ТРАНСПОРТ ЋЕЛИЈА: ВРСТЕ И ЊИХОВЕ КАРАКТЕРИСТИКЕ - БИОЛОГИЈА

Транспорт ћелија укључује саобраћај и кретање молекула између унутрашњости и спољашњости ћелија. Размјена молекула између ових одјељака је суштински феномен за правилно функционирање организма и посредује низ догађаја, као што је мембрански потенцијал, ако их само набројимо.

Биолошке мембране нису само одговорне за разграничење ћелије, већ играју и незамјенљиву улогу у трговини супстанцама. Имају низ протеина који прелазе структуру и, веома селективно, омогућавају или не улазак одређених молекула.

Извор: ЛадиофХатс, путем Викимедиа Цоммонс

Ћелијски транспорт је класификован у две главне врсте, зависно од тога да ли систем директно користи енергију или не.

Пасивни транспорт не захтева енергију и молекули су у стању да пређу мембрану пасивном дифузијом, кроз водене канале или транспортоване молекуле. Правац активног транспорта је одређен искључиво градијентима концентрације између обе стране мембране.

Супротно томе, други вид превоза захтева енергију и назива се активним транспортом. Захваљујући енергији која се убризгава у систем, пумпе могу померати молекуле према њиховим градијентима концентрације. Најистакнутији пример у литератури је натријум-калијум пумпа.

Теоретске основе

-Целл мембране

Да бисмо разумели како се одвија саобраћај супстанци и молекула између ћелије и суседних делова, потребно је анализирати структуру и састав биолошких мембрана.

-Лидиди у мембранама

Аутор Јпабло цад, са Викимедиа Цоммонс

Ћелије су окружене танком и сложеном мембраном липидне природе. Основна компонента су фосфолипиди.

Они се састоје од поларне главе и аполарних репова. Мембране су састављене од два слоја фосфолипида - „липидних двослојева“ - у којима су репови груписани унутра, а главе окренуте према ван и унутарћелијским лицима.

Молекули који имају и поларну и аполарну зону називају се амфипатски. Ово својство је кључно за просторну организацију липидних компоненти у мембранама.

Ову структуру деле мембране које окружују субћелијске преграде. Запамтите да су митохондрије, хлоропласти, везикуле и друге органеле такође окружени мембраном.

Поред фосфоглицерида или фосфолипида, мембране су богате сфинголипидима, који имају костуре састављене од молекула званог сфингозин и стероли. У овој последњој групи налазимо холестерол, липид који модулира својства мембране, попут његове флуидности.

-Протеини у мембранама

Слика 1. Дијаграм модела течног мозаика Извор: Аутор ЛадиофХатс Мариана Руиз, превод Пилар Саенз, са Викимедиа Цоммонс

Мембрана је динамичка структура, која садржи више протеина унутра. Мембрански протеини делују као врста молекуларних "чувара" или "чувара" који с великом селективношћу дефинишу ко уђе и ко напушта ћелију.

Из тог разлога се каже да су мембране полупропусне, јер нека једињења успевају да уђу, а друга не.

Нису сви протеини који се налазе у мембрани одговорни за посредовање у промету. Други су одговорни за снимање спољних сигнала који производе станични одговор на спољне подражаје.

-Селективност мембране

Липидна унутрашњост мембране је високо хидрофобна, што чини мембрану непропусном за пролазак молекула поларне или хидрофилне природе (овај термин значи "заљубљен у воду").

То подразумева додатну потешкоћу за пролазак поларних молекула. Међутим, транзит молекула растворљивих у води је неопходан, тако да ћелије имају низ транспортних механизама који омогућавају ефикасно кретање тих материја између ћелије и њеног спољног окружења.

Слично томе, велики молекули, попут протеина, морају се транспортовати и захтевати специјализоване системе.

-Дифузија и осмоза

Кретање честица кроз ћелијске мембране одвија се према следећим физичким принципима.

Ови принципи су дифузија и осмоза и односе се на кретање раствора и растварача у раствору кроз полупропусну мембрану - као што су биолошке мембране које се налазе у живим ћелијама.

Дифузија је процес који укључује случајно термичко кретање суспендованих честица из региона високе концентрације у регионе ниже концентрације. Постоји математички израз који жели да опише процес и зове се Фицкова дифузијска једнаџба, али нећемо дубоко у њу.

Имајући у виду овај концепт, можемо дефинисати појам пропустљивости, који се односи на брзину којом супстанца успева да пасивно продре у мембрану под низом специфичних услова.

