Hva er passiv transport? Transmembranbevegelse av forskjellige makromolekylære forbindelser, cellulære komponenter, supramolekylære partikler som ikke er i stand til å trenge gjennom kanalene i membranen, utføres gjennom spesielle mekanismer, for eksempel ved bruk av fagocytose, pinocytose, eksocytose, overføring gjennom det intercellulære rommet. Det vil si at bevegelsen av stoffer gjennom membranen kan skje ved hjelp av forskjellige mekanismer, som er delt inn i henhold til tegnene på deltakelse av spesifikke bærere i dem, samt energiforbruk. Forskere deler transport av stoffer inn i aktiv og passiv.
Hovedtransportmåter
Passiv transport er overføring av et stoff gjennom en biologisk membran langs en gradient (osmotisk, konsentrasjon, hydrodynamisk og annet), som ikke krever energiforbruk.
Aktiv transport er overføring av et stoff over en biologisk membran mot en gradient. Hvorienergi forbrukes. Omtrent 30 - 40% av energien som dannes som et resultat av metabolske reaksjoner i menneskekroppen, brukes på implementering av aktiv transport av stoffer. Hvis vi tar i betraktning funksjonen til menneskelige nyrer, brukes ca. 70 - 80 % av det forbrukte oksygenet til aktiv transport.
Passiv transport av stoffer
det innebærer overføring av ulike stoffer gjennom biologiske membraner langs en rekke gradienter. Disse gradientene kan være:
- elektrokjemisk potensialgradient;
- stoffkonsentrasjonsgradient;
- elektrisk feltgradient;
- osmotisk trykkgradient og andre.
Prosessen med å implementere passiv transport krever ikke noe energiforbruk. Det kan skje ved tilrettelagt og enkel diffusjon. Som vi vet er diffusjon en kaotisk bevegelse av molekyler av et stoff i en rekke medier, som skyldes energien fra termiske vibrasjoner av et stoff.
Hvis en partikkel av et stoff er elektrisk nøytral, så bestemmes retningen som diffusjonen vil skje av forskjellen i konsentrasjonen av stoffer i mediene som er separert av membranen. For eksempel mellom rom i cellen, inne i cellen og utenfor den. Hvis partiklene til et stoff, dets ioner har en elektrisk ladning, vil diffusjon ikke bare avhenge av konsentrasjonsforskjellen, men også av størrelsen på ladningen til det gitte stoffet, tilstedeværelsen og tegn på ladning på begge sider av membranen. Størrelsen på den elektrokjemiske gradientenbestemmes av den algebraiske summen av de elektriske gradientene og konsentrasjonsgradientene over membranen.
Hva gir transport over membranen?
Passiv membrantransport er mulig på grunn av tilstedeværelsen av stoffkonsentrasjonsgradienter, osmotisk trykk som oppstår mellom forskjellige sider av cellemembranen eller elektrisk ladning. For eksempel er det gjennomsnittlige nivået av Na+ -ioner i blodplasmaet omtrent 140 mM/l, og innholdet i erytrocytter er omtrent 12 ganger høyere. En slik gradient, uttrykt som en forskjell i konsentrasjon, er i stand til å skape en drivkraft som sikrer overføring av natriummolekyler til røde blodceller fra blodplasma.
Det skal bemerkes at hastigheten på en slik overgang er svært lav på grunn av det faktum at cellemembranen er preget av lav permeabilitet for ionene til dette stoffet. Denne membranen har mye større permeabilitet i forhold til kaliumioner. Energien til cellulær metabolisme brukes ikke til å fullføre prosessen med enkel diffusjon.
Diffusjonshastighet
Aktiv og passiv transport av stoffer gjennom membranen er preget av diffusjonshastigheten. Det kan beskrives ved hjelp av Fick-ligningen: dm/dt=-kSΔC/x.
I dette tilfellet er dm/dt mengden av stoffet som diffunderer i en tidsenhet, og k er koeffisienten til diffusjonsprosessen, som karakteriserer permeabiliteten til biomembranen for det diffuserende stoffet. S er lik arealet som diffusjon skjer over, og ΔC uttrykker forskjellenkonsentrasjon av stoffer fra ulike sider av den biologiske membranen, mens x karakteriserer avstanden mellom diffusjonspunktene.
Det er klart at de stoffene som diffunderer samtidig langs gradientene av konsentrasjoner og elektriske felt, vil lettest bevege seg gjennom membranen. En viktig betingelse for diffusjon av et stoff gjennom en membran er de fysiske egenskapene til selve membranen, dens permeabilitet for hvert spesifikt stoff.
