Kaj je pasivni transport? Transmembransko gibanje različnih makromolekularnih spojin, celičnih komponent, supramolekularnih delcev, ki ne morejo prodreti skozi kanale v membrani, se izvaja s posebnimi mehanizmi, na primer s fagocitozo, pinocitozo, eksocitozo, prenosom skozi medcelični prostor. To pomeni, da se gibanje snovi skozi membrano lahko zgodi z različnimi mehanizmi, ki so razdeljeni glede na znake udeležbe določenih nosilcev v njih, pa tudi porabo energije. Znanstveniki delijo transport snovi na aktivne in pasivne.
Glavni načini prevoza
Pasivni transport je prenos snovi skozi biološko membrano po gradientu (osmotski, koncentracijski, hidrodinamični in drugi), ki ne zahteva porabe energije.
Aktivni transport je prenos snovi skozi biološko membrano proti gradientu. Pri čemerenergija se porabi. Približno 30 - 40% energije, ki nastane kot posledica presnovnih reakcij v človeškem telesu, se porabi za izvajanje aktivnega transporta snovi. Če upoštevamo delovanje človeških ledvic, potem približno 70 - 80% porabljenega kisika porabimo za aktivni transport.
Pasivni transport snovi
vključuje prenos različnih snovi skozi biološke membrane vzdolž različnih gradientov. Ti gradienti so lahko:
- elektrokemični potencialni gradient;
- gradient koncentracije snovi;
- gradient električnega polja;
- gradient osmotskega tlaka in drugo.
Proces izvajanja pasivnega transporta ne zahteva porabe energije. Pojavi se lahko z olajšano in preprosto difuzijo. Kot vemo, je difuzija kaotično gibanje molekul snovi v različnih medijih, ki je posledica energije toplotnih vibracij snovi.
Če je delec snovi električno nevtralen, je smer, v kateri bo prišlo do difuzije, določena z razliko v koncentraciji snovi v mediju, ki je ločen z membrano. Na primer, med oddelki celice, znotraj celice in zunaj nje. Če imajo delci snovi, njeni ioni električni naboj, bo difuzija odvisna ne le od razlike v koncentraciji, temveč tudi od velikosti naboja dane snovi, prisotnosti in znakov naboja na obeh straneh membrane.. Velikost elektrokemičnega gradientaje določena z algebraično vsoto električnih in koncentracijskih gradientov čez membrano.
Kaj zagotavlja transport skozi membrano?
Pasivni membranski transport je možen zaradi prisotnosti gradientov koncentracije snovi, osmotskega tlaka, ki nastane med različnimi stranmi celične membrane, ali električnega naboja. Na primer, povprečna raven ionov Na+ v krvni plazmi je približno 140 mM/l, njegova vsebnost v eritrocitih pa je približno 12-krat višja. Tak gradient, izražen kot razlika v koncentraciji, lahko ustvari gonilno silo, ki zagotavlja prenos molekul natrija na rdeče krvne celice iz krvne plazme.
Upoštevati je treba, da je hitrost takšnega prehoda zelo nizka zaradi dejstva, da je za celično membrano značilna nizka prepustnost za ione te snovi. Ta membrana ima veliko večjo prepustnost v primerjavi s kalijevimi ioni. Energija celičnega metabolizma se ne uporablja za dokončanje procesa preproste difuzije.
Hitrost difuzije
Aktivni in pasivni transport snovi skozi membrano je značilna hitrost difuzije. Lahko ga opišemo s Fickovo enačbo: dm/dt=-kSΔC/x.
V tem primeru je dm/dt količina snovi, ki difundira v eni časovni enoti, k pa je koeficient difuzijskega procesa, ki označuje prepustnost biomembrane za difuzijsko snov. S je enako površini, na kateri se pojavi difuzija, ΔC pa izraža razlikokoncentracija snovi z različnih strani biološke membrane, medtem ko x označuje razdaljo med difuzijskimi točkami.
Očitno se bodo tiste snovi, ki sočasno razpršijo vzdolž gradientov koncentracij in električnih polj, najlažje premikale skozi membrano. Pomemben pogoj za difuzijo snovi skozi membrano so fizikalne lastnosti same membrane, njena prepustnost za vsako posamezno snov.
Zaradi dejstva, da dvosloj membrane tvorijo ogljikovodični radikali fosfolipidov s hidrofobnimi lastnostmi, se snovi hidrofobne narave zlahka difundirajo skoznjo. To velja zlasti za snovi, ki se zlahka raztopijo v lipidih, kot so ščitnični in steroidni hormoni, pa tudi za nekatere narkotične snovi.
