Jenis pengangkutan sel dan ciri-ciri mereka

The pengangkutan selular ia melibatkan lalu lintas dan anjakan molekul antara bahagian dalam dan luar sel. Pertukaran molekul di antara petak-petak ini adalah fenomena penting untuk fungsi organisme yang betul, dan mengantarkan beberapa peristiwa, seperti potensi membran, sebaliknya.

Membran biologi bukan sahaja bertanggungjawab untuk membatasi sel, tetapi juga memainkan peranan penting dalam lalu lintas bahan. Mereka mempunyai satu siri protein yang menyeberang struktur dan, sangat selektif, membenarkan atau tidak kemasukan molekul tertentu.

Pengangkutan selular diklasifikasikan kepada dua jenis utama, bergantung kepada sama ada sistem menggunakan tenaga langsung atau tidak.

Pengangkutan pasif tidak memerlukan tenaga, dan molekulnya dapat menyeberang membran dengan penyebaran pasif, melalui saluran berair atau melalui molekul yang diangkut. Arah pengangkutan aktif ditentukan secara eksklusif oleh kecerunan tumpuan antara kedua-dua belah membran.

Sebaliknya, jenis pengangkutan kedua memerlukan tenaga dan dikenali sebagai pengangkutan aktif. Terima kasih kepada tenaga yang disuntik ke dalam sistem, pam boleh memindahkan molekul terhadap kecerunan kepekatan mereka. Contoh yang paling ketara dalam kesusasteraan ialah pam natrium-kalium.

Indeks

• 1 pangkalan teori
  • 1.1 - Membran sel
  • 1.2 -Lipid dalam membran
  • 1.3 -Protein dalam membran
  • 1.4 - Pemilihan membran
  • 1.5 -Diffusion dan osmosis
  • 1.6 -Tonicity
  • 1.7 -Influence elektrik
• 2 pengangkutan pasif transmembran
  • 2.1 Siaran ringkas
  • 2.2 saluran berair
  • 2.3 Molekul pengangkutan
  • 2.4 Osmosis
  • 2.5 Ultrafiltration
  • 2.6 Penyebaran difasilitasi
• 3 Transmembran pengangkutan aktif
  • 3.1 Ciri-ciri pengangkutan aktif
  • 3.2 Selektiviti pengangkutan
  • 3.3 Contoh pengangkutan aktif: pam natrium-kalium
  • 3.4 Bagaimana pam berfungsi?
• 4 Pengangkutan massa
  • 4.1 -Edocytosis
  • 4.2 -Exocytosis
• 5 Rujukan

Pangkalan teoritis

-Membran sel

Untuk memahami bagaimana pengedaran bahan dan molekul berlaku di antara sel dan petak-petak yang bersebelahan, perlu menganalisis struktur dan komposisi membran biologi.

-Lipid dalam membran

Sel-sel dikelilingi oleh membran tipis dan kompleks sifat lipid. Komponen asas ialah fosfolipid.

Ini terdiri daripada kepala kutub dan ekor apen. Membran terdiri daripada dua lapisan fosfolipid - "lipid bilayers" - di mana ekor dikelompokkan di dalam dan kepala memberikan muka tambahan dan intraselular.

Molekul-molekul yang mempunyai kedua-dua kutub dan zon apolar dipanggil amphipatik. Harta ini adalah penting untuk organisasi spatial komponen lipid dalam membran.

Struktur ini dikongsi oleh membran yang mengelilingi ruang subselular. Ingat bahawa juga mitokondria, kloroplas, vesikel dan organel lain dikelilingi oleh membran.

Selain fosfogliserida atau fosfolipid, membran adalah kaya dengan sphingolipid, yang mempunyai kerangka yang terbentuk daripada molekul yang dipanggil sphingosin dan sterol. Dalam kumpulan terakhir ini kita dapati kolesterol, lipid yang memodulasi sifat-sifat membran, sebagai ketidakstabilannya.

-Protein dalam membran

Membran adalah struktur dinamik, yang mengandungi pelbagai protein di dalamnya. Protein membran bertindak sebagai sejenis "penjaga gerbang" atau "penjaga" molekul, yang menentukan dengan selektiviti yang besar yang memasuki dan yang meninggalkan sel.

Atas sebab ini, dikatakan bahawa membran adalah semipermeable, kerana beberapa sebatian berjaya memasuki dan yang lain tidak..

Tidak semua protein yang ada di dalam membran bertanggungjawab menguruskan trafik. Yang lain bertanggungjawab untuk menangkap isyarat luaran yang menghasilkan respons selular kepada rangsangan luar.

