Anyagok szállítása a biológiai membránokon keresztül. Anyagok aktív szállítása Anyagok passzív és aktív szállítása élettana

07.09.2024 | Állami

A sejtfelszíni apparátus barrier-transzport funkcióját az ionok, molekulák és szupramolekuláris struktúrák sejtbe és onnan történő szelektív átvitele biztosítja. A membránokon keresztül történő szállítás biztosítja a tápanyagok eljuttatását és a végtermékek eltávolítását a sejtből, a szekréciót, az iongradiensek és a transzmembránpotenciál létrehozását, a szükséges pH-értékek fenntartását a sejtben stb.

Az anyagok sejtbe és onnan történő szállításának mechanizmusa attól függ kémiai természet szállított anyag és annak koncentrációk a sejthártya mindkét oldalán, valamint méretekből szállított részecskék. A kis molekulák és ionok passzív vagy aktív transzporttal jutnak át a membránon. A makromolekulák és a nagy részecskék átvitele „membráncsomagolásban” történő szállítással történik, vagyis a membránnal körülvett vezikulák képződése miatt.

Passzív szállítás Az anyagoknak a membránon keresztül történő, koncentrációgradiensük mentén történő energiafogyasztás nélküli átvitelének nevezzük. Az ilyen transzport két fő mechanizmuson keresztül megy végbe: egyszerű diffúzión és megkönnyített diffúzión keresztül.

Által egyszerű diffúzió kis poláris és nem poláris molekulák, zsírsavak és egyéb kis molekulatömegű hidrofób szerves anyagok szállítódnak. A vízmolekulák membránon keresztüli, passzív diffúzióval történő szállítását ún ozmózis. Az egyszerű diffúzióra példa a gázok szállítása a vérkapillárisok endothel sejtjeinek plazmamembránján keresztül a környező szövetfolyadékba és vissza.

Azok a hidrofil molekulák és ionok, amelyek nem képesek önállóan átjutni a membránon, specifikus membrántranszportfehérjék segítségével kerülnek szállításra. Ezt a szállítási mechanizmust ún megkönnyített diffúzió.

A membrántranszport fehérjéknek két fő osztálya van: hordozó fehérjékÉs csatorna fehérjék. A szállított anyag molekulái, amelyekhez kötődnek hordozó fehérje konformációs változásait idézik elő, ami ezeknek a molekuláknak a membránon való átjutását eredményezi. A könnyített diffúzió rendkívül szelektív a szállított anyagok tekintetében.

Csatorna fehérjék vízzel teli pórusokat képeznek, amelyek behatolnak a lipid kettős rétegbe. Amikor ezek a pórusok nyitva vannak, szervetlen ionok vagy transzportmolekulák haladnak át rajtuk, és így a membránon keresztül jutnak el. Az ioncsatornák körülbelül 10 6 iont szállítanak másodpercenként, ami több mint 100-szorosa a hordozófehérjék szállítási sebességének.

A legtöbb csatornafehérje rendelkezik "kapuk", amelyek rövid időre kinyílnak, majd bezáródnak. A csatorna jellegétől függően a kapu kinyílhat jelzőmolekulák kötődésére (ligandum-kapu csatornák), a membránpotenciál változására (feszültségfüggő kapucsatornák) vagy mechanikai stimuláció hatására.

Aktív szállítás az anyagoknak a membránon keresztül történő szállítását a koncentráció-gradiensük ellenében nevezzük. Hordozófehérjék segítségével hajtják végre, és energiát igényel, amelynek fő forrása az ATP.

Példa az aktív transzportra, amely az ATP hidrolízis energiáját használja fel Na + és K + ionok pumpálására a sejtmembránon keresztül. nátrium-kálium pumpa, biztosítva a membránpotenciál létrehozását a sejtek plazmamembránján.

A pumpát a biológiai membránokba épített specifikus adenozin-trifoszfatáz enzimfehérjék alkotják, amelyek katalizálják az ATP molekulából a foszforsav-maradékok lehasadását. Az ATPázok közé tartoznak: egy enzimközpont, egy ioncsatorna és szerkezeti elemek, amelyek megakadályozzák az ionok fordított szivárgását a szivattyú működése során. A sejt által elfogyasztott ATP több mint 1/3-át a nátrium-kálium pumpa működtetése használja fel.

Attól függően, hogy a transzportfehérjék képesek-e egy vagy több típusú molekulát és iont szállítani, a passzív és aktív transzportot uniportra és koportra, illetve csatolt transzportra osztják.

Uniport - Ez egy olyan transzport, amelyben a hordozó fehérje csak egy típusú molekulához vagy ionhoz viszonyítva működik. A koport vagy csatolt transzportban egy hordozó fehérje képes egyidejűleg két vagy több típusú molekulát vagy iont szállítani. Ezeket a hordozófehérjéket ún portástársak, vagy kapcsolódó hordozók. Kétféle coport létezik: szimport és antiport. Amennyiben simporta a molekulák vagy ionok egy irányban szállítódnak, és mikor antiporte - ellentétes irányokba. Például a nátrium-kálium pumpa az antiport elv szerint működik, aktívan pumpálja a Na + ionokat a sejtekből és a K + ionokat a sejtekbe azok elektrokémiai gradiense ellen. A tünetek egyik példája a glükóz és az aminosavak primer vizeletből történő reabszorpciója a vesetubuláris sejtekben. A primer vizeletben a Na + koncentrációja mindig szignifikánsan magasabb, mint a vese tubulussejtek citoplazmájában, amit a nátrium-kálium pumpa működése biztosít. A primer vizelet glükóz kötődése a konjugált hordozófehérjéhez megnyitja a Na + csatornát, ami együtt jár a Na + ionok koncentrációgradiensük mentén, azaz passzív transzporttal a primer vizeletből a sejtbe. A Na + ionok áramlása pedig változásokat okoz a hordozó fehérje konformációjában, aminek eredményeként a glükóz a Na + ionokkal megegyező irányban transzportálódik: a primer vizeletből a sejtbe. Ebben az esetben a glükóz szállítására, mint látható, a konjugátum transzporter a nátrium-kálium pumpa működése által létrehozott Na + ion gradiens energiáját használja fel. Így a nátrium-kálium pumpa és a hozzá kapcsolódó transzporter munkája, amely Na + ionok gradiensét használja a glükóz szállítására, lehetővé teszi, hogy szinte az összes glükózt visszaszívja az elsődleges vizeletből, és beépítse a szervezet általános anyagcseréjébe.

A töltött ionok szelektív transzportjának köszönhetően szinte minden sejt plazmalemmája a külső oldalán pozitív, a belső citoplazmatikus oldalán negatív töltést hordoz. Ennek eredményeként potenciálkülönbség jön létre a membrán mindkét oldala között.

A transzmembrán potenciál kialakulása elsősorban a plazmalemmába épített transzportrendszerek munkája révén valósul meg: a nátrium-kálium pumpa és a K + ionok fehérje csatornái.

Ahogy fentebb megjegyeztük, a nátrium-kálium pumpa működése során minden két, a sejt által elnyelt káliumion után három nátriumiont távolítunk el belőle. Ennek eredményeként a sejteken kívül többlet Na + ion, belül pedig K + ion többlet keletkezik. A transzmembrán potenciál létrehozásához azonban még jelentősebb mértékben járulnak hozzá a káliumcsatornák, amelyek nyugalmi állapotban mindig nyitva vannak a sejtekben. Ennek köszönhetően a K+-ionok koncentrációgradiens mentén lépnek ki a sejtből az extracelluláris környezetbe. Ennek eredményeként a membrán két oldala között 20-100 mV potenciálkülönbség lép fel. Az ingerelhető sejtek (ideg-, izom-, szekréciós) plazmalemmájában a K + csatornákkal együtt számos Na + csatorna található, amelyek rövid időre megnyílnak, amikor kémiai, elektromos vagy egyéb jelek hatnak a sejtre. A Na + csatornák megnyílása a transzmembrán potenciál megváltozását (membrán depolarizáció) és a jelre adott specifikus sejtválaszt okozza.

