סוגי תחבורה סלולריים ומאפייניהם

ה תחבורה סלולרית זה כרוך את התנועה ואת העקירה של מולקולות בין מבפנים לבין החיצוני של התאים. החלפת המולקולות בין תאים אלה היא תופעה מהותית לתפקוד הנכון של האורגניזם, ומתווכת סדרה של אירועים, כגון פוטנציאל ממברנה, להזכיר כמה.

הממברנות הביולוגיות אינן אחראיות רק לתיחום התא, אלא גם לתפקיד חיוני בתנועה של חומרים. יש להם סדרה של חלבונים החוצים את המבנה, ובאופן סלקטיבי מאוד, מאפשרים או לא כניסה של מולקולות מסוימות.

התחבורה הסלולארית מסווגת לשני סוגים עיקריים, תלוי אם המערכת משתמשת באנרגיה ישירות או לא.

התחבורה הפסיבית אינה דורשת אנרגיה, והמולקולות מצליחות לחצות את הממברנה באמצעות דיפוזיה פסיבית, באמצעות תעלות מימיות או באמצעות מולקולות מועברות. הכיוון של התחבורה הפעילה נקבע באופן בלעדי על ידי שיפוע הריכוז בין שני צדי הממברנה.

לעומת זאת, הסוג השני של התחבורה דורש אנרגיה ונקרא תחבורה אקטיבית. הודות לאנרגיה שהוזרקו למערכת, המשאבות יכולות להזיז את המולקולות כנגד המדרגיות שלהן. הדוגמה הבולטת ביותר בספרות היא משאבת אשלגן-נתרן.

אינדקס

• 1 בסיסים תיאורטיים
  • 1.1 - קרום התא
  • 1.2-ליפידים בקרום
  • 1.3 - חלבונים בקרום
  • 1.4 - סלקטיביות של הממברנה
  • 1.5-דיפוזיה ו אוסמוזה
  • 1.6-טוני
  • 1.7 - חשמל
• תחבורה טרנסממברנית פסיבית
  • 2.1 שידור פשוט
  • 2.2 תעלות מימיות
  • 2.3 מולקולה
  • 2.4 אוסמוזה
  • 2.5 Ultrafiltration
  • 2.6 הפצה מפיצה
• תחבורה טרנסממברנית פעילה
  • 3.1 תכונות תחבורה אקטיבית
  • 3.2 סלקטיביות תחבורה
  • 3.3 דוגמה להובלה פעילה: משאבת אשלגן-נתרן
  • 3.4 כיצד פועלת המשאבה?
• תחבורה המונית
  • 4.1 - אנדוציטוזה
  • 4.2 - אקסוציטוזה
• 5 הפניות

בסיסים תיאורטיים

-קרום התא

כדי להבין כיצד מתרחש סחר של חומרים ומולקולות בין התא לבין התאים הסמוכים, יש צורך לנתח את המבנה וההרכב של הממברנות הביולוגיות.

-שומנים בקרום

התאים מוקפים בקרום דק ומורכב של טבע שומנים. המרכיב הבסיסי הוא phospholipids.

אלה מורכבים ראש הקוטב זנבות אפולריים. הממברנות מורכבות משתי שכבות של פוספוליפידים - "bilayers השומנים" - שבו זנבות מקובצים בפנים ואת הראשים לתת פנים תאיים נוספות.

המולקולות שיש להן אזורי קוטב ואפולאר נקראות אמפיפאטיות. תכונה זו היא חיונית עבור הארגון המרחבי של רכיבי השומנים בתוך הממברנות.

מבנה זה משותף על ידי הממברנות המקיפות את תאיים subcellular. זכור כי גם המיטוכונדריה, chloroplasts, שלפוחית ​​האברונים האחרים מוקפים קרום.

בנוסף לפוספוגליצרידים או לפוספוליפידים, הממברנות עשירות בספינגוליפידים, שיש להם שלדים הנוצרים ממולקולה הנקראת ספינגוזין וסטרול. בקבוצה האחרונה זו אנו מוצאים כולסטרול, שומנים המווסתים את תכונות הממברנה, כמו נזילותה.

-חלבונים בקרום

הממברנה היא מבנה דינמי, המכיל חלבונים מרובים בפנים. החלבונים של הממברנה פועלים כסוג של "שומרי סף" או "שומרים" מולקולריים, אשר מגדירים עם סלקטיביות רבה הנכנסת ומי עוזב את התא.

מסיבה זו, הוא אמר כי הממברנות הם sempermeable, שכן כמה תרכובות הצליחו להיכנס ואחרים לא..

