The buněčný transport zahrnuje přenos a pohyb molekul mezi vnitřkem a vnějškem buněk. Výměna molekul mezi těmito kompartmenty je základním jevem pro správné fungování organismu a zprostředkovává řadu událostí, jako je membránový potenciál, abychom jmenovali alespoň některé..
Biologické membrány jsou nejen odpovědné za vymezení buňky, ale také hrají nepostradatelnou roli při obchodování s látkami. Mají řadu proteinů, které procházejí strukturou a velmi selektivně umožňují nebo neumožňují vstup určitých molekul.
Buněčný transport se dělí na dva hlavní typy, podle toho, zda systém využívá energii přímo.
Pasivní transport nevyžaduje energii a molekulám se podaří projít membránou pasivní difúzí vodnými kanály nebo transportovanými molekulami. Směr aktivního transportu je určen výhradně koncentračními gradienty mezi oběma stranami membrány..
Naproti tomu druhý typ dopravy vyžaduje energii a nazývá se aktivní doprava. Díky energii vstřikované do systému mohou čerpadla pohybovat molekulami proti jejich koncentračním gradientům. Nejvýznamnějším příkladem v literatuře je sodno-draselné čerpadlo..
Rejstřík článků
Abychom pochopili, jak dochází k přenosu látek a molekul mezi buňkou a sousedními oddíly, je nutné analyzovat strukturu a složení biologických membrán..
Buňky jsou obklopeny tenkou a složitou membránou lipidové povahy. Základní složkou jsou fosfolipidy.
Jsou tvořeny polární hlavou a nepolárními ocasy. Membrány jsou složeny ze dvou vrstev fosfolipidů - „lipidových dvojvrstev“ - ve kterých jsou ocasy seskupeny uvnitř a hlavy směřují k extra a intracelulárním plochám..
Molekuly, které mají polární i nepolární zóny, se nazývají amfipatické. Tato vlastnost je zásadní pro prostorovou organizaci lipidových složek v membránách..
Tuto strukturu sdílejí membrány, které obklopují subcelulární kompartmenty. Pamatujte, že mitochondrie, chloroplasty, vezikuly a další organely jsou také obklopeny membránou..
Kromě fosfoglyceridů nebo fosfolipidů jsou membrány bohaté na sfingolipidy, které mají kostry tvořené molekulou zvanou sfingosin a steroly. V této poslední skupině najdeme cholesterol, lipid, který moduluje vlastnosti membrány, jako je její tekutost..
Membrána je dynamická struktura, která uvnitř obsahuje více proteinů. Membránové proteiny fungují jako druh molekulárních „vrátných“ nebo „strážců“, kteří s velkou selektivitou definují, kdo do buňky vstupuje a kdo ji opouští.
Z tohoto důvodu se říká, že membrány jsou polopropustné, protože některým sloučeninám se podaří vstoupit a jiným ne..
Ne všechny proteiny, které jsou v membráně, jsou odpovědné za zprostředkování přenosu. Jiní jsou zodpovědní za zachycení vnějších signálů, které produkují buněčnou reakci na vnější podněty.
Lipidový vnitřek membrány je vysoce hydrofobní, což činí membránu vysoce nepropustnou pro průchod molekul polární nebo hydrofilní povahy (tento termín znamená „zamilovaný do vody“)..
To znamená další potíže s průchodem polárních molekul. Přechod ve vodě rozpustných molekul je však nezbytný, a proto mají buňky řadu transportních mechanismů, které umožňují efektivní pohyb těchto látek mezi buňkou a jejím vnějším prostředím..
Podobně musí být transportovány velké molekuly, jako jsou proteiny, a vyžadují speciální systémy..
K pohybu částic buněčnými membránami dochází podle následujících fyzikálních principů.
Těmito principy jsou difúze a osmóza a platí pro pohyb rozpuštěných látek a rozpouštědel v roztoku přes polopropustnou membránu - například biologické membrány nacházející se v živých buňkách..
Difúze je proces, který zahrnuje náhodný tepelný pohyb suspendovaných částic z oblastí s vysokou koncentrací do oblastí s nižší koncentrací. Existuje matematický výraz, který se snaží popsat proces, a ten se nazývá Fickova difúzní rovnice, ale nebudeme se tím zabývat.
S ohledem na tento koncept můžeme definovat termín propustnost, který se vztahuje k rychlosti, s jakou se látce podaří za určitých specifických podmínek pasivně proniknout membránou..