A membránon keresztül potenciálkülönbségeket generáló transzportfehérjéket nevezzük elektrogén szivattyúk. A nátrium-kálium pumpa a sejtek fő elektrogén szivattyújaként szolgál.

Szállítás membrános csomagolásban azzal jellemezve, hogy a szállított anyagok a szállítás bizonyos szakaszaiban a membránvezikulákon belül helyezkednek el, azaz membrán veszi körül őket. Az anyagok szállításának irányától függően (a sejtbe vagy onnan kifelé) a membráncsomagolásban történő szállítás endocitózisra és exocitózisra oszlik.

Endocitózis a makromolekulák és nagyobb részecskék (vírusok, baktériumok, sejtfragmensek) sejt általi felszívódásának folyamata. Az endocitózist fagocitózis és pinocitózis végzi.

fagocitózis - az 1 mikronnál nagyobb méretű szilárd mikrorészecskék (baktériumok, sejtfragmensek stb.) aktív befogásának és abszorpciójának folyamata. A fagocitózis során a sejt speciális receptorok segítségével felismeri a fagocitált részecske specifikus molekulacsoportjait.

Ezután a részecske és a sejtmembrán érintkezési pontján a plazmalemma kinövései képződnek - pszeudopodia, amelyek minden oldalról beburkolják a mikrorészecskét. A pszeudopodiák összeolvadása következtében egy ilyen részecske egy membránnal körülvett vezikulába záródik, amelyet ún. fagoszóma. A fagoszómák képződése energiafüggő folyamat, és az aktomiozin rendszer részvételével megy végbe. A fagoszóma a citoplazmába merülve egyesülhet egy késői endoszómával vagy lizoszómával, aminek eredményeként a sejt által felvett szerves mikrorészecskék, például egy baktériumsejt megemésztődnek. Emberben csak néhány sejt képes fagocitózisra: például a kötőszöveti makrofágok és a vér leukocitái. Ezek a sejtek felszívják a baktériumokat, valamint a szervezetbe kerülő különféle részecskéket, ezáltal megvédik a kórokozóktól és az idegen részecskéktől.

Pinocytosis- folyadék felszívódása a sejt által valódi és kolloid oldatok és szuszpenziók formájában. Ez a folyamat általánosságban hasonlít a fagocitózishoz: egy csepp folyadékot merítenek a sejtmembrán kialakult mélyedésébe, körülveszik és 0,07-0,02 mikron átmérőjű vezikulába zárják, és a sejt hialoplazmájába merülnek. a sejt.

A pinocitózis mechanizmusa nagyon összetett. Ez a folyamat a sejtfelszíni berendezés speciális területein, az úgynevezett szegélyezett gödrökben megy végbe, amelyek a sejtfelszín körülbelül 2%-át foglalják el. Szegélyezett gödrök a plazmalemma kis invaginációi, amelyek mellett nagy mennyiségű fehérje található a perifériás hyaloplazmában klatrin. A sejtek felszínén lévő szegélyezett gödrök tartományában számos olyan receptor is található, amelyek specifikusan képesek felismerni és megkötni a szállított molekulákat. Amikor a receptorok megkötik ezeket a molekulákat, klatrin polimerizáció megy végbe, és a plazmalemma behatol. Ennek eredményeként szegélyezett buborék, szállítható molekulákat hordozó. Ezek a buborékok azért kapták a nevüket, mert a felületükön lévő klatrin elektronmikroszkóp alatt egyenetlen peremnek tűnik. A plazmalemmától való elválasztás után a szegélyezett vezikulák elveszítik a klatrint, és képesek lesznek más vezikulákkal egyesülni. A klatrin polimerizációs és depolimerizációs folyamatai energiát igényelnek, és blokkolják az ATP hiányát.

A pinocitózis a határolt gödrökben található receptorok magas koncentrációja miatt biztosítja a specifikus molekulák szállításának szelektivitását és hatékonyságát. Például a szegélyezett gödrökben a szállított anyagok molekuláinak koncentrációja 1000-szer magasabb, mint a környezeti koncentrációjuk. A pinocitózis a fehérjék, lipidek és glikoproteinek sejtbe történő szállításának fő módja. A pinocitózis révén a sejt napi térfogatának megfelelő mennyiségű folyadékot szív fel.

Exocitózis- az anyagok sejtből történő eltávolításának folyamata. A sejtből eltávolítandó anyagokat először transzportvezikulákba zárják, amelyek külső felületét általában a klatrin fehérje vonja be, majd az ilyen vezikulákat a sejtmembránra irányítják. Itt a hólyagok membránja egyesül a plazmalemmával, és tartalmuk a sejten kívülre kerül, vagy a plazmalemmával való érintkezés fenntartása mellett a glikokalixbe kerül.

Az exocitózisnak két típusa van: konstitutív (alap) és szabályozott.

Konstitív exocitózis folyamatosan előfordul a szervezet minden sejtjében. Ez a fő mechanizmus az anyagcseretermékek sejtből történő eltávolítására és a sejtmembrán folyamatos helyreállítására.

Szabályozott exocitózis csak speciális, szekréciós funkciót ellátó sejtekben hajtják végre. A kiválasztott váladék a szekréciós vezikulákban halmozódik fel, és az exocitózis csak azután következik be, hogy a sejt megkapja a megfelelő kémiai vagy elektromos jelet. Például a hasnyálmirigy Langerhans-szigeteinek β-sejtjei csak akkor adják ki szekréciójukat a vérbe, ha a vérben a glükóz koncentrációja nő.

Az exocitózis során a citoplazmában képződő szekréciós vezikulák általában a felszíni apparátus speciális területeire irányulnak, amelyek nagyszámú fúziós fehérjét vagy fúziós fehérjét tartalmaznak. Amikor a plazmamembrán és a szekréciós vezikula fúziós fehérjéi kölcsönhatásba lépnek, fúziós pórus képződik, amely összeköti a vezikula üregét az extracelluláris környezettel. Ebben az esetben az aktomiozin rendszer aktiválódik, aminek eredményeként a vezikula tartalma a sejten kívül kiöntik belőle. Így az indukálható exocitózis során nem csak a szekréciós vezikulák plazmalemmába történő szállításához, hanem a szekréciós folyamathoz is szükség van energiára.

Transzcitózis, vagy pihenés , - Ez a transzport, amelyben az egyes molekulák a sejten keresztül jutnak át. Ez a fajta transzport endo- és exocitózis kombinációjával érhető el. A transzcitózisra példa az anyagok szállítása az emberi hajszálerek érfalának sejtjein keresztül, amely mind az egyik, mind a másik irányban előfordulhat.

Az anyagok aktív transzportja a teljes (általánosított) gradienssel szemben történik. Ez azt jelenti, hogy egy anyag átvitele az alacsonyabb elektrokémiai potenciál értékű helyekről a magasabb értékű helyekre történik.

Az aktív transzport nem spontán módon, hanem csak az adenozin-trifoszforsav (ATP) hidrolízisének folyamatával összefüggésben, vagyis az ATP molekula nagyenergiájú kötéseiben tárolt energiafelhasználás következtében alakul ki.

Az anyagok biológiai membránokon keresztül történő aktív transzportja nagy jelentőséggel bír. Az aktív transzport hatására a szervezetben koncentrációgradiensek, elektromos potenciálgradiensek, nyomásgradiensek, stb. jönnek létre, amelyek életfolyamatokat támogatnak, vagyis termodinamikai szempontból az aktív transzport nem egyensúlyi állapotban tartja a szervezetet, az életfolyamatok normális lefolyásának biztosítása.

Az aktív átvitel végrehajtásához az energiaforráson kívül bizonyos szerkezetek megléte is szükséges. A modern koncepciók szerint a biológiai membránok ionpumpákat tartalmaznak, amelyek az ATP hidrolízis energiájával, vagy úgynevezett transzport-ATPázokkal működnek, amelyeket fehérjekomplexek képviselnek.