לא כל החלבונים הנמצאים בקרום אחראים לתיווך התנועה. אחרים אחראים ללכידת אותות חיצוניים המייצרים תגובה סלולרית לגירויים חיצוניים.

-סלקטיביות של הממברנה

פנים השומנים של הממברנה הוא מאוד הידרופובי, מה שהופך את הממברנה מאוד בלתי חדיר למעבר של מולקולות קוטביות או הידרופיליות (מונח זה פירושו "מאוהב במים").

זה מרמז על קושי נוסף במעבר של מולקולות קוטביות. עם זאת, המעבר של מולקולות hydrosoluble הוא הכרחי, ולכן התאים יש סדרה של מנגנוני תחבורה המאפשרים עקירה יעילה של חומרים אלה בין התא לסביבתו החיצונית..

באותו אופן, מולקולות גדולות, כגון חלבונים, חייב להיות מועבר דורשים מערכות מיוחדות.

-דיפוזיה ואוסמוזה

התנועה של חלקיקים דרך קרום התא מתרחשת בעקבות העקרונות הפיזיים הבאים.

עקרונות אלה הם דיפוזיה ואוסמוזה ומוחלים על תנועת הממיסים והממיסים בפתרון באמצעות קרום למחצה - כגון הממברנות הביולוגיות הנמצאות בתאים חיים..

דיפוזיה היא תהליך זה כרוך תנועה תרמית אקראית של חלקיקים תלויים מאזורים של ריכוזים גבוהים כלפי אזורים של ריכוז נמוך יותר. יש ביטוי מתמטי המבקש לתאר את התהליך ונקרא משוואת דיפוזיה של פיק, אבל לא נלך אליו.

עם המושג הזה בחשבון, אנו יכולים להגדיר את חדירות המונח, אשר מתייחס לשיעור שבו חומר חודר את הממברנה פסיבית תחת סדרה של תנאים קונקרטיים.

מצד שני, גם מים נעים לטובת שיפוע הריכוז שלה בתופעה הקרויה אוסמוזה. למרות שזה לא מדויק להתייחס ריכוז של מים, עלינו להבין כי נוזל חיוני מתנהג כמו כל חומר אחר, במונחים של התפוצה שלה.

-טוניסיה

אם ניקח בחשבון את התופעות הפיזיות המתוארות, הריכוזים הקיימים בתוך התא ומחוץ יקבעו את כיוון התחבורה.

לפיכך, טוניסיטי של פתרון הוא התגובה של תאים שקועים פתרון. מונח זה חל על תרחיש זה:

איזוטוני

תא, רקמה, או פתרון הוא איזוטוני ביחס אחר אם הריכוז שווה בשני האלמנטים. בהקשר פיזיולוגי, תא שקוע בסביבה איזוטונית לא יחווה כל שינוי.

היפוטוני

הפתרון הוא היפוטוני ביחס לתא אם ריכוז הממיסים הוא נמוך יותר בחוץ - כלומר, התא יש יותר solutes. במקרה זה, הנטייה של מים היא להיכנס לתא.

אם אנחנו שמים תאי דם אדומים במים מזוקקים (ללא תמיסות), המים היו נכנסים עד להתפוצצות. תופעה זו נקראת המוליזה.

היפרטוני

פתרון הוא היפרטוני ביחס לתא אם הריכוז של המומסים הוא גבוה יותר בחוץ - כלומר, התא יש פחות solutes.

במקרה זה, הנטייה של מים היא לעזוב את התא. אם אנחנו שמים תאי דם אדומים בפתרון מרוכז יותר, המים בכדורים נוטים לצאת והתא רוכש מראה מקומטת.

לשלושת המושגים הללו יש רלוונטיות ביולוגית. לדוגמה, ביצים של האורגניזם הימי חייב להיות איזוטוני ביחס למי הים כדי לא להתפוצץ ולא לאבד מים.

באופן דומה, טפילים החיים בדם של יונקים צריכים להיות ריכוז של מומסים דומים למדיום שבו הם מתפתחים..

-השפעה חשמלית

כאשר אנו מדברים על יונים, שהם חלקיקים טעונים, התנועה דרך הממברנות אינה מכוונת אך ורק על ידי מעברי הריכוז. במערכת זו יש צורך לקחת בחשבון את המון המוחות.

היון נוטה להתרחק מהאזורים שבהם הריכוז גבוה (כפי שמתואר בסעיף על אוסמוזה ודיפוזיה), וגם אם היון הוא שלילי, הוא יתקדם לעבר האזורים שבהם קיים פוטנציאל שלילי גובר. זכור כי חיובים שונים נמשכים, ואת החיובים שווים להדוף.