Na druhou stranu se voda také pohybuje podél svého koncentračního gradientu v jevu zvaném osmóza. Ačkoli se zdá nepřesné odkazovat na koncentraci vody, musíme pochopit, že vitální kapalina se chová jako každá jiná látka, pokud jde o její difúzi.
Vezmeme-li v úvahu popsané fyzikální jevy, směr dopravy budou určovat koncentrace, které existují uvnitř buňky i venku..
Tonicita roztoku je tedy odpovědí buněk ponořených do roztoku. V tomto scénáři se používá určitá terminologie:
Buňka, tkáň nebo roztok je izotonický vůči jiné, pokud je koncentrace v obou prvcích stejná. Ve fyziologickém kontextu buňka ponořená do izotonického prostředí nezažije žádnou změnu..
Řešení je vzhledem k buňce hypotonické, pokud je koncentrace rozpuštěných látek venku nižší - to znamená, že buňka má více rozpuštěných látek. V tomto případě má voda tendenci vstupovat do buňky.
Pokud dáme červené krvinky do destilované vody (bez rozpuštěných látek), voda by vnikla, dokud nepraskla. Tento jev se nazývá hemolýza..
Řešení je hypertonické vzhledem k buňce, pokud je koncentrace rozpuštěných látek vyšší na vnější straně - to znamená, že buňka má méně rozpuštěných látek.
V tomto případě je tendencí vody opustit buňku. Pokud vložíme červené krvinky do koncentrovanějšího roztoku, voda v krvinkách má tendenci vytékat a buňka získává vrásčitý vzhled..
Tyto tři koncepty mají biologický význam. Například vejce mořského organismu musí být izotonická vzhledem k mořské vodě, aby nepraskla a neztrácela vodu..
Podobně musí mít paraziti, kteří žijí v krvi savců, koncentraci rozpuštěných látek podobnou prostředí, ve kterém se vyvíjejí..
Když mluvíme o iontech, což jsou nabité částice, pohyb membránami není výhradně směrován koncentračními gradienty. V tomto systému musí být brány v úvahu náboje rozpuštěných látek.
Ion má tendenci se vzdalovat od oblastí, kde je vysoká koncentrace (jak je popsáno v části o osmóze a difúzi), a také pokud je iont záporný, bude se pohybovat směrem k regionům, kde je rostoucí negativní potenciál. Nezapomeňte, že různé poplatky přitahují a podobné poplatky odpuzují.
Abychom mohli předpovědět chování iontu, musíme přidat součet sil koncentračního gradientu a elektrického gradientu. Tento nový parametr se nazývá čistý elektrochemický gradient..
Druhy buněčného transportu jsou klasifikovány v závislosti na použití - či nikoli - energie systémem v pasivních a aktivních pohybech. Níže budeme podrobně popisovat každou z nich:
Pasivní pohyby membránami zahrnují průchod molekul bez přímé potřeby energie. Protože tyto systémy nezahrnují energii, záleží výhradně na gradientech koncentrace (včetně elektrických), které existují přes plazmatickou membránu..
Přestože se energie odpovědná za pohyb částic ukládá v takových gradientech, je vhodné a pohodlné pokračovat v procesu považování za pasivní..
Existují tři základní dráhy, kterými mohou molekuly pasivně procházet z jedné strany na druhou:
Nejjednodušší a nejintuitivnější způsob transportu rozpuštěné látky je její průchod membránou podle výše zmíněných gradientů..
Molekula difunduje plazmatickou membránou, přičemž ponechává vodnou fázi stranou, rozpouští se v lipidové části a nakonec vstupuje do vodné části vnitřku buňky. Totéž se může stát v opačném směru, zevnitř buňky ven..
Efektivní průchod membránou bude určen úrovní tepelné energie, kterou systém vlastní. Pokud je dostatečně vysoká, bude molekula schopna projít membránou.
Při podrobnějším pohledu musí molekula rozbít všechny vodíkové vazby vytvořené ve vodné fázi, aby mohla přejít do lipidové fáze. Tato událost vyžaduje 5 kcal kinetické energie pro každý přítomný odkaz.
Dalším faktorem, který je třeba vzít v úvahu, je rozpustnost molekuly v lipidové zóně. Mobilita je ovlivňována řadou faktorů, jako je molekulová hmotnost a tvar molekuly.
