Celtransporttypen en -kenmerken

Hij celtransport Het impliceert het verkeer en de verplaatsing van moleculen tussen het binnenste en de buitenkant van de cellen. De uitwisseling van moleculen tussen deze compartimenten is een essentieel fenomeen voor de juiste werking van het organisme, en een reeks gebeurtenissen, zoals het membraanpotentieel, om sommige te noemen.

Biologische membranen zijn niet alleen verantwoordelijk voor het afbakenen van de cel, ze spelen ook een onmisbare rol in het middelenverkeer. Ze hebben een reeks eiwitten die de structuur doorkruisen en, zeer selectief, de invoer van bepaalde moleculen mogelijk maken.

Celtransport is ingedeeld in twee hoofdtypen, afhankelijk van of het systeem al dan niet rechtstreeks energie gebruikt.

Passief transport vereist geen energie en moleculen slagen erin het membraan over te steken door passieve diffusie, door middel van waterige kanalen of door middel van getransporteerde moleculen. De richting van actief transport wordt uitsluitend bepaald door de concentratiegradiënten tussen beide zijden van het membraan.

Het tweede type transport daarentegen vereist energie en wordt actief transport genoemd. Dankzij de energie die in het systeem is geïnjecteerd, kunnen de pompen de moleculen verplaatsen tegen hun concentratiegradiënten. Het meest opvallende voorbeeld in de literatuur is de natriumbom - kaliumbom.

Theoretische bases

-Celmembranen

Om te begrijpen hoe het verkeer van stoffen en moleculen tussen de cel en aangrenzende compartimenten plaatsvindt, is het noodzakelijk om de structuur en samenstelling van biologische membranen te analyseren.

-Lipiden in de membranen

Door Jpablo CAD [CC door 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/door/3.0)], van Wikimedia Commons

De cellen zijn omgeven door een fijn en complex membraan van lipide aard. De basiscomponent is fosfolipiden.

Deze bestaan ​​uit een polaire hoofd en apolaire staarten. De membranen zijn samengesteld uit twee lagen fosfolipiden - "lipide bicapas" - waarin de staarten binnen zijn gegroepeerd en de hoofden geven aan de extra en intracellulaire gezichten.

De moleculen met zowel polaire als apolaire gebieden worden amfipatisch genoemd. Deze eigenschap is cruciaal voor de ruimtelijke organisatie van lipidencomponenten in de membranen.

Deze structuur wordt gedeeld door de membranen rondom subcellulaire compartimenten. Bedenk dat ook mitochondria, chloroplasten, blaasjes en andere organellen omgeven zijn door membraan.

Naast fosfoglyceriden of fosfolipiden zijn de membranen rijk aan sfingolipiden, die skeletten hebben gevormd voor een molecuul genaamd sphinxine en sterolen. In deze laatste groep vinden we cholesterol, een lipide dat de eigenschappen van het membraan moduleert, zoals de vloeibaarheid ervan.

-Eiwitten in membranen

Figuur 1. Schema van het vloeibare mozaïekmodel. Bron: door Ladyofhats Mariana Ruiz, vertaling Pilar Saenz [Public Domain], via Wikimedia Commons

Het membraan is een dynamische structuur, die meerdere eiwitten erin bevat. Membraaneiwitten fungeren als een soort "keepers" of moleculaire "bewakers", die met grote selectiviteit definiëren die binnenkomt en wie de cel verlaat.

Om deze reden wordt gezegd dat de membranen semipermeable zijn, omdat sommige verbindingen erin slagen om binnen te komen en anderen dat niet doen.

Niet alle eiwitten die zich in het membraan bevinden, zijn verantwoordelijk voor het bemiddelen van verkeer. Anderen zijn verantwoordelijk voor het vastleggen van externe signalen die een cellulaire reactie op externe stimuli produceren.

-Membraanselectiviteit

Het lipide -interieur van het membraan is zeer hydrofoob, waardoor het membraan een zeer waterdichte entiteit maakt tot de doorgang van polaire of hydrofiele moleculen (deze term betekent "verliefd op water").

Dit impliceert een extra moeilijkheid aan de doorgang van polaire moleculen. Het verkeer van hydrosoluable moleculen is echter noodzakelijk, dus de cellen hebben een reeks transportmechanismen die de effectieve verplaatsing van deze stoffen tussen de cel en hun externe omgeving mogelijk maken.