כדי לחזות את ההתנהגות של יון, עלינו להוסיף את הכוחות המשולבים של שיפוע הריכוז ואת שיפוע חשמלי. פרמטר חדש זה נקרא שיפוע אלקטרוכימי נטו.

סוגי התחבורה הסלולרית מסווגים בהתאם לשימוש - או לא - של אנרגיה על ידי המערכת בתנועות פסיביות ותפעוליות. נתאר כל אחד מהם בפירוט להלן:

תחבורה פסיבית טרנסממברנית

תנועות פסיביות דרך הממברנות כרוכות במעבר של מולקולות ללא צורך ישיר באנרגיה. כמו מערכות אלה אינם כרוכים באנרגיה, זה תלוי אך ורק על gradients ריכוז (כולל אלה חשמליים) הקיימות דרך קרום הפלזמה.

למרות שהאנרגיה האחראית על תנועת החלקיקים מאוחסנת במעברים כאלה, ראוי ונוח להמשיך ולהתייחס לתהליך כאל פסיבי.

ישנם שלושה מסלולים בסיסיים שבאמצעותם יכולים המולקולות לעבור באופן פאסיבי מצד אחד למשנהו:

דיפוזיה פשוטה

הדרך הפשוטה והאינטואיטיבית ביותר להובלת מומס היא לחצות את הממברנה בעקבות מעברי הצבע שהוזכרו לעיל..

המולקולה מתפזרת דרך קרום הפלזמה, משאירה בצד את השלב מימי, מתמוסס בחלק השומנים, ולבסוף נכנס חלק מימית של פנים התא. אותו הדבר יכול לקרות בכיוון ההפוך, מבפנים של התא אל החוץ.

המעבר היעיל דרך הממברנה יקבע את רמת האנרגיה התרמית שיש למערכת. אם הוא גבוה מספיק, המולקולה תהיה מסוגלת לחצות את הממברנה.

במבט מפורט יותר, המולקולה חייבת לשבור את כל קשרי המימן שנוצרו בשלב מימי כדי להיות מסוגל לעבור לשלב השומנים. אירוע זה דורש 5 קלוריות של אנרגיה קינטית עבור כל קישור הנוכחי.

הגורם הבא שיש לקחת בחשבון הוא מסיסות של המולקולה באזור השומנים. הניידות מושפעת ממגוון גורמים, כגון המשקל המולקולרי והצורה של המולקולה.

הקינטיקה של צעד דיפוזיה פשוטה מציגה קינטיקה שאינם רוויה. משמעות הדבר היא כי קלט מגדילה ביחס ריכוז של המומס להיות מועבר באזור תאיים.

תעלות מימיות

החלופה השנייה של מולקולות חולפות דרך המסלול הפסיבי היא דרך תעלה מימית הממוקמת בקרום. ערוצים אלה הם סוג של נקבוביות המאפשרים את המעבר של המולקולה, הימנעות ממגע עם האזור הידרופובי.

מולקולות טעונות מסוימות לנהל להיכנס לתא בעקבות שיפוע הריכוז שלה. בזכות מערכת זו של ערוצים מלאים במים, הממברנות הם בלתי חדיר מאוד יונים. בתוך מולקולות אלה להתבלט נתרן, אשלגן, סידן וכלור.

מולקולה מסוע

החלופה האחרונה היא שילוב של המומס של עניין עם מולקולה המסיכה כי מסכות הטבע הידרופילי שלה, כך שהוא משיג את המעבר דרך החלק שומנים שומנים של הממברנה.

טרנספורטר מגביר את מסיסות השומנים של המולקולה כי צריך להיות מועבר ו מעדיף המעבר שלה לטובת שיפוע הריכוז או שיפוע אלקטרוכימי.

אלה חלבונים transporter לעבוד בדרכים שונות. במקרה הפשוט ביותר, מומס מועבר מצד אחד של הממברנה לאחרת. סוג זה נקרא תמיכה. לעומת זאת, אם מומס אחר הוא מועבר בו זמנית, או מצמידים, טרנספורטר נקרא קדימונים.

אם המסוע המשולב מזיז את שתי המולקולות באותו כיוון הוא פשוט ואם הוא עושה את זה בכיוונים מנוגדים, המסוע הוא antiport.

אוסמוזה

זהו סוג של תחבורה הסלולר שבו ממס ממסרת סלקטיבי דרך קרום למחצה sempermeable.

מים, למשל, נוטים לעבור ליד התא שבו הריכוז נמוך יותר. תנועת המים בנתיב זה יוצרת לחץ שנקרא לחץ אוסמוטי.