-Pemilihan membran

Bahagian lipid dalam membran adalah sangat hidrofobik, yang menjadikan membran sangat tidak dapat ditembusi oleh saluran molekul polar atau hidrofilik (istilah ini bermaksud "cinta dengan air").

Ini menunjukkan kesukaran tambahan untuk laluan molekul kutub. Walau bagaimanapun, transit molekul hidrosoluble diperlukan, jadi sel-sel mempunyai satu siri mekanisme pengangkutan yang membolehkan pemindahan bahan-bahan tersebut di antara sel dan persekitaran luarannya berkesan..

Dengan cara yang sama, molekul besar, seperti protein, mesti diangkut dan memerlukan sistem khusus.

-Penyebaran dan osmosis

Pergerakan zarah melalui membran sel berlaku berikutan prinsip fizikal berikut.

Prinsip-prinsip ini adalah difusi dan osmosis dan digunakan untuk pergerakan larut dan pelarut dalam larutan melalui membran semipermeable - seperti membran biologi yang terdapat dalam sel hidup..

Penyebaran adalah proses yang melibatkan pergerakan termal rawak partikel-partikel yang digantung dari kawasan-kawasan kepekatan tinggi ke arah kawasan kepekatan yang lebih rendah. Terdapat ungkapan matematik yang bertujuan untuk menggambarkan proses dan dipanggil persamaan penyebaran Fick, tetapi kita tidak akan masuk ke dalamnya.

Dengan konsep ini, kita boleh menentukan kebolehtelapan terma, yang merujuk kepada kadar di mana bahan menembusi membran secara pasif di bawah satu siri keadaan konkrit.

Sebaliknya, air juga bergerak memihak kepada kecerunan kepekatan mereka dalam osmosis fenomena dipanggil. Walaupun nampaknya tidak tepat untuk merujuk kepada kepekatan air, kita harus memahami bahawa cecair penting berkelakuan seperti bahan lain, dari segi penyebarannya.

-Tonik

Mengambil kira fenomena fizikal yang diterangkan, kepekatan yang ada di dalam sel dan di luar akan menentukan arah pengangkutan.

Oleh itu, tonik penyelesaian merupakan tindak balas sel yang direndam dalam larutan. Ada beberapa istilah yang digunakan untuk senario ini:

Isotonik

Sel, tisu, atau penyelesaian adalah isotonik yang berkaitan dengan yang lain jika kepekatannya sama dalam kedua-dua unsur. Dalam konteks fisiologi, sel yang direndam dalam persekitaran isotonik tidak akan mengalami apa-apa perubahan.

Hypotonic

Penyelesaian adalah hipotonik berkenaan dengan sel jika kepekatan larut lebih rendah di luar - iaitu, sel mempunyai lebih larut. Dalam kes ini, kecenderungan air memasuki sel.

Sekiranya kita meletakkan sel darah merah dalam air suling (yang bebas daripada larut), air akan masuk sehingga pecah. Fenomena ini dipanggil hemolisis.

Hypertonic

Penyelesaian adalah hipertonik berkenaan dengan sel jika kepekatan larut lebih tinggi di luar - iaitu, sel mempunyai lebih sedikit larutan.

Dalam kes ini, kecenderungan air adalah meninggalkan sel. Jika kita meletakkan sel darah merah dalam penyelesaian yang lebih pekat, air di globules cenderung keluar dan sel memperoleh penampilan berkedut.

Ketiga konsep ini mempunyai kaitan biologi. Sebagai contoh, telur-telur organisma laut mestilah isotonik sehubungan dengan air laut supaya tidak meletup dan tidak kehilangan air.

Begitu juga, parasit yang hidup di dalam darah mamalia harus mempunyai kepekatan larut yang sama dengan medium di mana ia berkembang..

-Pengaruh elektrik

Apabila kita bercakap tentang ion yang dikenakan zarah bergerak melalui membran itu diarahkan bukan sahaja oleh kecerunan kepekatan. Dalam sistem ini perlu mengambil kira banyak bahan larut.

Ion cenderung berpindah dari kawasan di mana kepekatannya tinggi (seperti yang diterangkan dalam bahagian osmosis dan penyebaran), dan juga jika ion itu negatif, ia akan maju ke arah kawasan di mana terdapat potensi negatif yang semakin meningkat. Ingat bahawa caj yang berbeza tertarik, dan caj yang sama ditolak.