Jelenleg háromféle elektrogén ionszivattyú ismert, amelyek aktívan szállítják az ionokat a membránon keresztül. Ezek a K + -Na + -ATPáz a citoplazma membránjaiban (K + -Na + -pumpa), a Ca 2+ -ATPáz (Ca 2+ -pumpa) és a H + -ATPáz a mitokondriumok energiakapcsoló membránjaiban (H + - szivattyú vagy protonpumpa).

Az ionok transzport-ATPázok általi átvitele a transzferfolyamatok kémiai reakciókkal való összekapcsolódása, a sejtanyagcsere energiája miatt következik be.

A K + -Na + -ATPáz működése során az egyes ATP molekulák hidrolízise során felszabaduló energia hatására két káliumion kerül a sejtbe, és egyidejűleg három nátriumion pumpálódik ki a sejtből. Ez az intercelluláris környezethez képest megnövekedett káliumion-koncentrációt eredményez a sejtben, és csökken a nátrium koncentrációja, aminek nagy élettani jelentősége van.

Az ATP hidrolízis energiája miatt a Ca 2+ -ATPázba két kalciumion, a H + pumpába pedig két proton kerül.

Az ion-ATPázok működésének molekuláris mechanizmusa nem teljesen ismert. Ennek az összetett enzimes folyamatnak a fő szakaszai azonban nyomon követhetők. A K + -Na + -ATPáz esetében (a rövidség kedvéért jelöljük E-vel) az iontranszfer hét szakasza kapcsolódik az ATP hidrolíziséhez. Az E 1 és E 2 jelölések megfelelnek az enzim aktív központjának elhelyezkedésének a membrán belső és külső felületén (ADP-adenozin-difoszfát, P - szervetlen foszfát, a csillag az aktivált komplexet jelöli):

1) E + ATP à E*ATP,

2) E*ATP + 3Naà [E*ATP]*Na 3,

3) [E*ATP]*Nа 3 à *Na 3 + ADP,

4) *Na 3 à *Na 3 ,

5) *Na 3 + 2K à *K 2 + 3Na,

6) *K 2 à *K 2,

7) *K 2 à E + P + 2K.

A diagram azt mutatja, hogy az enzim kulcsfontosságú szakaszai a következők: 1) az enzim komplexének kialakulása ATP-vel a membrán belső felületén (ezt a reakciót magnéziumionok aktiválják); 2) három nátriumion megkötése a komplex által; 3) az enzim foszforilációja adenozin-difoszfát képződésével; 4) az enzim konformációjának változása a membránon belül; 5) a nátrium és a kálium ioncseréjének reakciója a membrán külső felületén; 6) az enzimkomplex konformációjának fordított változása a káliumionok sejtbe való átvitelével, és 7) az enzim visszaállítása eredeti állapotába káliumionok és szervetlen foszfát felszabadulásával. Így egy teljes ciklus során három nátriumion szabadul fel a sejtből, a citoplazma két káliumionnal gazdagodik, és egy ATP-molekula hidrolízise következik be.

A fentebb tárgyalt ionpumpákon kívül ismertek hasonló rendszerek, amelyekben az anyagok felhalmozódása nem az ATP hidrolízissel, hanem a redox enzimek munkájával vagy a fotoszintézissel jár. Az anyagok transzportja ebben az esetben másodlagos, amelyet a membránpotenciál és (vagy) ionkoncentráció gradiens közvetít specifikus hordozók jelenlétében a membránban. Ezt a transzportmechanizmust másodlagos aktív transzportnak nevezzük. Az élő sejtek plazmájában és szubcelluláris membránjában lehetséges az elsődleges és másodlagos aktív transzport egyidejű működése. Ez az átviteli mechanizmus különösen fontos azoknál a metabolitoknál, amelyeknél nincs pumpa (cukrok, aminosavak).

Az ionok közös egyirányú transzportját egy kéthelyes transzporterrel szimportnak nevezzük. Feltételezhető, hogy a membrán tartalmazhat egy hordozót egy kationnal és anionnal komplexben, valamint egy üres hordozót. Mivel a membránpotenciál ilyen átviteli sémában nem változik, az átvitelt az egyik ion koncentrációjának eltérése okozhatja. Úgy gondolják, hogy a szimport sémát az aminosavak sejtekben történő felhalmozására használják.

Következtetések és következtetések.

Az élet során a sejthatárokat különféle anyagok lépik át, amelyek áramlását hatékonyan szabályozzák. Ezt a feladatot a sejtmembrán látja el a beépített szállítórendszerekkel, beleértve az ionpumpákat, a hordozómolekulák rendszerét és a rendkívül szelektív ioncsatornákat.

Első pillantásra szükségtelennek tűnik a transzferrendszerek ekkora bősége, mert csak az ionszivattyúk működése teszi lehetővé a biológiai transzport jellemzőinek biztosítását: nagy szelektivitást, anyagok átvitelét a diffúziós erőkkel és az elektromos térrel szemben. A paradoxon azonban az, hogy a szabályozandó áramlások száma végtelenül nagy, miközben mindössze három szivattyú van. Ebben az esetben különösen fontossá válnak az ionkonjugáció mechanizmusai, az úgynevezett másodlagos aktív transzport, amelyben a diffúziós folyamatok fontos szerepet játszanak. Így az anyagok aktív transzportjának és a sejtmembrán diffúziós transzfer jelenségeinek kombinációja az alap, amely biztosítja a sejt létfontosságú tevékenységét.

A Biológiai és Orvosi Fizikai Tanszék vezetője, a fizikai és matematikai tudományok kandidátusa, egyetemi docens, Novikova N.G. fejlesztette ki.

A MEMBRÁNÁN KERESZTÜL SZÁLLÍTOTT ANYAGOK BIOFIZIKÁJA.

Önellenőrző kérdések

1. Milyen objektumokat foglal magában a gépjármű-közlekedési komplexum infrastruktúrája?

2. Nevezze meg a gépjármű-közlekedési komplexum által okozott környezetszennyezés főbb összetevőit!

3. Nevezze meg a gépjármű-közlekedési komplexum által okozott környezetszennyezés kialakulásának fő okait!

4. Nevezze meg a forrásokat, ismertesse a keletkezési mechanizmusokat és jellemezze az ipari övezetekből és a közúti közlekedési vállalkozások területeiről származó légszennyezés összetételét!

5. Adja meg a közúti fuvarozási vállalkozások szennyvizének osztályozását!

6. Nevezze meg és jellemezze a közúti fuvarozási vállalkozások szennyvizének főbb szennyezőanyagait!

7. Ismertesse a közúti szállítmányozási vállalkozások ipari hulladékának problémáját!

8. Jellemezze a káros kibocsátások és az ATK-hulladék tömegének megoszlását típusonként!

9. Elemezze az ATK infrastrukturális létesítményeinek hozzájárulását a környezetszennyezéshez.

10. Milyen típusú szabványok alkotják a környezetvédelmi szabványok rendszerét. Ismertesse az egyes szabványtípusokat.

1. Bondarenko E.V. A közúti közlekedés környezetbiztonsága: tankönyv egyetemeknek / E.V. Bondarenko, A.N. Novikov, A.A. Filippov, O.V. Chekmareva, V.V. Vasziljeva, M.V. Korotkov // Orel: Orel Állami Műszaki Egyetem, 2010. – 254 p. 2. Bondarenko E.V. Közúti közlekedésökológia: [Szöveg]: tankönyv. pótlék / E.V. Bondarenko, G.P. Dvornikov Orenburg: RIK GOU OSU, 2004. – 113 p. 3. Kaganov I.L. Kézikönyv a higiéniáról és higiéniáról a gépjárművek közlekedésében. [Szöveg] / I.L. Kaganov, V.D. Moroshek Mn.: Fehéroroszország, 1991. – 287 p. 4. Kartoshkin A.P. A használt kenőolajok begyűjtésének és feldolgozásának koncepciója / A.P. Kartoshkin // Üzemanyagok és olajok kémiája és technológiája, 2003. - 4. sz. – P. 3 – 5. 5. Lukanin V.N. Ipari és közlekedési ökológia [Szöveg] / V.N. Lukanin, Yu.V. Trofimenko M.: Felső. iskola, 2001. - 273 p. 6. Orosz gépjármű-közlekedési lexikon. Járművek műszaki üzemeltetése, karbantartása, javítása. – T.3. – M.: RBOOIP „Prosvescsenije”, 2001. – 456 p.

