen in die zelluläre Umgebung ein.

Massentransport

Es ist eine andere Art von aktivem Transport, die bei der Bewegung von Makromolekülen wie Polysacchariden und Proteinen hilft. Kann gegeben werden durch:

-Endozytose

Es gibt drei Endozytoseprozesse: Phagozytose, Pinozyten und Endozytose, die durch Verknüpfung vermittelt werden:

Phagozytose

Phagozytose Die Art des Transports, bei dem ein festes Partikel von einer Gallenblase oder einem Phagosom bedeckt ist, die von fusionierten Pseudopoden bestehen. Das feste Teilchen, das im Inneren der Gallenblase bleibt.

Auf diese Weise arbeiten weiße Blutkörperchen im Körper; Phagozyten -Bakterien und Fremdkörper als Abwehrmechanismus.

Pinozytose

Protozoen Ernährung. Pinozytose. Bild von: Jacek FH (abgeleitet von Mariana Ruiz Villarreal). Genommen und bearbeitet von https: // commons.Wikimedia.Org/Wiki/Datei: Pinozytose.Svg.

Pinozytose tritt auf, wenn die zu transportierende Substanz ein Tröpfchen oder ein Vesikel aus extrazellulärer Flüssigkeit ist, und die Membran erzeugt eine pinozytische Gallenblase, in der der Gehalt der Gallenblase oder des Tropfens verarbeitet wird, um an die Oberfläche der Zelle zurückzukehren.

Endozytose durch einen Empfänger

Es ist ein Prozess ähnlich wie Pinozytose, aber in diesem Fall tritt die Invagination der Membran auf, wenn ein bestimmtes Molekül (Verknüpfung) an den Membranrezeptor bindet.

Mehrere endozytische Vesikel binden und bilden eine größere Struktur, die als Endosom bezeichnet wird, wo der Rezeptorligand getrennt ist. Dann kehrt der Empfänger zur Membran zurück und der Ligand bindet an ein Liposom, in dem es durch Enzyme verdaut wird.

-Exozytose

Es ist eine Art Zelltransport, bei dem die Substanz außerhalb der Zelle eingenommen werden muss. Während dieses Prozesses verbindet die sekretorische Gallenblase -Membran die Zellmembran und setzt den Gehalt der Gallenblase frei.

Auf diese Weise eliminieren die Zellen synthetisierte oder Abfallsubstanzen. So füllen sich Hormone, Enzyme oder Neurotransmitter frei.

Verweise

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