Evenzo moeten grote moleculen, zoals eiwitten, worden getransporteerd en vereisen gespecialiseerde systemen.

-Diffusie en osmose

De deeltjesbeweging door celmembranen vindt plaats na de volgende fysieke principes.

Deze principes zijn diffusie en osmose en zijn van toepassing op de beweging van opgeloste stoffen en oplosmiddelen in een oplossing door een semipermeable membraan - zoals de biologische membranen die in levende cellen worden gevonden.

Diffusie is het proces dat de willekeurige thermische beweging impliceert van deeltjes die zijn gesuspendeerd uit gebieden met hoge concentraties naar lagere concentratiegebieden. Er is een wiskundige uitdrukking die het proces wil beschrijven en wordt Fick Diffusion -vergelijking genoemd, maar we zullen er niet in duiken.

Met dit concept in gedachten kunnen we de term permeabiliteit definiëren, die verwijst naar de snelheid waarmee een stof erin slaagt het membraan passief door te dringen onder een reeks betonomstandigheden.

Aan de andere kant beweegt water ook voor zijn concentratiegradiënt in een fenomeen genaamd osmose. Hoewel het niet nodig lijkt om te verwijzen naar de waterconcentratie, moeten we begrijpen dat de vitale vloeistof zich gedraagt ​​als elke andere stof, in termen van de diffusie.

Kan u van dienst zijn: insulinereceptoren: kenmerken, structuur, functies

-Toniciteit

Rekening houdend met de beschreven fysische fenomenen, zullen de concentraties die zowel in de cel als in het buitenland bestaan ​​de transportrichting bepalen.

De toniciteit van een oplossing is dus de reactie van de ondergedompelde cellen in een oplossing. Er is wat terminologie toegepast op dit scenario:

Isotoon

Een cel, weefsel of oplossing is isotoon ten opzichte van een andere als de concentratie in beide elementen gelijk is. In een fysiologische context zal een cel ondergedompeld in een isotone omgeving geen verandering ondervinden.

Hypotonisch

Een oplossing is hypotonisch ten opzichte van de cel als de concentratie opgeloste opgeloste stof in het buitenland is - dat wil zeggen, de cel heeft meer opgeloste stoffen. In dit geval is de watertrend om de cel binnen te gaan.

Als we rode bloedcellen in gedestilleerd water stoppen (dat vrij is van opgeloste stoffen), zou het water binnenkomen totdat ze ze barsten. Dit fenomeen wordt hemolyse genoemd.

Hypertonisch

Een oplossing is hypertonisch ten opzichte van de cel als de concentratie opgeloste opgeloste stoffen hoger in het buitenland is - dat wil zeggen, de cel heeft minder opgeloste opgelosteheden.

In dit geval is de watertrend om uit de cel te komen. Als we rode bloedcellen in een meer geconcentreerde oplossing plaatsen, komt het water van de bloedcellen vaak naar buiten en krijgt de cel een gerimpeld uiterlijk.

Deze drie concepten hebben biologische relevantie. De eieren van een marien organisme moeten bijvoorbeeld isotoon zijn met betrekking tot zeewater om niet te barsten en niet water te verliezen.

Evenzo moeten parasieten die in zoogdierbloed leven een concentratie van opgeloste stoffen hebben die vergelijkbaar is met de omgeving waarin ze zich ontwikkelen.

-Elektrische invloed

Wanneer we het hebben over ionen, die geladen deeltjes zijn, wordt de beweging door de membranen niet exclusief gericht door concentratiegradiënten. In dit systeem moet u rekening houden.

Het ion heeft de neiging zich weg te gaan van de gebieden waar de concentratie hoog is (zoals beschreven in de sectie Osmose en diffusie), en ook als het ion negatief is, zal doorgaan naar de gebieden waar een groeiend negatief potentieel is. Vergeet niet dat verschillende belastingen aantrekken en gelijke belastingen afstoten.

Om het gedrag van het ion te voorspellen, moeten we de gecombineerde krachten van de concentratiegradiënt en de elektrische gradiënt toevoegen. Deze nieuwe parameter wordt netto elektrochemische gradiënt genoemd.