Mineralni ioni in snovi z nizko molekulsko maso, ki so hidrofilne narave, difundirajo skozi pasivne membranske ionske kanale, ki nastanejo iz proteinskih molekul, ki tvorijo kanale, in včasih skozi napake membranskega pakiranja fosfolipidnih molekul, ki nastanejo v celični membrani kot posledica toplotnih nihanj.
Pasivni transport čez membrano je zelo zanimiv proces. Če so pogoji normalni, lahko znatne količine snovi prodrejo v dvoslojno membrano le, če so nepolarne in imajo majhno velikost. V nasprotnem primeru pride do prenosa preko nosilnih beljakovin. Podobni procesi vključujejonosilni protein se ne imenuje difuzija, ampak transport snovi skozi membrano.
Olajšana difuzija
Olajšana difuzija, tako kot preprosta difuzija, poteka vzdolž koncentracijskega gradienta snovi. Glavna razlika je v tem, da v procesu prenosa snovi sodeluje posebna beljakovinska molekula, imenovana nosilec.
Olajšana difuzija je vrsta pasivnega prenosa molekul snovi skozi biomembrane, ki se izvaja vzdolž koncentracijskega gradienta z uporabo nosilca.
Prenesi stanja beljakovin
Nosilni protein je lahko v dveh konformacijskih stanjih. Na primer, v stanju A ima ta protein lahko afiniteto do snovi, ki jo nosi, njena vezavna mesta za snov so obrnjena navznoter, zaradi česar nastane pora, ki je odprta na eni strani membrane.
Ko se protein veže na preneseno snov, se njegova konformacija spremeni in ta preide v stanje B. S to transformacijo nosilec izgubi afiniteto do snovi. Iz povezave z nosilcem se sprosti in se premakne v pore že na drugi strani membrane. Ko je bila snov prenesena, nosilni protein ponovno spremeni svojo konformacijo in se vrne v stanje A. Ta transport snovi čez membrano se imenuje uniport.
pospešena hitrost difuzije
Snovi z majhno molekulsko maso, kot je glukoza, se lahko prenašajo skozimembrano z olajšano difuzijo. Takšen transport se lahko pojavi iz krvi v možgane, do celic iz intersticijskih prostorov. Hitrost prenosa snovi s to vrsto difuzije lahko doseže do 108 delcev skozi kanal v eni sekundi.
Kot že vemo, je hitrost aktivnega in pasivnega transporta snovi pri enostavni difuziji sorazmerna z razliko v koncentracijah snovi na obeh straneh membrane. V primeru olajšane difuzije se ta hitrost poveča sorazmerno z naraščajočo razliko v koncentraciji snovi do določene največje vrednosti. Nad to vrednostjo se hitrost ne poveča, čeprav se razlika v koncentracijah z različnih strani membrane še naprej povečuje. Doseganje takšne maksimalne hitrostne točke v procesu pospešene difuzije je mogoče razložiti z dejstvom, da najvišja hitrost pomeni vključevanje vseh razpoložljivih nosilnih proteinov v proces prenosa.
Kateri drugi koncept vključuje aktivni in pasivni transport skozi membrane?
Izmenjava difuzije
Za ta način transporta molekul snovi skozi celično membrano je značilno, da pri izmenjavi sodelujejo molekule iste snovi, ki se nahajajo na različnih straneh biološke membrane. Treba je opozoriti, da se pri takem transportu snovi koncentracija molekul na obeh straneh membrane sploh ne spremeni.
Vrsta izmenjave difuzije
Ena od vrst izmenjave difuzije je izmenjava, pri katerimolekula ene snovi se zamenja za dve ali več molekul druge snovi. Na primer, eden od načinov, kako se pozitivni kalcijevi ioni odstranijo iz gladkih mišičnih celic bronhijev in posod iz kontraktilnih miocitov srca, je njihova izmenjava za natrijeve ione, ki se nahajajo zunaj celice. En natrijev ion se v tem primeru zamenja za tri kalcijeve ione. Tako pride do gibanja natrija in kalcija skozi membrano, ki je medsebojno odvisna. Ta vrsta pasivnega transporta čez celično membrano se imenuje antiport. Na ta način se celica lahko znebi kalcijevih ionov, ki so prisotni v presežku. Ta postopek je potreben, da se gladki miociti in kardiomiociti sprostijo.
Ta članek je preučil aktivni in pasivni transport snovi skozi membrano.