A sejt egy nyitott rendszer, amely folyamatosan anyagot és energiát cserél a környezettel. Az anyagok biológiai membránokon való átjutása az élet elengedhetetlen feltétele. A sejtanyagcsere folyamatok, a bioenergetikai folyamatok, a biopotenciálok kialakulása, az idegimpulzus keletkezése stb. a membránokon keresztüli anyagok átvitelével járnak. A kezelés gyakran magában foglalja a gyógyszerek behatolását a sejtmembránokon keresztül. A sejtmembrán szelektív gátja a sejten belül és kívül található különféle anyagoknak. A membrántranszportnak két típusa van: passzív és aktív közlekedés.

Minden passzív közlekedés típusai diffúzió elve alapján. A diffúzió számos részecske kaotikus független mozgásának eredménye. A diffúzió fokozatosan csökkenti a koncentráció gradienst, amíg el nem éri az egyensúlyi állapotot. Ebben az esetben minden pontban azonos koncentráció jön létre, és a diffúzió mindkét irányban egyformán megy végbe, mivel a diffúzió passzív transzport, mivel nem igényel külső energiát. A plazmamembránban többféle diffúzió létezik:

1 ) Szabad diffúzió.

123456Következő ⇒

Olvassa el még:

Videó: Szállítás a sejtekben Diffúzió és ozmózis, rész - 1. Szállítás a sejtekben: diffúzió és ozmózis, 1. rész

Diffúzió a sejtmembránon keresztül két altípusra oszthatók: egyszerű diffúzióra és megkönnyített diffúzióra. Az egyszerű diffúzió azt jelenti, hogy a molekulák vagy ionok kinetikus mozgása membránlyukon vagy intermolekuláris tereken keresztül megy végbe anélkül, hogy bármilyen kölcsönhatásba lépne a membránhordozó fehérjékkel. A diffúzió sebességét az anyag mennyisége, a kinetikus mozgás sebessége, valamint a membránon lévő lyukak száma és mérete határozza meg, amelyeken keresztül a molekulák vagy ionok mozoghatnak.

Videó: Anyagok szállítása a szervezetben

Könnyített diffúzió kölcsönhatást igényel egy hordozófehérjével, ami elősegíti a molekulák vagy ionok szállítását azáltal, hogy kémiailag kötődik hozzájuk, és ilyen formában áthalad a membránon.

Egyszerű diffúzió A sejtmembránon keresztül kétféleképpen fordulhat elő: (1) a lipid kettős réteg molekulaközi terein keresztül, ha a diffundáló anyag zsírban oldódik (2) vízzel telt csatornákon keresztül, amelyek behatolnak néhány nagy transzportfehérjébe, amint az az 1. ábrán látható;

Anyagok szállítása a membránon keresztül. Az anyagok aktív és passzív szállítása a membránon keresztül

Zsírban oldódó anyagok diffúziója a lipid kettősrétegen keresztül. Az egyik legfontosabb tényező, amely meghatározza egy anyag lipid kettősrétegen keresztüli diffúziós sebességét, az anyag lipidekben való oldhatósága. Például az oxigén, a nitrogén, a szén-dioxid és az alkoholok jobban oldódnak a lipidekben, így közvetlenül feloldódhatnak a lipid kettős rétegben, és ugyanúgy diffundálhatnak a sejtmembránon, mint a vízben oldódó anyagok vizes oldatokban. Nyilvánvaló, hogy ezen anyagok diffúziójának mértéke egyenesen arányos lipidekben való oldhatóságukkal. Nagyon nagy mennyiségű oxigén szállítható így. Ily módon szinte olyan gyorsan lehet oxigént juttatni a sejtekbe, mintha a sejtmembrán nem is létezne.

Víz és más zsírban oldhatatlan anyagok diffúziója molekulák fehérjecsatornákon keresztül. Annak ellenére, hogy a víz egyáltalán nem oldódik a membrán lipideiben, könnyen átjut a membránon keresztül közvetlenül behatoló fehérjemolekulák csatornáin. Elképesztő az a sebesség, amellyel a vízmolekulák át tudnak haladni a legtöbb sejtmembránon. Például az a víz teljes mennyisége, amely másodpercenként bármely irányban átdiffundál egy vörösvérsejt membránján, körülbelül 100-szorosa magának a sejtnek a térfogatának.

A bemutatott csatornákon keresztül fehérje pórusokat, más lipidben oldhatatlan molekulák is átjuthatnak, ha vízben oldódnak és elég kicsik. Az ilyen molekulák méretének növelése azonban gyorsan csökkenti behatolási képességüket. Például a karbamid azon képessége, hogy áthatoljon egy membránon, körülbelül 1000-szer kisebb, mint a vízé, bár a karbamid molekula átmérője csak 20%-kal nagyobb, mint a vízmolekuláé. Tekintettel azonban a víz elképesztő sebességére, a karbamid permeabilitása biztosítja a membránon való gyors szállítását néhány percen belül.

Diffúzió fehérjecsatornákon keresztül

Számítógép háromdimenziós fehérjecsatornák rekonstrukciója kimutatta a membránon keresztül közvetlenül áthatoló tubuláris struktúrák jelenlétét - az extracelluláristól az intracelluláris folyadékig. Ezért az anyagok ezeken a csatornákon keresztül egyszerű diffúzióval mozoghatnak a membrán egyik oldaláról a másikra. A fehérjecsatornákat két fontos tulajdonság különbözteti meg: (1) gyakran szelektíven permeábilisak bizonyos anyagok számára (2) sok csatorna kapukkal nyitható vagy zárható;

Videó: Membránpotenciálok – 1. rész

Választói fehérjecsatorna permeabilitása. Számos fehérjecsatorna rendkívül szelektív egy vagy több specifikus ion vagy molekula szállítására. Ennek oka a csatorna saját jellemzői (átmérője és alakja), valamint az azt bélelő felületek elektromos töltéseinek és kémiai kötéseinek természete. Például az egyik legfontosabb fehérjecsatorna - az úgynevezett nátriumcsatorna - 0,3-0,5 nm átmérőjű, de ami még fontosabb, ennek a csatornának a belső felületei erősen negatív töltésűek. Ezek a negatív töltések kis, dehidratált nátriumionokat vonhatnak be a csatornákba, lényegében elhúzva ezeket az ionokat az őket körülvevő vízmolekuláktól. A csatornába kerülve a nátriumionok a diffúzió szokásos szabályai szerint bármely irányba diffundálnak. Ebből a szempontból a nátriumcsatorna kifejezetten szelektív a nátriumionok vezetésére.

Ezek a csatornák valamivel kisebbek, mint a nátriumcsatornák csatornák, átmérőjük csak körülbelül 0,3 nm, de nincsenek negatív töltésűek és különböző kémiai kötésekkel rendelkeznek. Következésképpen nincs kifejezett erő, amely az ionokat a csatornába húzza, és a káliumionok nem szabadulnak fel a vizes héjukból. A káliumion hidratált formája sokkal kisebb méretű, mint a nátriumion hidratált formája, mivel a nátriumion sokkal több vízmolekulát vonz, mint a káliumion. Következésképpen a kisebb hidratált káliumionok könnyen átjutnak ezen a keskeny csatornán, míg a nagyobb hidratált nátriumionok „lecsapódnak”, ami szelektív permeabilitást tesz lehetővé egy adott ion számára.

Forrás: http://meduniver.com
Figyelem, csak MA!

Anyagszállítás: az anyagok sejtbe jutásának mechanizmusai

Passzív szállítás

Egy anyag (ionok vagy kis molekulák) mozgása koncentrációgradiens mentén. Energiafelhasználás nélkül valósul meg egyszerű diffúzióval, ozmózissal vagy hordozófehérjék segítségével elősegített diffúzióval.

Aktív szállítás

Anyagok (ionok vagy kis molekulák) szállítása hordozófehérjék felhasználásával koncentrációgradiens ellenében. Az ATP költségével hajtották végre.