De soorten celtransport worden geclassificeerd, afhankelijk van het gebruik - of niet - van energie door het systeem in passieve en actieve bewegingen. Vervolgens zullen we elk in detail beschrijven:

Transmembraan passief transport

Passieve bewegingen door membranen omvatten de doorgang van moleculen zonder de directe behoefte aan energie. Aangezien deze systemen geen energie inhouden, hangt het uitsluitend af van concentratiegradiënten (inclusief elektrisch) die bestaan ​​via het plasmamembraan.

Hoewel de energie die verantwoordelijk is voor de beweging van de deeltjes in dergelijke gradiënten wordt opgeslagen, is het passend en handig om het proces als verplichtingen te blijven beschouwen.

Er zijn drie elementaire paden waardoor moleculen passief van één kant kunnen reizen:

Eenvoudige verspreiding

De eenvoudigste en meest intuïtieve manier om een ​​opgeloste stof te transporteren, is door het membraan over te steken volgens de hierboven genoemde gradiënten.

Het molecuul verspreidt zich door het plasmamembraan en laat de waterige fase opzij, lost op in het lipidengedeelte en komt uiteindelijk het waterige deel van het cellulaire binnenkant binnen. Hetzelfde kan in de tegenovergestelde richting gebeuren, vanuit de cel eruit.

De efficiënte stap door het membraan zal het niveau van thermische energie bepalen dat het systeem bezit. Als het hoog genoeg is, kan het molecuul het membraan oversteken.

In meer detail gezien moet het molecuul alle waterstofbruggen die in de waterige fase worden gevormd, breken om naar de lipidefase te kunnen gaan. Dit evenement vereist 5 kcal kinetische energie voor elke huidige link.

De volgende factor om rekening mee te houden is de oplosbaarheid van het molecuul in de lipidezone. Mobiliteit wordt beïnvloed door verschillende factoren, zoals molecuulgewicht en molecuulvorm.

De kinetiek van eenvoudige diffusiepassage vertoont een niet -verzingskinetiek. Dit betekent dat de ingang toeneemt in verhouding tot de concentratie van de opgeloste stof die in het extracellulaire gebied moet worden getransporteerd.

Waterige kanalen

Het tweede alternatief van de passage van de moleculen. Deze kanalen zijn een soort poriën waarmee het molecuul kan passeren, waardoor contact met het hydrofobe gebied wordt vermeden.

Bepaalde geladen moleculen slagen erin om de cel binnen te gaan na hun concentratiegradiënt. Dankzij dit systeem van kanalen vol water zijn de membranen zeer ongevoelig voor ionen. Binnen deze moleculen vallen het natrium, kalium, calcium en chloor op.

Kan u van dienst zijn: leukoplasten

Transportmolecuul

Het laatste alternatief is de combinatie van de opgeloste belang met een transportmolecuul dat zijn hydrofiele aard maskeert, om de doorgang door het rijke gedeelte in membraanlipiden te bereiken.

De transporter verhoogt de lipidenoplosbaarheid van het molecuul die vereist wordt getransporteerd en zijn doorgang begunstigt ten gunste van de concentratiegradiënt of de elektrochemische gradiënt.

Deze transporterende eiwitten werken op verschillende manieren. In het eenvoudigste geval wordt een opgeloste stof overgedragen van de ene kant van het membraan naar de andere. Deze man heet Uniporte. Integendeel, als een andere opgeloste stof gelijktijdig of gekoppeld wordt getransporteerd, wordt de transportband gekoppeld.

Als de gekoppelde transportbeurt de twee moleculen in dezelfde richting mobiliseert, is een synthort en als deze in tegengestelde richtingen gebeurt, is de transportband antiporte.

Osmose

Osmose2-fr.PNG: Psychotikderivative Work: Ortisa [CC-Be-SA-3.0 (http: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0/) of gfdl (http: // www.GNU.Org/copyleft/fdl.html)], via Wikimedia Commons

Het is het type celtransport waarin een oplosmiddel selectief door het semipermeabele membraan passeert.

Water, bijvoorbeeld, heeft de neiging om naast de cel te bewegen waarin de concentratie lager is. De beweging van water in dat pad genereert een druk genaamd osmotische druk.

Deze druk is noodzakelijk om de concentratie van celstoffen te reguleren, die later de vorm van de cel beïnvloedt.