Untuk meramal tingkah laku ion, kita mesti menambah kuasa gabungan kecerunan tumpuan dan kecerunan elektrik. Parameter baru ini dikenali sebagai kecerunan elektrokimia bersih.

Jenis pengangkutan selular dikelaskan bergantung kepada penggunaan - atau tidak - tenaga oleh sistem dalam pergerakan pasif dan aktif. Kami akan menerangkan setiap satu secara terperinci di bawah:

Pengangkutan pasif transmembran

Pergerakan pasif melalui membran melibatkan laluan molekul tanpa keperluan langsung untuk tenaga. Oleh kerana sistem ini tidak melibatkan tenaga, ia bergantung secara eksklusif pada gradien tumpuan (termasuk yang elektrik) yang ada melalui membran plasma.

Walaupun tenaga yang bertanggungjawab untuk pergerakan zarah disimpan dalam kecerunan sedemikian, adalah sesuai dan mudah untuk terus mempertimbangkan proses sebagai pasif.

Terdapat tiga laluan asas di mana molekul boleh pasif pasif dari satu sisi ke yang lain:

Penyebaran mudah

Cara paling mudah dan paling intuitif untuk mengangkut pelarut adalah melintasi membran berikutan kecerunan yang disebutkan di atas..

Molekul ini meresap melalui membran plasma, meninggalkan fasa berair disamping, larut dalam bahagian lipid, dan akhirnya memasuki bahagian akueus sel dalam sel. Perkara yang sama boleh berlaku dalam arah yang bertentangan, dari bahagian dalam sel ke luar.

Laluan yang berkesan melalui membran akan menentukan tahap tenaga haba yang dimiliki oleh sistem. Sekiranya ia cukup tinggi, molekul akan dapat menyeberang membran.

Terlihat lebih terperinci, molekul mesti memecahkan semua ikatan hidrogen yang terbentuk dalam fasa berair untuk dapat bergerak ke fasa lipid. Acara ini memerlukan 5 kkal tenaga kinetik bagi setiap pautan yang ada.

Faktor seterusnya untuk diambil kira ialah kelarutan molekul dalam zon lipid. Mobiliti dipengaruhi oleh pelbagai faktor, seperti berat molekul dan bentuk molekul.

Kinetik dari langkah penyebaran yang mudah mempamerkan kinetika bukan tepu. Ini bermakna peningkatan input berkadar dengan kepekatan larut yang akan diangkut di rantau ekstraselular.

Saluran berair

Alternatif kedua molekul lulus melalui laluan pasif adalah melalui saluran berair yang terletak di dalam membran. Saluran ini adalah sejenis liang yang membolehkan laluan molekul itu, mengelakkan sentuhan dengan kawasan hidrofobik.

Molekul yang dikenakan tertentu berjaya memasuki sel yang mengikuti kecerunan tumpuannya. Terima kasih kepada sistem saluran yang dipenuhi dengan air, membran sangat tidak dapat ditembusi oleh ion. Di dalam molekul ini terdapat sodium, kalium, kalsium dan klorin.

Molekul penghantar

Alternatif terakhir adalah gabungan dari larutan kepentingan dengan molekul pengangkutan yang menutupi sifat hidrofiliknya, sehingga ia mencapai laluan melalui bahagian lipid yang kaya dengan membran.

Pengangkut meningkatkan keterlarutan lipid molekul yang perlu diangkut dan nikmat laluannya memihak kepada kecerunan tumpuan atau kecerunan elektrokimia.

Protein pengangkut ini berfungsi dengan cara yang berbeza. Dalam kes yang paling mudah, larut dipindahkan dari satu sisi ke membran yang lain. Jenis ini dipanggil sokongan. Sebaliknya, jika pelarut yang lain diangkut serentak, atau digabungkan, pengangkut dipanggil treler.

Jika penghantar yang digabungkan bergerak dua molekul ke arah yang sama, ia adalah simporte dan jika ia melakukannya dalam arah yang bertentangan, penghantar adalah antiport.

Osmosis

Ia adalah jenis pengangkutan selular di mana pelarut melepasi selektif melalui membran semipermeable.

Air, sebagai contoh, cenderung untuk lulus bersebelahan dengan sel di mana kepekatannya lebih rendah. Pergerakan air di laluan itu menjana tekanan yang dipanggil tekanan osmotik.

Tekanan ini diperlukan untuk mengatur kepekatan bahan dalam sel, yang kemudian mempengaruhi bentuk sel.