Endocitózis

Anyagok (nagy részecskék vagy makromolekulák) felszívódása a citoplazmatikus membrán kinövéseivel körülvéve, membránnal körülvett vezikulák képződésével.

Exocitózis

Anyagok (nagy részecskék vagy makromolekulák) felszabadulása a sejtből a citoplazmatikus membrán kinövéseivel körülvéve, membránnal körülvett vezikulák képződésével.

Fagocitózis és fordított fagocitózis

Szilárd és nagy részecskék felszívódása és felszabadulása. Állati és emberi sejtekre jellemző.

Pinocytosis és fordított pinocitózis

Folyékony és oldott részecskék felszívódása és felszabadulása. Növényi és állati sejtekre jellemző.

Kirilenko A. A. Biológia.

ANYAGOK SZÁLLÍTÁSA A MEMBRÁNON KERESZTÜL

Egységes államvizsga. "Molekuláris biológia" szekció. Elmélet, képzési feladatok. 2017.

kémiai természet szállított anyag és annak koncentrációk méretekből

Passzív szállítás

Által egyszerű diffúzió ozmózis.

megkönnyített diffúzió.

hordozó fehérjékÉs csatorna fehérjék. hordozó fehérje

Csatorna fehérjék

"kapuk", amelyek rövid időre kinyílnak, majd bezáródnak.

A csatorna jellegétől függően a kapu kinyílhat jelzőmolekulák kötődésére (ligandum-kapu csatornák), a membránpotenciál változására (feszültségfüggő kapucsatornák) vagy mechanikai stimuláció hatására.

Aktív szállítás

nátrium-kálium pumpa

A pumpát a biológiai membránokba épített specifikus adenozin-trifoszfatáz enzimfehérjék alkotják, amelyek katalizálják az ATP molekulából a foszforsav-maradékok lehasadását.

Az ATPázok közé tartoznak: egy enzimközpont, egy ioncsatorna és szerkezeti elemek, amelyek megakadályozzák az ionok fordított szivárgását a szivattyú működése során. A sejt által elfogyasztott ATP több mint 1/3-át a nátrium-kálium pumpa működtetése használja fel.

Uniport - portástársak, vagy kapcsolódó hordozók. simporta antiporte - ellentétes irányokba. Például a nátrium-kálium pumpa az antiport elv szerint működik, aktívan pumpálja a Na + ionokat a sejtekből és a K + ionokat a sejtekbe azok elektrokémiai gradiense ellen. A tünetek egyik példája a glükóz és az aminosavak primer vizeletből történő reabszorpciója a vesetubuláris sejtekben. A primer vizeletben a Na + koncentrációja mindig szignifikánsan magasabb, mint a vese tubulussejtek citoplazmájában, amit a nátrium-kálium pumpa működése biztosít. A primer vizelet glükóz kötődése a konjugált hordozófehérjéhez megnyitja a Na + csatornát, ami együtt jár a Na + ionok koncentrációgradiensük mentén, azaz passzív transzporttal a primer vizeletből a sejtbe. A Na + ionok áramlása pedig változásokat okoz a hordozó fehérje konformációjában, aminek eredményeként a glükóz a Na + ionokkal megegyező irányban transzportálódik: a primer vizeletből a sejtbe.

Ebben az esetben a glükóz szállítására, mint látható, a konjugátum transzporter a nátrium-kálium pumpa működése által létrehozott Na + ion gradiens energiáját használja fel. Így a nátrium-kálium pumpa és a hozzá kapcsolódó transzporter munkája, amely Na + ionok gradiensét használja a glükóz szállítására, lehetővé teszi, hogy szinte az összes glükózt visszaszívja az elsődleges vizeletből, és beépítse a szervezet általános anyagcseréjébe.

Ahogy fentebb megjegyeztük, a nátrium-kálium pumpa működése során minden két, a sejt által elnyelt káliumion után három nátriumiont távolítunk el belőle. Ennek eredményeként a sejteken kívül többlet Na + ion, belül pedig K + ion többlet keletkezik. A transzmembrán potenciál létrehozásához azonban még jelentősebb mértékben járulnak hozzá a káliumcsatornák, amelyek nyugalmi állapotban mindig nyitva vannak a sejtekben. Ennek köszönhetően a K+-ionok koncentrációgradiens mentén lépnek ki a sejtből az extracelluláris környezetbe. Ennek eredményeként a membrán két oldala között 20-100 mV potenciálkülönbség lép fel. Az ingerelhető sejtek (ideg, izom, szekréciós) plazmamembránja a K + csatornákkal együtt számos Na + csatornát tartalmaz, amelyek rövid időre megnyílnak, amikor kémiai, elektromos vagy egyéb jelek hatnak a sejtre. A Na + csatornák megnyílása a transzmembrán potenciál megváltozását (membrán depolarizáció) és a jelre adott specifikus sejtválaszt okozza.

elektrogén szivattyúk.

azzal jellemezve, hogy a szállított anyagok a szállítás bizonyos szakaszaiban a membránvezikulákon belül helyezkednek el, azaz membrán veszi körül őket.

22. Anyagok szállítása a membránon keresztül. Aktív és passzív szállítás

Az anyagok szállításának irányától függően (a sejtbe vagy onnan kifelé) a membráncsomagolásban történő szállítás endocitózisra és exocitózisra oszlik.

Endocitózis

fagocitózis -

pszeudopodia, fagoszóma.

Pinocytosis

Szegélyezett gödrök klatrin. szegélyezett buborék,

Exocitózis

Konstitív exocitózis

Szabályozott exocitózis

Transzcitózis, vagy pihenés , -

Az anyagok membránon keresztüli szállításának módszerei.

A legtöbb létfontosságú folyamat, mint például a felszívódás, a kiválasztás, az idegimpulzus-vezetés, az izomösszehúzódás, az ATP szintézis, az állandó ionösszetétel és víztartalom fenntartása a membránokon keresztüli anyagok átviteléhez kapcsolódik. Ezt a folyamatot a biológiai rendszerekben ún szállítás . Az anyagcsere a sejt és környezete között folyamatosan zajlik. Az anyagok sejtbe és onnan történő szállításának mechanizmusa a szállított részecskék méretétől függ. A kis molekulákat és ionokat a sejt közvetlenül a membránon keresztül szállítja passzív és aktív transzport formájában.

Passzív szállítás energiafogyasztás nélkül, koncentrációgradiens mentén egyszerű diffúzióval, szűréssel, ozmózissal vagy elősegített diffúzióval.

Diffúzió – anyagok behatolása a membránon egy koncentrációgradiens mentén (olyan területről, ahol nagyobb a koncentrációjuk, olyan területre, ahol koncentrációjuk alacsonyabb); ez a folyamat energiafelhasználás nélkül megy végbe a molekulák kaotikus mozgása miatt. Az anyagok (víz, ionok) diffúz transzportja integrált membránfehérjék részvételével történik, amelyek molekuláris pórusokkal rendelkeznek (csatornák, amelyeken keresztül az oldott molekulák és ionok áthaladnak), vagy a lipid fázis részvételével (zsírban oldódó anyagok esetében) . A diffúzió segítségével az oldott oxigén és szén-dioxid molekulák, valamint mérgek és gyógyszerek behatolnak a sejtbe.

A membránon keresztüli transzport típusai: 1 – egyszerű diffúzió; 2 – diffúzió membráncsatornákon keresztül; 3 – elősegített diffúzió hordozófehérjék segítségével; 4 – aktív szállítás.

Könnyített diffúzió. Az anyagok transzportja a lipid kettősrétegen egyszerű diffúzióval kis sebességgel megy végbe, különösen töltött részecskék esetében, és szinte kontrollálatlan. Ezért az evolúció folyamatában egyes anyagoknál specifikus membráncsatornák és membrántranszporterek jelentek meg, amelyek elősegítik az átviteli sebesség növelését, és emellett szelektív szállítás.