С друге стране, вода се такође креће дуж свог градијента концентрације у феномену званом осмоза. Иако се чини нетачним у вези са концентрацијом воде, морамо схватити да се витална течност понаша као и свака друга супстанца, у погледу њене дифузије.

-Тоничност

Узимајући у обзир описане физичке појаве, концентрације које постоје и унутар ћелије и изван ће одредити правац превоза.

Стога је тоничност раствора одговор ћелија уроњених у раствор. За овај сценарио је примењена нека терминологија:

Изотонички

Ћелија, ткиво или раствор су изотонични у односу на други ако је концентрација у оба елемента једнака. У физиолошком контексту, ћелија уроњена у изотонично окружење неће проћи било какве промене.

Хипотониц

Раствор је хипотоничан у односу на ћелију ако је концентрација раствораних споља нижа - то јест, ћелија има више растворјених раствора. У овом случају, тенденција воде је да уђе у ћелију.

Ако црвене крвне ћелије ставимо у дестиловану воду (која нема раствора), вода би ушла док не пукну. Овај феномен се назива хемолиза.

Хипертониц

Раствор је хипертоничан у односу на ћелију ако је концентрација раствора са спољашње стране већа - то јест, ћелија има мање раствора.

У овом случају, тенденција воде је да напушта ћелију. Ако црвене крвне ћелије ставимо у концентрованији раствор, вода у крвним ћелијама цури и станица ће попримити наборан изглед.

Ова три концепта имају биолошку важност. На пример, јаја морског организма морају бити изотонична у односу на морску воду да не би пукла и да не би изгубила воду.

Слично томе, паразити који живе у крви сисара морају имати концентрацију раствора сличних окружењу у којем се развијају.

-Електрични утицај

Када говоримо о јонима који су наелектрисане честице, кретање кроз мембране није вођено искључиво градијентима концентрације. У овом систему морају се узети у обзир набоји раствора.

Јон се креће даље од региона у којима је концентрација висока (као што је описано у одељку о осмози и дифузији), а такође ако је јон негативан, напредује ка регионима у којима расте негативни потенцијал. Имајте на уму да различити набоји привлаче и као да се оптужбе одбијају.

Да бисмо предвидјели понашање јона, морамо додати комбиниране силе градијента концентрације и електрични градијент. Овај нови параметар назива се нето електрохемијски градијент.

Врсте ћелијског транспорта се класификују овисно о томе што систем користи или не користи у пасивним и активним покретима. Свако ћемо детаљно описати у наставку:

Пасивни трансмембрански транспорт

Пасивно кретање кроз мембране укључује пролазак молекула без директне потребе за енергијом. Будући да ови системи не укључују енергију, то зависи искључиво од градијената концентрације (укључујући и електричне) који постоје широм плазма мембране.

Иако се енергија одговорна за кретање честица чува у таквим градијентима, прикладно је и прикладно наставити процес посматрати као пасиван.

Постоје три основна начина на које молекули могу пасивно да прелазе са једне на другу страну:

Једноставна дифузија

Најједноставнији и интуитивнији начин транспорта раствора је да он пређе преко мембране пратећи горе наведене градијенте.

Молекул се дифундира кроз плазма мембрану, остављајући водену фазу по страни, раствара се у липидном делу и коначно улази у водени део ћелије у унутрашњости. Исто се може десити у супротном смеру, од унутрашњости ћелије до споља.

Ефикасан пролазак кроз мембрану одређује се нивоом топлотне енергије коју систем поседује. Ако је довољно висок, молекул ће моћи да пређе преко мембране.

Ако се детаљније посматра, молекул мора да разбије све водоничне везе формиране у воденој фази да би могао да пређе на липидну фазу. Овај догађај захтева 5 кцал кинетичке енергије за сваку присутну везу.

Следећи фактор који треба узети у обзир је растворљивост молекула у липидној зони. На покретљивост утичу различити фактори, као што су молекуларна тежина и облик молекула.

Кинетика пролаза једноставном дифузијом показује кинетику незасићености. То значи да се унос повећава сразмерно концентрацији раствора који се транспортује у ванћелијској регији.

Водени канали

Друга алтернатива за пролазак молекула пасивним путем је кроз водени канал смјештен у мембрани. Ови канали су врста пора који омогућавају пролазак молекула, избегавајући контакт са хидрофобном регијом.

Одређени наелектрисани молекули успевају да уђу у ћелију пратећи свој градијент концентрације. Захваљујући овом систему канала напуњених водом, мембране су високо непробојне за јоне. Међу овим молекулама истичу се натријум, калијум, калцијум и хлор.