Ultrafiltration

Dalam kes ini, pergerakan beberapa larutan dihasilkan oleh kesan tekanan hidrostatik, dari kawasan tekanan tertinggi hingga tekanan terendah. Dalam tubuh manusia, proses ini berlaku di buah pinggang berkat tekanan darah yang dihasilkan oleh jantung.

Dengan cara ini, air, urea, dan lain-lain, melepasi sel ke dalam air kencing; dan hormon, vitamin, dan lain-lain, tinggal di dalam darah. Mekanisme ini juga dikenali sebagai dialisis.

Penyebaran difasilitasi

Terdapat bahan dengan molekul yang sangat besar (seperti glukosa dan monosakarida lain), yang memerlukan protein pembawa untuk menyebarkan. Penyebaran ini lebih cepat daripada penyebaran mudah dan bergantung kepada:

• Kecerunan kepekatan bahan tersebut.
• Jumlah protein transporter yang terdapat dalam sel.
• Kelajuan protein hadir.

Salah satu daripada protein transporter ini adalah insulin, yang memudahkan penyebaran glukosa, mengurangkan kepekatannya dalam darah.

Pengangkutan aktif transmembran

Setakat ini kami telah membincangkan laluan molekul yang berbeza melalui saluran tanpa kos tenaga. Dalam peristiwa-peristiwa ini, satu-satunya kos adalah untuk menjana tenaga berpotensi dalam bentuk kepekatan perbezaan di kedua-dua belah membran.

Dengan cara ini, arah pengangkutan ditentukan oleh kecerunan yang ada. Larutan mulai diangkut berikutan prinsip penyebaran yang disebutkan tadi, sampai mencapai titik di mana penyebaran bersih berakhir - pada titik ini keseimbangan telah dicapai. Dalam hal ion, pergerakan juga dipengaruhi oleh beban.

Walau bagaimanapun, dalam satu-satunya kes di mana pengedaran ion di kedua-dua belah membran adalah dalam keseimbangan sebenar apabila sel mati. Semua sel hidup melaburkan sejumlah besar tenaga kimia untuk mengekalkan konsentrasi larut dari keseimbangan.

Tenaga yang digunakan untuk mengekalkan proses-proses ini adalah secara aktif, secara umumnya, molekul ATP. Adenosine trifosfat, disingkat sebagai ATP, adalah molekul tenaga asas dalam proses selular.

Ciri-ciri pengangkutan aktif

Pengangkutan aktif boleh bertindak melawan kecerunan tumpuan, tidak kira betapa ditandakannya - harta ini akan jelas dengan penjelasan pam natrium - potassium (lihat di bawah).

Mekanisme pengangkutan aktif boleh bergerak lebih dari satu kelas molekul pada satu masa. Untuk pengangkutan yang aktif klasifikasi yang sama disebutkan digunakan untuk pengangkutan beberapa molekul secara serentak dalam pengangkutan pasif: simporte dan antiporte.

Pengangkutan yang dijalankan oleh pam ini boleh dihalang oleh penggunaan molekul yang secara khusus menyekat tapak-tapak penting dalam protein.

Kinetik pengangkutan adalah jenis Michaelis-Menten. Kedua-dua tingkah laku - yang dihalang oleh beberapa molekul dan kinetik - adalah ciri khas tindak balas enzim.

Akhirnya, sistem ini mesti mempunyai enzim tertentu yang dapat menghidrolisis molekul ATP, seperti ATPases. Ini adalah mekanisme yang mana sistem memperoleh tenaga yang mencirikannya.

Selektif pengangkutan

Pam yang terlibat sangat selektif dalam molekul yang akan diangkut. Sebagai contoh, jika pam adalah pembawa ion natrium, ia tidak akan mengambil ion litium, walaupun ion kedua-duanya sangat serupa dengan saiz.

Adalah dianggap bahawa protein boleh membezakan antara dua ciri diagnostik: kemudahan dehidrasi molekul dan interaksi dengan caj di dalam liang pengangkut.

Adalah diketahui bahawa ion-ion besar berjaya dehidrasi dengan mudah, jika dibandingkan dengan ion kecil. Oleh itu, liang dengan pusat kutub yang lemah akan menggunakan ion besar, sebaiknya.

Sebaliknya, dalam saluran dengan pusat yang kuat, interaksi dengan ion dehidrasi mendominasi.

Contoh pengangkutan aktif: pam natrium-kalium

Untuk menjelaskan mekanisme pengangkutan aktif, sebaiknya dilakukan dengan model yang dipelajari: natrium - potassium pump.