Az anyagok passzív transzportját hordozóanyagokkal ún megkönnyített diffúzió. A membránba speciális hordozófehérjék (permeáz) épülnek be. A permeázok szelektíven kötődnek egyik vagy másik ionhoz vagy molekulához, és a membránon keresztül szállítják azokat. Ebben az esetben a részecskék gyorsabban mozognak, mint a hagyományos diffúzióval.

Ozmózis – víz bejutása a sejtekbe hipotóniás oldatból.

Szűrés — a pórusanyagok szivárgása az alacsonyabb nyomásértékek felé. A testben történő szűrésre példa a víz átjutása az erek falain keresztül, a vérplazma a vesetubulusokba szorítva.

Rizs. A kationok mozgása elektrokémiai gradiens mentén.

Aktív szállítás. Ha csak passzív transzport létezne a sejtekben, akkor a koncentrációk, nyomások és egyéb értékek a sejten kívül és belül egyenlőek lennének. Ezért van egy másik mechanizmus, amely az elektrokémiai gradiens ellen irányul, és a cella energiafelhasználásával lép fel. A molekulák és ionok elektrokémiai gradienssel szembeni átvitelét, amelyet a sejt az anyagcsere-folyamatok energiája miatt hajt végre, aktív transzportnak nevezik. Csak a biológiai membránokban rejlik. Egy anyag aktív átvitele a membránon a sejten belüli kémiai reakciók során felszabaduló szabad energia miatt következik be. Az aktív transzport a szervezetben koncentráció-gradienseket, elektromos potenciálokat, nyomásokat hoz létre, i.e. fenntartja az életet a szervezetben.

Az aktív transzport abból áll, hogy az anyagokat egy koncentrációgradiens ellenében transzportfehérjék (porinok, ATPázok stb.) segítségével mozgatják, képződve membránszivattyúk, ATP energia ráfordításával (kálium-nátrium pumpa, kalcium és magnézium ionok koncentrációjának szabályozása a sejtekben, monoszacharidok, nukleotidok, aminosavak ellátása). 3 fő aktív transzportrendszert vizsgáltak, amelyek biztosítják a Na, K, Ca, H ionok átvitelét a membránon keresztül.

Mechanizmus. A K + és Na + ionok egyenetlenül oszlanak el a membrán különböző oldalain: a Na + koncentrációja a > K + ionokon kívül, a sejten belül pedig K + > Na +. Ezek az ionok a membránon keresztül az elektrokémiai gradiens irányába diffundálnak, ami annak kiegyenlítődéséhez vezet. A Na-K pumpák a citoplazma membránok részét képezik, és az ATP-molekulák hidrolízisének energiája miatt működnek, ADP-molekulák és szervetlen foszfát képződésével. F n: ATP=ADP+P n. A pumpa reverzibilisen működik: az ionkoncentráció gradiensek elősegítik az ATP molekulák szintézisét ADP és Ph n molekulákból: ADP + Ph n = ATP.

A Na + /K + pumpa egy transzmembrán fehérje, amely képes konformációs változásokra, melynek eredményeként a „K + ” és a „Na +” is képes megkötődni.

Membránszállítás

Egy működési ciklus során a szivattyú eltávolít három „Na +”-ot a sejtből, és bevezet két „K+”-t az ATP-molekula energiája miatt. A sejtek működéséhez szükséges energia csaknem egyharmadát a nátrium-kálium pumpa működésére fordítják.

Nem csak az egyes molekulák, hanem a szilárd anyagok is ( fagocitózis), megoldások ( pinocytosis). Fagocitózis – nagy részecskék befogása és elnyelése(sejtek, sejtrészek, makromolekulák) ill pinocytosis – folyékony anyag befogása és felszívása(oldat, kolloid oldat, szuszpenzió). A keletkező pinocitotikus vakuolák mérete 0,01 és 1-2 µm között van. A vakuólum ezután belemerül a citoplazmába, és leválik. Ebben az esetben a pinocitotikus vakuólum fala teljesen megőrzi az azt eredményező plazmamembrán szerkezetét.

Ha egy anyagot szállítanak a sejtbe, akkor ezt a fajta szállítást ún endocitózis ( bejutás a sejtbe direkt pinot vagy fagocitózis útján), ha ki, akkor – exocitózis ( transzfer a sejtből fordított pinot vagy fagocitózis útján). Az első esetben a membrán külső oldalán invagináció képződik, amely fokozatosan vezikulummá alakul. A hólyag elszakad a sejten belüli membrántól. Egy ilyen vezikula tartalmazza a szállított anyagot, amelyet bilipid membrán (vezikula) vesz körül. Ezt követően a vezikula egyesül néhány sejtszervvel, és kiadja a tartalmát abba. Exocitózis esetén a folyamat fordított sorrendben megy végbe: a vezikula a sejt belsejéből közeledik a membránhoz, összeolvad vele és tartalmát a sejtközi térbe engedi.

A pinocitózis és a fagocitózis alapvetően hasonló folyamatok, amelyekben négy fázis különböztethető meg: anyagok bejutása pinocitózison vagy fagocitózison keresztül, lebomlásuk a lizoszómák által kiválasztott enzimek hatására, bomlástermékek átvitele a citoplazmába (a permeabilitás változása miatt). vakuólumhártyák) és az anyagcseretermékek kifelé történő kibocsátása. Számos protozoa és néhány leukocita képes fagocitózisra. Pinocitózis figyelhető meg a bélhámsejtekben és a vérkapillárisok endotéliumában.

Előző12345678Következő

TOVÁBBIAK:

Anyagok szállítása a plazmamembránon keresztül

A tünetek egyik példája a glükóz és az aminosavak primer vizeletből történő reabszorpciója a vesetubuláris sejtekben. A primer vizeletben a Na + koncentrációja mindig szignifikánsan magasabb, mint a vese tubulussejtek citoplazmájában, amit a nátrium-kálium pumpa működése biztosít. A primer vizelet glükóz kötődése a konjugált hordozófehérjéhez megnyitja a Na + csatornát, ami együtt jár a Na + ionok koncentrációgradiensük mentén, azaz passzív transzporttal a primer vizeletből a sejtbe. A Na + ionok áramlása pedig változásokat okoz a hordozó fehérje konformációjában, aminek eredményeként a glükóz a Na + ionokkal megegyező irányban transzportálódik: a primer vizeletből a sejtbe. Ebben az esetben a glükóz szállítására, mint látható, a konjugátum transzporter a nátrium-kálium pumpa működése által létrehozott Na + ion gradiens energiáját használja fel. Így a nátrium-kálium pumpa és a hozzá kapcsolódó transzporter munkája, amely Na + ionok gradiensét használja a glükóz szállítására, lehetővé teszi, hogy szinte az összes glükózt visszaszívja az elsődleges vizeletből, és beépítse a szervezet általános anyagcseréjébe.

A transzmembrán potenciál kialakulása elsősorban a plazmalemmába épített transzportrendszerek munkája révén valósul meg: a nátrium-kálium pumpa és a K + ionok fehérje csatornái.

Ahogy fentebb megjegyeztük, a nátrium-kálium pumpa működése során minden két, a sejt által elnyelt káliumion után három nátriumiont távolítunk el belőle. Ennek eredményeként a sejteken kívül többlet Na + ion, belül pedig K + ion többlet keletkezik. A transzmembrán potenciál létrehozásához azonban még jelentősebb mértékben járulnak hozzá a káliumcsatornák, amelyek nyugalmi állapotban mindig nyitva vannak a sejtekben. Ennek köszönhetően a K+-ionok koncentrációgradiens mentén lépnek ki a sejtből az extracelluláris környezetbe. Ennek eredményeként a membrán két oldala között 20-100 mV potenciálkülönbség lép fel. Az ingerelhető sejtek (ideg, izom, szekréciós) plazmamembránja a K + csatornákkal együtt számos Na + csatornát tartalmaz, amelyek rövid időre megnyílnak, amikor kémiai, elektromos vagy egyéb jelek hatnak a sejtre.

A Na + csatornák megnyílása a transzmembrán potenciál megváltozását (membrán depolarizáció) és a jelre adott specifikus sejtválaszt okozza.