På grunn av det faktum at dobbeltlaget av membranen er dannet av hydrokarbonradikaler av fosfolipider med hydrofobe egenskaper, diffunderer stoffer av hydrofob natur lett gjennom den. Spesielt gjelder dette stoffer som løser seg lett opp i lipider, som thyreoidea- og steroidhormoner, samt enkelte narkotiske stoffer.
Mineralioner og lavmolekylære stoffer som er hydrofile i naturen, diffunderer gjennom passive membranionekanaler, som dannes fra kanaldannende proteinmolekyler, og noen ganger gjennom membranpakkingsdefekter av fosfolipidmolekyler som oppstår i cellemembranen som et resultat av termiske svingninger.
Passiv transport over membranen er en veldig interessant prosess. Hvis forholdene er normale, kan betydelige mengder av et stoff trenge gjennom tolagsmembranen bare hvis de er ikke-polare og har liten størrelse. Ellers skjer overføringen gjennom bærerproteiner. Lignende prosesser som involvererbærerprotein kalles ikke diffusjon, men transport av et stoff gjennom membranen.
Fasilitert diffusjon
Tilrettelagt diffusjon, som enkel diffusjon, skjer langs konsentrasjonsgradienten til et stoff. Hovedforskjellen er at et spesielt proteinmolekyl, k alt en bærer, deltar i prosessen med stoffoverføring.
Tilrettelagt diffusjon er en type passiv overføring av molekyler av et stoff gjennom biomembraner, utført langs en konsentrasjonsgradient ved bruk av en bærer.
Transfer protein states
Bærerproteinet kan være i to konformasjonstilstander. For eksempel, i tilstand A, kan dette proteinet ha en affinitet for stoffet det bærer, dets bindingssteder for stoffet er vendt innover, på grunn av dette dannes det en pore som er åpen til den ene siden av membranen.
Etter at proteinet har bundet seg til det overførte stoffet, endres dets konformasjon og det går over i tilstand B. Med denne transformasjonen mister bæreren sin affinitet for stoffet. Fra forbindelsen med bæreren frigjøres den og beveger seg til poren allerede på den andre siden av membranen. Etter at stoffet er overført, endrer bærerproteinet sin konformasjon igjen, og går tilbake til tilstand A. Denne transporten av stoffet over membranen kalles en uniport.
Fasilitert diffusjonshastighet
Små molekylvektige stoffer som glukose kan transporteres gjennommembran gjennom tilrettelagt diffusjon. Slik transport kan skje fra blodet til hjernen, til celler fra de interstitielle rommene. Overføringshastigheten av stoff med denne typen diffusjon kan nå opptil 108 partikler gjennom kanalen på ett sekund.
Som vi allerede vet, er hastigheten for aktiv og passiv transport av stoffer i enkel diffusjon proporsjonal med forskjellen i konsentrasjonene av stoffet på begge sider av membranen. Ved tilrettelagt diffusjon øker denne hastigheten proporsjon alt med den økende forskjellen i konsentrasjonen av stoffet opp til en viss maksimalverdi. Over denne verdien øker ikke hastigheten, selv om forskjellen i konsentrasjoner fra forskjellige sider av membranen fortsetter å øke. Oppnåelsen av et slikt maksimumshastighetspunkt i prosessen med tilrettelagt diffusjon kan forklares med det faktum at maksimalhastigheten innebærer involvering av alle tilgjengelige bærerproteiner i overføringsprosessen.
Hvilket annet konsept inkluderer aktiv og passiv transport over membraner?
Exchange diffusion
Denne typen transport av stoffmolekyler gjennom cellemembranen kjennetegnes ved at molekyler av samme stoff som befinner seg på forskjellige sider av den biologiske membranen deltar i utvekslingen. Det skal bemerkes at ved slik transport av stoffer endres ikke konsentrasjonen av molekyler på begge sider av membranen i det hele tatt.
En type utvekslingsdiffusjon
En av variantene av utvekslingsdiffusjon er en utveksling deret molekyl av ett stoff byttes ut med to eller flere molekyler av et annet stoff. For eksempel er en av måtene som positive kalsiumioner fjernes fra de glatte muskelcellene i bronkiene og karene fra hjertets kontraktile myocytter, deres utveksling med natriumioner som ligger utenfor cellen. Ett natriumion i dette tilfellet byttes ut med tre kalsiumioner. Dermed er det en bevegelse av natrium og kalsium gjennom membranen, som er gjensidig avhengig. Denne typen passiv transport over cellemembranen kalles en antiport. Det er på denne måten at cellen er i stand til å kvitte seg med kalsiumioner, som er tilstede i overkant. Denne prosessen er nødvendig for at glatte myocytter og kardiomyocytter skal slappe av.
Denne artikkelen undersøkte aktiv og passiv transport av stoffer gjennom membranen.