Носач молекула

Последња алтернатива је комбинација раствора од интереса са молекулом носачем који маскира његову хидрофилност, тако да пролази кроз део мембране богате липидима.

Транспортер повећава растворљивост липида у молекули коју треба транспортовати и погодује његовом проласку у корист градијента концентрације или електрохемијског градијента.

Ови протеински носачи делују на различите начине. У најједноставнијем случају, растварач се преноси са једне стране мембране на другу. Ова врста се назива унипорт. Супротно томе, ако се други растварач превози истовремено или повезује, транспортер се назива упарен.

Ако спојени транспортер мобилизује две молекуле у истом смеру, то је симпорт, а ако то чини у супротним смеровима, транспортер је противпогон.

Осмосис

Осмосе2-фр.пнг: ПсИцХоТиКеривативни рад: Ортиса, виа Викимедиа Цоммонс

То је врста ћелијског транспорта у којем растварач селективно пролази кроз полупропусну мембрану.

Вода, на пример, има тенденцију да пређе на страну ћелије где је њена концентрација нижа. Кретање воде овим путем ствара притисак који се зове осмотски притисак.

Овај притисак је неопходан да се регулише концентрација супстанци у ћелији, што потом утиче на облик ћелије.

Ултрафилтрација

У овом случају, кретање неких раствора настаје дејством хидростатског притиска, од подручја највећег притиска до дела мањег притиска. У људском телу се овај процес одвија у бубрезима захваљујући крвном притиску који ствара срце.

На тај начин вода, уреа итд. Прелазе из ћелија у урин; а хормони, витамини итд. остају у крви. Овај механизам је такође познат и као дијализа.

Олакшана дисеминација

Постоје супстанце са веома великим молекулима (попут глукозе и других моносахарида), којима је потребан носач протеин да би дифундовао. Ова дифузија је бржа од једноставне дифузије и зависи од:

Концентрациони градијент материје.
Количина протеинских носача присутних у ћелији.
Брзина присутних протеина.

Један од тих протеинских транспортера је инзулин, који олакшава дифузију глукозе, смањујући његову концентрацију у крви.

Активни трансмембрански транспорт

До сада смо разговарали о проласку различитих молекула кроз канале без трошка енергије. У тим случајевима, једини трошак је генерисање потенцијалне енергије у облику диференцијалних концентрација на обе стране мембране.

На овај начин се правац транспорта одређује постојећим градијентом. Раствори раствора почињу по горе поменутим принципима дифузије, све док не достигну тачку у којој се завршава нето дифузија - у том тренутку је постигнута равнотежа. Код јона, на кретање такође утиче наелектрисање.

Међутим, једини случај када је расподјела јона на обе стране мембране у стварној равнотежи је када је ћелија мртва. Све живе ћелије улажу велику количину хемијске енергије како би концентрације раствора биле изван равнотеже.

Енергија коришћена за одржавање ових процеса је углавном АТП молекул. Аденозин трифосфат, скраћено АТП, је основни молекул енергије у ћелијским процесима.

Активне транспортне карактеристике

Активни транспорт може деловати против градијената концентрације, без обзира колико они били стрми - ово својство ће постати јасно објашњењем натријум-калијумске пумпе (видети доле).

Активни транспортни механизми могу истовремено да се крећу више класа молекула. За активни транспорт користи се иста класификација која се спомиње за транспорт више молекула истовремено у пасивном транспорту: симпорт и анти-потпора.

Транспорт овим пумпама може се зауставити применом молекула који посебно блокирају кључна места на протеину.

Транспортна кинетика је типа Мицхаелис-Ментен. Оба понашања - инхибирана неким молекулом и кинетиком - су типичне карактеристике ензимских реакција.

Коначно, систем мора имати специфичне ензиме који могу хидролизовати АТП молекул, као што су АТПазе. Ово је механизам којим систем добија енергију која га карактерише.

Транспортна селективност

Укључене пумпе су изузетно селективне у молекулама које ће се превозити. На пример, ако је пумпа носач натријум јона, неће узимати литијум јоне, мада су оба јона веома сличне величине.

Претпоставља се да су протеини у стању да разазнају две дијагностичке карактеристике: лакоћу дехидрације молекула и интеракцију са набојима унутар поре транспортера.

Зна се да велики иони лако дехидрирају у поређењу с малим јонима. Стога ће поре са слабим поларним центрима користити велике јоне, по могућности.

Супротно томе, у каналима са снажно набијеним центрима преовлађује интеракција са дехидрираним јоном.