Ciri-ciri sel yang menarik adalah keupayaan untuk mengekalkan kecerunan ion ion natrium (Na⁺) dan kalium (K⁺).

Dalam persekitaran fisiologi, kepekatan kalium di dalam sel adalah 10 hingga 20 kali lebih tinggi daripada di luar sel-sel. Sebaliknya, ion natrium didapati jauh lebih tertumpu di persekitaran ekstraselular.

Dengan prinsip-prinsip yang mengawal pergerakan ion secara pasif, tidak mustahil untuk mengekalkan kepekatan ini, oleh itu sel-sel memerlukan sistem pengangkutan aktif dan ini adalah natrium - potassium pump.

Pam itu dibentuk oleh kompleks protein jenis ATPase yang berlabuh ke membran plasma semua sel-sel haiwan. Ini mempunyai tapak yang mengikat untuk kedua-dua ion dan bertanggungjawab untuk pengangkutan dengan suntikan tenaga.

Bagaimana pam berfungsi?

Dalam sistem ini, terdapat dua faktor yang menentukan pergerakan ion antara sel-sel dan ekstraselular. Yang pertama adalah kelajuan di mana pam natrium-kalium bertindak, dan faktor kedua adalah kelajuan di mana ion boleh memasuki sel lagi (dalam kes natrium), melalui peristiwa penyebaran pasif.

Dengan cara ini, kelajuan di mana ion memasuki sel menentukan kelajuan di mana pam perlu bekerja untuk mengekalkan kepekatan ion yang sesuai..

Pengoperasian pam bergantung kepada satu siri perubahan konformasi dalam protein yang bertanggungjawab untuk mengangkut ion. Setiap molekul ATP secara langsung dihidrolisis, dalam proses tiga ion natrium meninggalkan sel dan pada masa yang sama memasuki dua ion kalium ke dalam persekitaran sel.

Pengangkutan massa

Ia adalah satu lagi jenis pengangkutan aktif yang membantu dalam pergerakan makromolekul, seperti polisakarida dan protein. Ia boleh berlaku melalui:

-Endositosis

Terdapat tiga proses endositosis: fagositosis, pinocytosis dan endocytosis-mediated-mediated:

Phagocytosis

Phagocytosis ialah jenis pengangkutan di mana zarah pepejal diliputi oleh vesicle atau phagosome yang ditimbulkan oleh pseudopod yang menyatu. Zarah padat yang kekal di dalam vesicle dicerna oleh enzim dan dengan itu mencapai bahagian dalam sel.

Dengan cara ini sel darah putih berfungsi di dalam badan; bakteria fagositik dan badan-badan asing sebagai mekanisme pertahanan.

Pinositosis

Pinositosis berlaku apabila bahan yang diangkut adalah titisan atau vesikel cecair ekstraselular, dan membran menghasilkan vesikel pinocytic di mana kandungan vesicle atau drop diproses untuk kembali ke permukaan sel..

Endositosis melalui reseptor

Ia adalah proses yang sama dengan pinositosis, tetapi dalam kes ini, pembelahan membran berlaku apabila molekul (ligan) tertentu mengikat kepada reseptor membran.

Beberapa vesikel endokrit bergabung dan membentuk struktur yang lebih besar yang disebut endosome, di mana ligan dipisahkan dari reseptor. Kemudian, reseptor kembali ke membran dan ligan mengikat liposom di mana ia dicerna oleh enzim.

-Exocytosis

Ia adalah sejenis pengangkutan selular di mana bahan itu mesti diambil di luar sel. Semasa proses ini, membran vesicle rahsia menyertai sel membran dan membebaskan kandungan vesicle.

Dengan cara ini sel-sel menghilangkan bahan-bahan yang disintesis atau pembaziran. Ini juga bagaimana mereka membebaskan hormon, enzim atau neurotransmitter.

Rujukan

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B. E. (2003). Biologi: Kehidupan di Bumi. Pendidikan Pearson.
2. Donnersberger, A. B., & Lesak, A. E. (2002). Buku makmal anatomi dan fisiologi. Paidotribo Editorial.
3. Larradagoitia, L. V. (2012). Anatomofisiologi dan patologi asas. Editorial Paraninfo.
4. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., Perancis, K., & Eckert, R. (2002). Fisiologi haiwan Eckert. Macmillan.
5. Vived, À. M. (2005). Asas fisiologi aktiviti fizikal dan sukan. Ed. Panamericana Medical.