A membránon keresztül potenciálkülönbségeket generáló transzportfehérjéket nevezzük elektrogén szivattyúk. A nátrium-kálium pumpa a sejtek fő elektrogén szivattyújaként szolgál.

Endocitózis a makromolekulák és nagyobb részecskék (vírusok, baktériumok, sejtfragmensek) sejt általi felszívódásának folyamata. Az endocitózist fagocitózis és pinocitózis végzi.

Az exocitózisnak két típusa van: konstitutív (alap) és szabályozott.

Ebben az esetben az aktomiozin rendszer aktiválódik, aminek eredményeként a vezikula tartalma a sejten kívül kiöntik belőle. Így az indukálható exocitózis során nem csak a szekréciós vezikulák plazmalemmába történő szállításához, hanem a szekréciós folyamathoz is szükség van energiára.

Anyagok szállítása:

Anyagátvitel a biol. A membránok olyan fontos biológiai jelenségekhez kapcsolódnak, mint az intracelluláris ionhomeosztázis, a bioelektromos potenciálok, az idegimpulzusok gerjesztése és vezetése, az energia tárolása és átalakítása.

Többféle szállítás létezik:

1 . Uniport– egy anyag membránon keresztül történő szállítása, függetlenül más vegyületek jelenlététől és átvitelétől.

2. Szállítás– ez az egyik anyag átvitele egy másik szállításához: szimport és antiport

a) ahol az egyirányú átvitelt hívják egyszerű – aminosavak felszívódása a vékonybél membránján keresztül,

b) ellentétes irányú - antiport(nátrium-kálium pumpa).

Az anyagok szállítása lehet - passzív és aktív szállítás (szállítás)

Passzív szállítás nem jár energiaköltséggel, diffúzióval (irányított mozgás) valósul meg koncentráció (maс-tól min felé), elektromos vagy hidrosztatikus gradiensek mentén. A víz vízpotenciál gradiens mentén mozog. Az ozmózis a víz mozgása egy félig áteresztő membránon.

Aktív szállítás gradiensekkel szemben (min-től maс-ig) történik, energiafelhasználással (főleg az ATP hidrolízis energiájával) és a speciális membrán transzport fehérjék (ATP szintetáz) munkájával függ össze.

Passzív átvitel végrehajtható:

A. Egyszerű diffúzióval a membrán lipid kettős rétegein, valamint speciális képződményeken - csatornákon keresztül. A membránon keresztül diffúzióval behatolnak a sejtbe:

töltés nélküli molekulák, jól oldódik lipidekben, beleértve

sok méreg és gyógyszer, gázok

- oxigén és szén-dioxid. ionok

- membránátszúró csatornákon keresztül jutnak be, amelyek lipoprotein szerkezetek Bizonyos ionok (például kationok - Na, K, Ca, Cl, P anionok) szállítására szolgálnak, és lehetnek nyitott vagy zárt állapotban is. A csatorna vezetőképessége a membránpotenciáltól függ, amely fontos szerepet játszik az idegimpulzusok generálásában és vezetésében. . b. Könnyített diffúzió Egyes esetekben az anyagátvitel egybeesik a gradiens irányával, de jelentősen meghaladja az egyszerű diffúzió sebességét. Ezt a folyamatot ún hordozófehérjék részvételével történik. A könnyített diffúziós folyamat nem igényel energiát. A cukrok, aminosavak és nitrogéntartalmú bázisok szállítása ilyen módon történik. Ez a folyamat például akkor következik be, amikor a hámsejtek a cukrokat felszívják a bél lumenéből.

V. Ozmózis – az oldószer mozgása a membránon keresztül

Aktív szállítás

A molekulák és ionok elektrokémiai gradiens elleni átvitele (aktív transzport) jelentős energiaköltséggel jár. A gradiensek gyakran elérnek nagy értékeket, például a gyomornyálkahártya sejtjeinek plazmamembránján a hidrogénionok koncentrációgradiense 106, a szarkoplazmatikus retikulum membránján a kalciumionok koncentrációgradiense 104, miközben az ion ellenáramlik. a gradiens jelentős. Ennek eredményeként a szállítási folyamatokra fordított energiafelhasználás eléri például az emberben a teljes metabolikus energia több mint 1/3-át.

Aktív iontranszport rendszereket találtak különböző szervek sejtjeinek plazmamembránjaiban, például:

nátrium és kálium - nátrium pumpa. Ez a rendszer nátriumot pumpál ki a sejtből és káliumot a sejtbe (antiport) az elektrokémiai gradiens ellen. Az iontranszportot a nátriumpumpa fő komponense - Na+, K+-függő ATPáz végzi az ATP hidrolízise következtében. Minden hidrolizált ATP molekulához három nátriumion és két káliumion szállítódik .

Kétféle Ca 2 + -ATPáz létezik.

Az egyik a kalciumionok sejtből az intercelluláris környezetbe jutását biztosítja, a másik pedig a kalcium felhalmozódását a sejttartalomból az intracelluláris depóba. Mindkét rendszer képes jelentős kalciumion-gradiens létrehozására.

A K+, H+-ATPáz a gyomor és a belek nyálkahártyájában található.

Képes H+-t szállítani a nyálkahártya-vezikulák membránján az ATP hidrolízise során.

A békagyomor nyálkahártyájának mikroszómáiban anionérzékeny ATPázt találtak, amely az ATP hidrolízise során képes a bikarbonát és klorid antiportálásra.

Protonpumpa a mitokondriumokban és a plasztidokban

HCI szekréció a gyomorban,ionok abszorpciója a növényi gyökérsejtek által A membrán transzport funkcióinak megzavarása, különösen a membrán fokozott permeabilitása, a sejtkárosodás jól ismert univerzális jele. A szállítási funkciók megsértését (például embernél) több mint 20 ún

közlekedési betegségek, többek között

ebből:

vese glikozuria,

cisztinuria, (hemolitikus vérszegénység, a vörösvértestek gömb alakúak, miközben a membrán felszíne csökken, a lipidtartalom csökken, és a membrán nátrium-permeabilitása nő. A szferociták gyorsabban távoznak a véráramból, mint a normál vörösvértestek) .

Az aktív transzport speciális csoportjába tartozik az anyagok (nagy részecskék) általi átvitele - Ésendo- Ésexocitózis.

Endocitózis(a görög endo szóból - belül) az anyagok bejutása a sejtbe, magában foglalja a fagocitózist és a pinocitózist.

A fagocitózis (a görög Phagos szóból - felfalás) az a folyamat, amelyben szilárd részecskéket, idegen élő tárgyakat (baktériumokat, sejttörmelékeket) egysejtű szervezetek vagy többsejtű sejtek rögzítenek, ez utóbbiakat ún. fagociták, vagy evő sejtek. A fagocitózist I. I. Mechnikov fedezte fel. Jellemzően a fagocitózis során a sejt kiemelkedéseket képez, citoplazma- pszeudopodiák, amelyek a befogott részecskék körül áramlanak.

De a pszeudopodia kialakulása nem szükséges.

A fagocitózis fontos szerepet játszik az egysejtű és alsóbbrendű többsejtű állatok táplálkozásában, amelyekre jellemző az intracelluláris emésztés, valamint jellemző az immunitás és metamorfózis jelenségeiben fontos szerepet játszó sejtekre is. Ez a felszívódási forma jellemző a kötőszöveti sejtekre - a fagocitákra, amelyek védő funkciót látnak el, aktívan fagocitizálják a placenta sejteket, a testüreget bélelő sejteket és a szem pigment epitéliumát.

A fagocitózis folyamata négy egymást követő fázisra osztható. Az első (fakultatív) fázisban a fagocita megközelíti a felszívódás tárgyát. Itt elengedhetetlen a fagocita pozitív reakciója a kémiai stimulációra, a kemotaxisra. A második fázisban az abszorbeált részecske adszorpciója figyelhető meg a fagocita felületén. A harmadik fázisban a plazmamembrán zsák formájában beburkolja a részecskét, a tasak szélei összezáródnak és elválik a membrán többi részétől, a keletkező vakuólum pedig a sejt belsejében köt ki. A negyedik fázisban a lenyelt tárgyak megsemmisülnek és megemésztik a fagocitákon belül. Természetesen ezek a szakaszok nincsenek behatárolva, hanem észrevétlenül átalakulnak egymásba.