Ultrafiltratie

In dit geval wordt de beweging van sommige opgeloste stoffen geproduceerd door het effect van een hydrostatische druk, van het gebied met grotere druk tot de laagste druk. In het menselijk lichaam vindt dit proces plaats in de nieren dankzij de bloeddruk die door het hart is gegenereerd.

Op deze manier het water, het ureum, enz., passeert van cellen naar urine; en hormonen, vitamines, enz., Ze blijven in het bloed. Dit mechanisme staat ook bekend als dialysenaam.

Gefaciliteerde diffusie

Gefaciliteerde diffusie

Er zijn stoffen met zeer grote moleculen (zoals glucose en andere monosachariden), die een transportproteïne nodig hebben om te verspreiden. Deze diffusie is sneller dan eenvoudige diffusie en hangt af van:

• De middelenconcentratiegradiënt.
• De hoeveelheid transportproteïnen die aanwezig zijn in de cel.
• De snelheid van de aanwezige eiwitten.

Een van deze transportproteïnen is insuline, die de diffusie van glucose vergemakkelijkt, waardoor de concentratie in het bloed wordt verminderd.

Transmembraan actief transport

Tot nu toe hebben we de passage van verschillende moleculen via kanalen besproken zonder energiekosten. In deze gebeurtenissen zijn de enige kosten om potentiële energie te genereren in de vorm van differentiële concentraties aan beide zijden van het membraan.

Op deze manier wordt het transportadres bepaald door de bestaande gradiënt. De opgeloste stoffen beginnen te transporteren na de bovengenoemde diffusieprincipes, totdat ze een punt bereiken waar de netto diffusie eindigt - op dit punt is een evenwicht bereikt. In het geval van ionen wordt de beweging ook beïnvloed door de belasting.

In het enige geval waarin de verdeling van ionen aan beide zijden van het membraan zich in een reële balans bevindt, is het echter wanneer de cel dood is. Alle levende cellen investeren een grote hoeveelheid chemische energie om de concentraties van de opgeloste stoffen weg te houden van het evenwicht.

De energie die wordt gebruikt om deze processen actief te houden, is de ATP -molecuul. Adenosine -tryposfaat, afgekort als ATP, is een fundamenteel energiemolecuul in cellulaire processen.

Actieve transportkenmerken

Actief transport kan werken tegen concentratiegradiënten, ongeacht hoe duidelijk deze zijn - deze eigenschap zal duidelijk zijn met de uitleg van de natriumpomp (zie later).

Actieve transportmechanismen kunnen meer dan één soort molecuul tegelijkertijd verplaatsen. Voor actief transport wordt dezelfde classificatie genoemd voor het transport van verschillende moleculen tegelijkertijd in passief transport gebruikt: Simport en Antiporte.

Het transport dat door deze pompen is gemaakt, kan worden geremd door moleculen toe te passen die specifiek cruciale plaatsen in eiwitten blokkeren.

De transportkinetiek is van het type Michaelis -Mente. Beide gedrag - geremd door sommige molecuul en kinetiek - zijn typische kenmerken van enzymatische reacties.

Ten slotte moet het systeem specifieke enzymen hebben die het ATP -molecuul kunnen hydrolyseren, zoals ATPASA's. Dit is het mechanisme waardoor het systeem de energie verkrijgt die het kenmerkt.

Transport selectiviteit

De betrokken pompen zijn uiterst selectief in de moleculen die worden getransporteerd. Als de pomp bijvoorbeeld natriumiontransporteur is, neem dan geen lithiumionen, hoewel beide ionen erg in grootte zijn.

Kan u van dienst zijn: Prokcel

Er wordt aangenomen dat eiwitten het beheren.

Het is bekend dat grote ionen erin slagen om gemakkelijk uit te drogen, als we ze vergelijken met een klein ion. Aldus zal een porie met zwakke poolcentra grote ionen gebruiken, bij voorkeur.

In tegenstelling tot kanalen met zwaar geladen centra, overheerst interactie met gedehydrateerd ion.

Actief transportvoorbeeld: de natrium - kaliumpomp

Om actieve transportmechanismen te verklaren, is het het beste om het te doen met het best bestudeerde model: de natriumpomp - kaliumpomp.

Een opvallend kenmerk van cellen is het vermogen om uitgesproken gradiënten van natriumionen te handhaven (NA⁺) en kalium (k⁺)).