Jednoduchá kinetika difúzní pasáže vykazuje kinetiku nesaturace. To znamená, že vstup se zvyšuje úměrně s koncentrací rozpuštěné látky, která má být transportována v extracelulární oblasti..
Druhou alternativou pro průchod molekul pasivní cestou je vodný kanál umístěný v membráně. Tyto kanály jsou druhem pórů, které umožňují průchod molekuly a vyhýbají se kontaktu s hydrofobní oblastí.
Určité nabité molekuly dokáží vstoupit do buňky sledováním jejich koncentračního gradientu. Díky tomuto systému kanálů naplněných vodou jsou membrány vysoce nepropustné pro ionty. Mezi těmito molekulami vyniká sodík, draslík, vápník a chlor..
Poslední alternativou je kombinace sledované látky s molekulou nosiče, která maskuje její hydrofilní povahu, takže prochází částí membrány bohaté na lipidy..
Transportér zvyšuje rozpustnost lipidů v molekule, kterou je třeba transportovat, a podporuje jeho průchod ve prospěch koncentračního gradientu nebo elektrochemického gradientu..
Tyto nosné proteiny fungují různými způsoby. V nejjednodušším případě se rozpuštěná látka přenáší z jedné strany membrány na druhou. Tento typ se nazývá uniport. Naopak, pokud je současně přepravována nebo rozpojována další rozpuštěná látka, transportér se nazývá spojený.
Pokud spojený transportér mobilizuje dvě molekuly ve stejném směru, jedná se o symport, a pokud tak učiní v opačných směrech, je transportér opěrný.
Je to typ buněčného transportu, při kterém rozpouštědlo selektivně prochází semipermeabilní membránou.
Voda má například tendenci přecházet na stranu buňky, kde je její koncentrace nižší. Pohyb vody v této cestě generuje tlak nazývaný osmotický tlak.
Tento tlak je nezbytný k regulaci koncentrace látek v buňce, která pak ovlivňuje tvar buňky..
V tomto případě je pohyb některých rozpuštěných látek produkován účinkem hydrostatického tlaku, od oblasti největšího tlaku po oblast nejnižšího tlaku. V lidském těle k tomuto procesu dochází v ledvinách díky krevnímu tlaku generovanému srdcem.
Tímto způsobem voda, močovina atd. Prochází z buněk do moči; a hormony, vitamíny atd. zůstávají v krvi. Tento mechanismus je také známý jako dialýza..
Existují látky s velmi velkými molekulami (například glukóza a jiné monosacharidy), které potřebují k difúzi nosný protein. Tato difúze je rychlejší než jednoduchá difúze a závisí na:
Jedním z těchto transportních proteinů je inzulín, který usnadňuje difúzi glukózy a snižuje její koncentraci v krvi.
Dosud jsme diskutovali o průchodu různých molekul kanály bez nákladů na energii. V těchto případech je jedinou cenou generování potenciální energie ve formě diferenciálních koncentrací na obou stranách membrány..
Směr dopravy je tedy určen existujícím gradientem. Rozpuštěné látky se začínají transportovat podle výše uvedených principů difúze, dokud nedosáhnou bodu, kde končí čistá difúze - v tomto bodě bylo dosaženo rovnováhy. V případě iontů je pohyb ovlivněn také nábojem.
Jediným případem, kdy je distribuce iontů na obou stranách membrány ve skutečné rovnováze, je, když je buňka mrtvá. Všechny živé buňky investují velké množství chemické energie, aby udržovaly koncentrace rozpuštěných látek v rovnováze..
Energií používanou k udržení těchto procesů v aktivním stavu je obecně molekula ATP. Adenosintrifosfát, zkráceně ATP, je základní molekulou energie v buněčných procesech.
Aktivní transport může působit proti koncentračním gradientům, bez ohledu na to, jak jsou strmé - tato vlastnost bude jasná s vysvětlením sodno-draselného čerpadla (viz níže).
Aktivní transportní mechanismy mohou pohybovat více než jednou třídou molekul najednou. U aktivního transportu se používá stejná klasifikace uvedená pro transport několika molekul současně v pasivním transportu: symport a anti-support..
Transport těmito pumpami lze inhibovat aplikací molekul, které specificky blokují klíčová místa na proteinu..
Kinetika transportu je typu Michaelis-Menten. Obě chování - inhibovaná určitou molekulou a kinetikou - jsou typickými charakteristikami enzymatických reakcí..