Пример активног транспорта: натријум-калијум пумпа

Да бисмо објаснили механизме активног транспорта, најбоље је то учинити са најбоље проученим моделом: натријум-калијумском пумпом.

Упечатљива карактеристика ћелија је способност да одржавају стрме градијенте натријум (На ⁺ ) и калијума (К ⁺ ).

У физиолошком окружењу концентрација калијума у ћелијама је 10-20 пута већа него ван ћелија. Супротно томе, натријум јони су много више концентрисани у ванћелијској средини.

Са принципима који управљају кретањем јона на пасиван начин, било би немогуће одржавати ове концентрације, зато ћелијама је потребан активан транспортни систем, а то је натријум-калијум пумпа.

Пумпа је састављена од протеинског комплекса типа АТПасе који је усидрен на плазма мембрани свих животињских ћелија. Ово има везна места за оба јона и одговорно је за транспорт са убризгавањем енергије.

Како пумпа ради?

У овом систему постоје два фактора која одређују кретање јона између ћелијских и ванћелијских делова. Први је брзина којом делује пумпа натријум-калијум, а други фактор је брзина којом јон може поново ући у ћелију (у случају натријума), услед пасивних дифузијских догађаја.

На тај начин, брзина којом иони улазе у ћелију одређује брзину којом пумпа мора радити да одржи одговарајућу концентрацију јона.

Рад пумпе зависи од низа конформацијских промена протеина који је одговоран за транспорт јона. Сваки АТП молекул се директно хидролизује, током процеса три натријум јона напуштају ћелију и истовремено два јона калијума улазе у ћелијско окружење.

Масовни превоз

То је друга врста активног транспорта која помаже у кретању макромолекула, попут полисахарида и протеина. Може га дати:

-Ендоцитоза

Постоје три процеса ендоцитозе: фагоцитоза, пиноцитоза и ендоцитоза посредована лигандом:

Пхагоцитосис

Фагоцитоза је врста транспорта у којој је чврста честица прекривена везикулом или фагосомом састављеним од спојених псеудопода. Она чврста честица која остаје унутар везикула пробавља се ензимима и тако стиже у унутрашњост ћелије.

Овако делују бела крвна зрнца у телу; оне захватају бактерије и страна тела као одбрамбени механизам.

Пиноцитоза

Прехрана протозоа. Пиноцитоза. Слика: Јацек ФХ (изведено из Мариана Руиз Вилларреал). Преузето и измењено са хттпс://цоммонс.викимедиа.орг/вики/Филе:Пиноцитосис.свг.

Пиноцитоза се јавља када је супстанца која се транспортује капљицом или везикулом изванстаничне течности, а мембрана ствара пиноцитну везикулу у којој се обрађује садржај везикула или капљица, тако да се враћа на површину ћелије.

Ендокитоза путем рецептора

То је процес сличан пиноцитози, али у овом случају инвагинација мембране се догађа када се одређени молекул (лиганд) веже на мембрански рецептор.

Неколико ендоцитних везикула придружило се и формира већу структуру која се зове ендосом, где је лиганд одвојен од рецептора. Тада се рецептор враћа у мембрану, а лиганд се веже за липосом, где га разграђују ензими.

-Ексоцитоза

То је врста ћелијског транспорта у којој се супстанца мора превозити ван ћелије. У току овог процеса, секреторна мембрана везикула веже се за ћелијску мембрану и ослобађа садржај везикуле.

На тај начин ћелије елиминишу синтетизоване супстанце или отпадне материје. Тако се ослобађају хормони, ензими или неуротрансмитери.

Референце

Аудесирк, Т., Аудесирк, Г., & Биерс, БЕ (2003). Биологија: Живот на Земљи. Пеарсоново образовање.
Доннерсбергер, АБ, Лесак, АЕ (2002). Књига за лабораторију анатомије и физиологије. Редакција Паидотрибо.
Ларрадагоитиа, ЛВ (2012). Основна анатомофизиологија и патологија. Редакција Паранинфо.
Рандалл, Д., Бурггрен, ВВ, Бурггрен, В., Френцх, К. и Ецкерт, Р. (2002). Ецкерт физиологија животиња. Мацмиллан.
Живио, А. М. (2005). Основе физиологије физичке активности и спорта. Панамерицан Медицал Ед.

ТРАНСПОРТ ЋЕЛИЈА: ВРСТЕ И ЊИХОВЕ КАРАКТЕРИСТИКЕ - БИОЛОГИЈА - 2025