In de fysiologische omgeving is de concentratie van kalium in de cellen 10 tot 20 keer hoger dan buiten de cellen. Natriumionen zijn daarentegen veel meer geconcentreerd in de extracellulaire omgeving.

Met de principes die de beweging van ionen passief bepalen, zou het onmogelijk zijn.

De pomp wordt gevormd door een eiwitcomplex van het ATPASA -type verankerd aan het plasmamembraan van alle diercellen. Dit heeft vakbondslocaties voor beide ionen en is verantwoordelijk voor het transport van energie -injectie.

Hoe werkt de pomp?

In dit systeem zijn er twee factoren die de beweging van de ionen tussen de cellulaire en extracellulaire compartimenten bepalen. De eerste is de snelheid waarmee de natrium - kaliumpomp werkt, en de tweede factor is de snelheid waarmee het ion opnieuw de cel kan binnenkomen (in het geval van natrium), door passieve diffusie -gebeurtenissen.

Op deze manier is de snelheid waarmee de ionen de celomstandigheden binnenkomen, de snelheid waarmee de pomp moet werken om een ​​geschikte ionenconcentratie te behouden.

De werking van de pomp is afhankelijk van een reeks conformationele veranderingen in het eiwit dat verantwoordelijk is voor het transport van de ionen. Elk ATP -molecuul wordt direct gehydrolyseerd, in het proces verlaten drie natriumionen de cel en tegelijkertijd komen twee kaliumionen in de cellulaire omgeving.

Massatransport

Het is een ander type actief transport dat helpt bij de beweging van macromoleculen, zoals polysachariden en eiwitten. Kan worden gegeven door:

-Endocytose

Er zijn drie endocytose -processen: fagocytose, pinocyten en endocytose gemedieerd door koppeling:

Fagocytose

Fagocytose Het type transport waarbij een vast deeltje wordt bedekt door een galblaas of fagosoom gevormd door gefuseerde pseudopoden. Dat vaste deeltje dat in de galblaas blijft, wordt verteerd door enzymen en bereikt dus het interieur van de cel.

Op deze manier werken witte bloedcellen in het lichaam; Fagocytenbacteriën en vreemde lichamen als afweermechanisme.

Pinocytose

Protozoa voeding. Pinocytose. Afbeelding van: Jacek FH (afgeleid van Mariana Ruiz Villarreal). Genomen en bewerkt van https: // commons.Wikimedia.org/wiki/bestand: pinocytosis.SVG.

Pinocytose treedt op wanneer de te transporterende stof een druppel of blaasje van extracellulair vloeistof is, en het membraan creëert een pinocytische galblaas waarin het gehalte van de galblaas of druppel wordt verwerkt om terug te keren naar het oppervlak van de cel.

Endocytose via een ontvanger

Het is een proces vergelijkbaar met pinocytose, maar in dit geval treedt de invaginatie van het membraan op wanneer een bepaald molecuul (koppeling) bindt aan de membraanreceptor.

Verschillende endocytische blaasjes binden en vormen een grotere structuur die endosoom wordt genoemd, waar het receptorligand is gescheiden. Vervolgens keert de ontvanger terug naar het membraan en bindt het ligand aan een liposoom waarin het wordt verteerd door enzymen.

-Exocytose

Het is een type celtransport waarin de stof buiten de cel moet worden genomen. Tijdens dit proces sluit het secretoire galblaasmembraan zich aan bij het celmembraan en laat het gehalte van de galblaas vrij.

Op deze manier elimineren de cellen gesynthetiseerde of afvalstoffen. Dit is ook hoe hormonen, enzymen of neurotransmitters vrijgeven.

Referenties

1. Audesirk, T., AudeseK, g., & Byers, B. EN. (2003). Biologie: leven op aarde. Pearson Education.
2. Donnersberger, een. B., & Lesak, een. EN. (2002). Anatomie en fysiologie laboratoriumboek. Redactionele betaaldeotribo.
3. Larradagoitia, l. V. (2012). Basicanatomophysiologie en pathologie. Paraninfo redactioneel.
4. Randall, D., Burggren, w. W., Burggren, w., Frans, K., & Eckert, r. (2002). Eckert Animal Physiology. Macmillan.
5. Leefde, à. M. (2005). Fundamentals of Physiology of Physical Activity and Sports. ED. Pan -American Medical.