Nakonec musí systém obsahovat specifické enzymy, které jsou schopné hydrolyzovat molekulu ATP, jako jsou ATPázy. Toto je mechanismus, kterým systém získává energii, která ji charakterizuje..
Zapojená čerpadla jsou extrémně selektivní v molekulách, které budou transportovány. Například pokud je pumpa nosičem sodíkových iontů, nebude trvat ionty lithia, i když jsou oba ionty velmi podobné velikosti..
Předpokládá se, že proteiny jsou schopny rozlišit mezi dvěma diagnostickými charakteristikami: snadnou dehydratací molekuly a interakcí s náboji uvnitř póru transportéru..
Je známo, že velké ionty se snadno dehydratují ve srovnání s malým iontem. Pór se slabými polárními středy tedy bude přednostně používat velké ionty.
Naopak v kanálech se silně nabitými centry převládá interakce s dehydratovaným iontem..
Abychom vysvětlili mechanismy aktivního transportu, je nejlepší to udělat pomocí nejlépe prozkoumaného modelu: sodno-draselného čerpadla..
Pozoruhodnou vlastností buněk je schopnost udržovat strmé gradienty sodíkových iontů (Na+) a draslík (K.+).
Ve fyziologickém prostředí je koncentrace draslíku uvnitř buněk 10–20krát vyšší než ve vnějších buňkách. Naproti tomu jsou sodné ionty mnohem koncentrovanější v extracelulárním prostředí..
S principy, které pasivně řídí pohyb iontů, by bylo nemožné tyto koncentrace udržovat, proto buňky vyžadují aktivní transportní systém a to je sodno-draselné čerpadlo.
Pumpa je tvořena proteinovým komplexem typu ATPázy ukotveným na plazmatické membráně všech živočišných buněk. To má vazebná místa pro oba ionty a je zodpovědné za transport se vstřikováním energie.
V tomto systému existují dva faktory, které určují pohyb iontů mezi buněčným a extracelulárním oddílem. První je rychlost, při které působí sodno-draselné čerpadlo, a druhým faktorem je rychlost, při které iont může znovu vstoupit do buňky (v případě sodíku) v důsledku událostí pasivní difúze..
Tímto způsobem určuje rychlost, kterou ionty vstupují do buňky, rychlost, kterou musí čerpadlo pracovat, aby udržovalo příslušnou koncentraci iontů..
Provoz pumpy závisí na řadě konformačních změn v proteinu, který je zodpovědný za transport iontů. Každá molekula ATP je přímo hydrolyzována, přičemž v tomto procesu tři ionty sodíku opouštějí buňku a současně dva ionty draslíku vstupují do buněčného prostředí.
Je to další typ aktivního transportu, který pomáhá při pohybu makromolekul, jako jsou polysacharidy a proteiny. Může to být dáno:
Existují tři procesy endocytózy: fagocytóza, pinocytóza a endocytóza zprostředkovaná ligandem:
Fagocytóza typ transportu, při kterém je pevná částice pokryta vezikulem nebo fagozomem tvořeným kondenzovanými pseudopody. Tato pevná částice, která zůstává uvnitř vezikuly, je trávena enzymy a dostává se tak dovnitř buňky.
Takto fungují bílé krvinky v těle; pohltí bakterie a cizí tělesa jako obranný mechanismus.
Pinocytóza nastává, když je látkou, která má být transportována, kapička nebo váček extracelulární tekutiny a membrána vytváří pinocytický váček, ve kterém je obsah váčku nebo kapičky zpracován tak, že se vrací na povrch buňky..
Je to proces podobný pinocytóze, ale v tomto případě dojde k invaginaci membrány, když se určitá molekula (ligand) váže na membránový receptor.
Několik endocytických váčků se spojuje a tvoří větší strukturu zvanou endosom, což je místo, kde je ligand oddělen od receptoru. Receptor se poté vrací na membránu a ligand se váže na liposom, kde je tráven enzymy..
Jedná se o typ buněčného transportu, při kterém musí být látka přenášena mimo buňku. Během tohoto procesu se sekreční vezikulární membrána váže na buněčnou membránu a uvolňuje obsah vezikuly..
Tímto způsobem buňky vylučují syntetizované látky nebo odpadní látky. Takto také uvolňují hormony, enzymy nebo neurotransmitery.
Zatím žádné komentáře