A sejtek hasonló módon képesek felszívni a folyadékokat és a nagy molekulájú vegyületeket is. Ezt a jelenséget pinocitózisnak nevezik (görögül rupo – ital és sutoz – sejt). A pinocitózist a citoplazma erőteljes mozgása kíséri a felszíni rétegben, ami a sejtmembrán invaginációjának kialakulásához vezet, amely a felszínről tubulus formájában a sejtbe terjed. A tubulus végén vakuolák képződnek, amelyek leszakadnak és a citoplazmába költöznek. A pinocitózis az intenzív anyagcserével rendelkező sejtekben a legaktívabb, különösen a nyirokrendszer sejtjeiben és a rosszindulatú daganatokban.

Pinocitózissal a nagy molekulatömegű vegyületek behatolnak a sejtekbe: a véráramból származó tápanyagok, hormonok, enzimek és egyéb anyagok, beleértve a gyógyszereket is. Elektronmikroszkópos vizsgálatok kimutatták, hogy a pinocitózis során a zsírt felszívják a bélhámsejtek, a vese tubuláris sejtjei és a növekvő oociták fagocitizálódnak.

A fagocitózissal vagy pinocitózissal a sejtbe jutó idegen testek az emésztőüregekben vagy közvetlenül a citoplazmában lizáló enzimeknek vannak kitéve. Ezen enzimek intracelluláris tárolói a lizoszómák.

Az endocitózis funkciói

Végrehajtják táplálás(a tojássejtek így szívják fel a tojássárgája fehérjét: a fagoszómák a protozoonok emésztési vakuólumai)

Védőés immunreakciók (a leukociták elnyelik az idegen részecskéket és immunglobulinokat)

Szállítás(a vesetubulusok felszívják a fehérjéket az elsődleges vizeletből).

Szelektív endocitózis bizonyos anyagok (sárgájafehérjék, immunglobulinok stb.) akkor fordulnak elő, amikor ezek az anyagok érintkezésbe kerülnek a plazmamembrán szubsztrát-specifikus receptorhelyeivel.

Az endocitózissal a sejtbe jutó anyagok lebomlanak („emésztődnek”), felhalmozódnak (például tojássárgája fehérjék), vagy exocitózissal („citopempsis”) ismét eltávolítják a sejt másik oldaláról.

Exocitózis(a görög exo - kívülről, kívülről) - az endocitózissal ellentétes folyamat: például az endoplazmatikus retikulumból, a Golgi-készülékből, a különféle endocitikus vezikulákból a lizoszómák egyesülnek a plazmamembránnal, és tartalmukat kifelé engedik.

Passzív szállítás egyszerű és megkönnyített diffúziót foglal magában – olyan folyamatokat, amelyek nem igényelnek energiát. Diffúzió– molekulák és ionok transzportja a membránon keresztül magas koncentrációjú területről alacsony koncentrációjú területre, azok. az anyagok koncentrációgradiens mentén áramlanak. A víz diffúzióját féligáteresztő membránokon keresztül ún ozmózissal. A víz képes átjutni a fehérjék által kialakított membránpórusokon és a benne oldott anyagok szállítómolekuláin és ionjain is. Az egyszerű diffúzió mechanizmusa kis molekulák (például O2, H2O, CO2) átvitelét végzi; ez a folyamat alacsony specifikus, és a membrán mindkét oldalán szállított molekulák koncentráció-gradiensével arányos sebességgel megy végbe.

Könnyített diffúzió olyan csatornákon és (vagy) hordozófehérjéken keresztül hajtják végre, amelyek specifikusak a szállított molekulákra. A transzmembrán fehérjék ioncsatornaként működnek, kis vízpórusokat képezve, amelyeken keresztül kis vízoldható molekulák és ionok transzportálódnak elektrokémiai gradiens mentén. A transzporter fehérjék szintén transzmembrán fehérjék, amelyek reverzibilis konformációs változásokon mennek keresztül, amelyek lehetővé teszik specifikus molekulák szállítását a plazmalemmán keresztül. Mind a passzív, mind az aktív transzport mechanizmusaiban működnek.

Aktív szállítás egy energiaigényes folyamat, amelyen keresztül a molekulák transzportja hordozófehérjék felhasználásával elektrokémiai gradiens ellenében történik. Az ionok ellentétes irányú aktív transzportját biztosító mechanizmusra példa a nátrium-kálium pumpa (amelyet a Na + -K + -ATPáz hordozó fehérje képvisel), aminek köszönhetően a Na + ionok kikerülnek a citoplazmából, és a K + ionok. egyszerre kerülnek át abba. A sejten belül a K+-koncentráció 10-20-szor magasabb, mint a külső, a Na-koncentráció pedig ennek az ellenkezője. Ezt az ionkoncentráció különbséget a (Na*-K*> pumpa) munkája biztosítja. Ennek a koncentrációnak a fenntartásához minden két K* ion után három Na-ion kerül a sejtből a sejtbe. A membránban lévő fehérje részt vesz ebben a folyamatban, egy enzim funkcióját tölti be, amely lebontja az ATP-t, felszabadítva a szivattyú működéséhez szükséges energiát.
A specifikus membránfehérjék passzív és aktív transzportban való részvétele jelzi ennek a folyamatnak a nagy specifitását. Ez a mechanizmus biztosítja az állandó sejttérfogat (az ozmotikus nyomás szabályozásával), valamint a membránpotenciál fenntartását. A glükóz aktív transzportját a sejtbe egy hordozó fehérje végzi, és a Na + ion egyirányú transzferével kombinálódik.

Könnyű szállítás Az ionáramlást speciális transzmembrán fehérjék – bizonyos ionok szelektív szállítását biztosító ioncsatornák – közvetítik. Ezek a csatornák magából a szállítórendszerből és egy kapuzó mechanizmusból állnak, amely a membránpotenciál változására, (b) mechanikai behatásra (például a belső fül szőrsejtjeiben) vagy kötődésre válaszul egy időre megnyitja a csatornát. ligandum (jelmolekula vagy ion).

Az anyagok membrántranszportja is változó mozgásuk iránya és e hordozó által szállított anyagok mennyisége szerint:

Uniport - egy anyag szállítása egy irányba a gradienstől függően
A szimport két anyag szállítása egy irányba egy transzporteren keresztül.
Az antiport két anyag különböző irányú mozgása egy transzporteren keresztül.

Uniport például egy feszültségfüggő nátriumcsatornát hajt végre, amelyen keresztül nátriumionok jutnak be a sejtbe az akciós potenciál létrehozása során.

Simport a bélhámsejtek külső (a bél lumen felé néző) oldalán elhelyezkedő glükóz transzportert végez. Ez a fehérje egyszerre ragad meg egy glükózmolekulát és egy nátriumiont, és a konformáció megváltoztatásával mindkét anyagot a sejtbe juttatja. Ez az elektrokémiai gradiens energiáját használja fel, amely viszont az ATP nátrium-kálium ATPáz általi hidrolízise következtében jön létre.

Antiport például nátrium-kálium-ATPáz (vagy nátrium-függő ATPáz) hajtja végre. Káliumionokat szállít a sejtbe. a sejtből pedig - nátriumionok. Kezdetben ez a transzporter három iont kapcsol a membrán belső oldalához Na+ . Ezek az ionok megváltoztatják az ATPáz aktív helyének konformációját. Ilyen aktiválás után az ATPáz képes egy ATP-molekulát hidrolizálni, és a foszfátion a membrán belsejében lévő transzporter felületén rögzül.

A felszabaduló energiát az ATPáz konformációjának megváltoztatására fordítják, ami után három ion Na+ és az ion (foszfát) a membrán külsejére kerül. Itt az ionok Na+ leválik és helyükre két ion lép K+ . Ekkor a hordozó konformáció az eredetire változik, és az ionok K+ jelennek meg a membrán belsejében. Itt az ionok K+ leválik, és a vektor újra készen áll a működésre