Hvad er passiv transport? Transmembranbevægelse af forskellige makromolekylære forbindelser, cellulære komponenter, supramolekylære partikler, der ikke er i stand til at trænge gennem kanalerne i membranen, udføres gennem specielle mekanismer, for eksempel ved hjælp af fagocytose, pinocytose, exocytose, overførsel gennem det intercellulære rum. Det vil sige, at bevægelsen af stoffer gennem membranen kan forekomme ved hjælp af forskellige mekanismer, som er opdelt efter tegnene på deltagelse af specifikke bærere i dem, såvel som energiforbrug. Forskere opdeler transport af stoffer i aktiv og passiv.
Vigtigste transportformer
Passiv transport er overførsel af et stof gennem en biologisk membran langs en gradient (osmotisk, koncentration, hydrodynamisk og andre), som ikke kræver energiforbrug.
Aktiv transport er overførsel af et stof over en biologisk membran mod en gradient. Hvorienergi forbruges. Cirka 30 - 40% af den energi, der dannes som følge af metaboliske reaktioner i menneskekroppen, bruges på implementering af aktiv transport af stoffer. Hvis vi betragter funktionen af de menneskelige nyrer, så bliver omkring 70 - 80 % af den forbrugte ilt brugt på aktiv transport.
Passiv transport af stoffer
det involverer overførsel af forskellige stoffer gennem biologiske membraner langs en række forskellige gradienter. Disse gradienter kan være:
- elektrokemisk potentialgradient;
- stofkoncentrationsgradient;
- elektrisk feltgradient;
- osmotisk trykgradient og andre.
Processen med at implementere passiv transport kræver ikke noget energiforbrug. Det kan ske ved lettere og simpel diffusion. Som vi ved, er diffusion en kaotisk bevægelse af molekyler af et stof i en række forskellige medier, hvilket skyldes energien fra termiske vibrationer af et stof.
Hvis en partikel af et stof er elektrisk neutral, så er retningen, hvori diffusionen vil ske, bestemt af forskellen i koncentrationen af stoffer indeholdt i medierne, som er adskilt af membranen. For eksempel mellem rum i cellen, inde i cellen og uden for den. Hvis partiklerne af et stof, dets ioner har en elektrisk ladning, vil diffusion ikke kun afhænge af koncentrationsforskellen, men også af størrelsen af ladningen af det givne stof, tilstedeværelsen og tegn på ladning på begge sider af membranen. Størrelsen af den elektrokemiske gradienter bestemt af den algebraiske sum af de elektriske og koncentrationsgradienter over membranen.
Hvad sørger for transport over membranen?
Passiv membrantransport er mulig på grund af tilstedeværelsen af stofkoncentrationsgradienter, osmotisk tryk, der opstår mellem forskellige sider af cellemembranen eller elektrisk ladning. For eksempel er det gennemsnitlige niveau af Na+ ioner indeholdt i blodplasmaet omkring 140 mM/l, og dets indhold i erytrocytter er omkring 12 gange højere. En sådan gradient, udtrykt som en forskel i koncentration, er i stand til at skabe en drivkraft, der sikrer overførslen af natriummolekyler til røde blodlegemer fra blodplasma.
Det skal bemærkes, at hastigheden af en sådan overgang er meget lav på grund af det faktum, at cellemembranen er karakteriseret ved lav permeabilitet for ionerne af dette stof. Denne membran har meget større permeabilitet i forhold til kaliumioner. Cellulær metabolismes energi bruges ikke til at fuldføre processen med simpel diffusion.
Diffusionshastighed
Aktiv og passiv transport af stoffer gennem membranen er karakteriseret ved diffusionshastigheden. Det kan beskrives ved hjælp af Fick-ligningen: dm/dt=-kSΔC/x.
I dette tilfælde er dm/dt mængden af stoffet, der diffunderer i en tidsenhed, og k er koefficienten for diffusionsprocessen, som karakteriserer biomembranens permeabilitet for det diffuserende stof. S er lig med det areal, over hvilket diffusion sker, og ΔC udtrykker forskellenkoncentration af stoffer fra forskellige sider af den biologiske membran, mens x karakteriserer afstanden mellem diffusionspunkterne.
Det er klart, at de stoffer, der diffunderer samtidigt langs gradienterne af koncentrationer og elektriske felter, vil lettest bevæge sig gennem membranen. En vigtig betingelse for diffusion af et stof gennem en membran er de fysiske egenskaber af selve membranen, dens permeabilitet for hvert specifikt stof.
På grund af det faktum, at membranens dobbeltlag er dannet af carbonhydridradikaler af phospholipider med hydrofobe egenskaber, diffunderer stoffer af en hydrofob natur let igennem den. Det gælder især stoffer, der let opløses i lipider, såsom thyreoidea- og steroidhormoner, samt nogle narkotiske stoffer.
Mineralioner og stoffer med lav molekylvægt, som er hydrofile i naturen, diffunderer gennem passive membran-ionkanaler, som er dannet af kanaldannende proteinmolekyler, og nogle gange gennem membranpakningsdefekter af fosfolipidmolekyler, der opstår i cellemembranen som et resultat af termiske udsving.
Passiv transport over membranen er en meget interessant proces. Hvis forholdene er normale, så kan betydelige mængder af et stof kun trænge ind i dobbeltlagsmembranen, hvis de er upolære og har en lille størrelse. Ellers sker overførslen gennem bærerproteiner. Lignende processer involvererbærerprotein kaldes ikke diffusion, men transporten af et stof gennem membranen.
Faciliteret diffusion
Faciliteret diffusion, ligesom simpel diffusion, forekommer langs koncentrationsgradienten af et stof. Den største forskel er, at et specielt proteinmolekyle, kaldet en bærer, deltager i processen med stofoverførsel.
Faciliteret diffusion er en type passiv overførsel af molekyler af et stof gennem biomembraner, udført langs en koncentrationsgradient ved hjælp af en bærer.
Overfør proteintilstande
Bærerproteinet kan være i to konformationelle tilstande. I tilstand A kan dette protein f.eks. have en affinitet til det stof, det bærer, dets bindingssteder for stoffet er vendt indad, hvorved der dannes en pore, der er åben til den ene side af membranen.
Efter at proteinet er bundet til det overførte stof, ændres dets konformation, og det går over i tilstand B. Med denne transformation mister bæreren sin affinitet for stoffet. Fra forbindelsen med bæreren frigives den og bevæger sig til poren allerede på den anden side af membranen. Efter at stoffet er blevet overført, ændrer bærerproteinet sin konformation igen og vender tilbage til tilstand A. Denne transport af stoffet over membranen kaldes en uniport.
Faciliteret diffusionshastighed
Små molekylvægtsstoffer som glucose kan transporteres igennemmembran gennem lettet diffusion. Sådan transport kan forekomme fra blodet til hjernen, til celler fra de interstitielle rum. Overførselshastigheden af stof med denne type diffusion kan nå op til 108 partikler gennem kanalen på et sekund.
Som vi allerede ved, er hastigheden af aktiv og passiv transport af stoffer i simpel diffusion proportional med forskellen i koncentrationerne af stoffet på begge sider af membranen. I tilfælde af faciliteret diffusion stiger denne hastighed proportion alt med den stigende forskel i koncentrationen af stoffet op til en vis maksimumværdi. Over denne værdi stiger hastigheden ikke, selvom forskellen i koncentrationer fra forskellige sider af membranen fortsætter med at stige. Opnåelsen af et sådant maksimumhastighedspunkt i processen med faciliteret diffusion kan forklares ved, at den maksimale hastighed indebærer involvering af alle tilgængelige bærerproteiner i overførselsprocessen.
Hvilket andet koncept omfatter aktiv og passiv transport på tværs af membraner?
Exchange diffusion
Denne type transport af stofmolekyler gennem cellemembranen er kendetegnet ved, at molekyler af samme stof, som er placeret på hver sin side af den biologiske membran, deltager i udvekslingen. Det skal bemærkes, at ved sådan transport af stoffer ændres koncentrationen af molekyler på begge sider af membranen ikke overhovedet.
En type udvekslingsdiffusion
En af varianterne af udvekslingsdiffusion er en udveksling, hvoret molekyle af et stof udskiftes med to eller flere molekyler af et andet stof. For eksempel er en af måderne, hvorpå positive calciumioner fjernes fra de glatte muskelceller i bronkierne og kar fra hjertets kontraktile myocytter, deres udveksling med natriumioner placeret uden for cellen. En natriumion i dette tilfælde udskiftes med tre calciumioner. Der sker således en bevægelse af natrium og calcium gennem membranen, som er indbyrdes afhængig. Denne type passiv transport over cellemembranen kaldes en antiport. Det er på denne måde, at cellen er i stand til at slippe af med calciumioner, som er til stede i overskud. Denne proces er nødvendig for at glatte myocytter og kardiomyocytter kan slappe af.
Denne artikel undersøgte den aktive og passive transport af stoffer gennem membranen.