לחץ זה הוא הכרחי כדי לווסת את ריכוז החומרים בתא, אשר לאחר מכן משפיע על הצורה של התא.

אולטרה

במקרה זה, התנועה של כמה מומסים מיוצר על ידי ההשפעה של לחץ הידרוסטטי, מן השטח של הלחץ הגבוה ביותר ללחץ הנמוך ביותר. בגוף האדם, תהליך זה מתרחש בכליות בזכות לחץ הדם שנוצר על ידי הלב.

בדרך זו המים, אוריאה, וכו ', עובר מהתאים אל השתן; ו הורמונים, ויטמינים, וכו ', להישאר בדם. מנגנון זה ידוע גם בשם דיאליזה.

הפצה נוחה

ישנם חומרים עם מולקולות גדולות מאוד (כגון גלוקוז ושאר מונוסכרידים), אשר צריך חלבון המוביל להתפשט. דיפוזיה זו מהירה יותר מאשר דיפוזיה פשוטה ותלויה ב:

• שיפוע הריכוז של החומר.
• כמות חלבונים טרנספורטר נוכח בתא.
• המהירות של החלבונים הנוכחי.

אחד מחלבוני הטרנספורטר הוא אינסולין, אשר מאפשר את הפיזור של גלוקוז, הפחתת ריכוז הדם.

תחבורה טרנסממברנית פעילה

עד כה דיברנו על מעבר של מולקולות שונות באמצעות ערוצים ללא עלות אנרגיה. באירועים אלה, העלות היחידה היא לייצר את האנרגיה הפוטנציאלית בצורה של ריכוזים דיפרנציאליים משני צידי הממברנה.

בדרך זו, כיוון התחבורה נקבע על ידי שיפוע הקיים. החלילים מתחילים להיות מועברים על פי העקרונות של דיפוזיה, עד שהם מגיעים לנקודה שבה דיפוזיה נטו מסתיים - בשלב זה שיווי משקל כבר הגיע. במקרה של יונים, התנועה מושפעת גם מהעומס.

עם זאת, במקרה היחיד שבו התפלגות היונים משני צידי הממברנה נמצאת בשיווי משקל אמיתי כאשר התא מת. כל התאים החיים משקיעים כמות גדולה של אנרגיה כימית כדי לשמור על ריכוזי המומסים הרחק משווי משקל.

האנרגיה המשמשת לשמירה על תהליכים אלה היא, בדרך כלל, מולקולת ה- ATP. אדנוזין טריפוספט, מקוצר כמו ATP, הוא מולקולה האנרגיה הבסיסית בתהליכים הסלולר.

מאפייני התחבורה הפעילה

התחבורה האקטיבית יכולה לפעול נגד מעברי ריכוז, לא משנה עד כמה הם מסומנים - תכונה זו תהיה ברורה עם ההסבר של נתרן - אשלגן משאבת (ראה להלן).

מנגנוני התחבורה האקטיבית יכולים להעביר יותר ממחלקה אחת של מולקולה בכל פעם. עבור תחבורה פעילה אותו סיווג שהוזכר משמש להובלת מספר מולקולות בו זמנית בתחבורה פסיבית:.

התחבורה המתבצעת על ידי משאבות אלה יכולה להיות מעוכבת על ידי יישום של מולקולות שחוסמים באופן ספציפי אתרים חיוניים בחלבון.

קינטיקת ההובלה היא מסוג מייקל-מנטן. שתי התנהגויות - להיות מעוכבת על ידי כמה מולקולה וקינטיקה - הם מאפיינים טיפוסיים של תגובות אנזימטיות.

לבסוף, המערכת חייבת להיות אנזימים ספציפיים שיכולים hydrolyze את מולקולת ה- ATP, כגון ATPases. זהו המנגנון שבו המערכת מקבלת את האנרגיה המאפיינת אותו.

תחבורה סלקטיביות

המשאבות המעורבות סלקטיביות ביותר במולקולות שיובלו. לדוגמה, אם המשאבה היא נשאית של יונים נתרן, זה לא ייקח ליתיום יונים, אם כי שני היונים דומים מאוד בגודל.

ההנחה היא כי חלבונים יכולים להבחין בין שתי תכונות אבחון: הקלות של התייבשות המולקולה ואת האינטראקציה עם המטענים בתוך הנקבובית של הטרנספורטר.

זה ידוע כי יונים גדולים לנהל להתייבש בקלות, אם נשווה אותם עם יון קטן. לכן, נקבוביות עם מרכזי הקוטב חלש ישתמש יונים גדולים, רצוי.

לעומת זאת, בערוצים עם מרכזי טעון חזק, אינטראקציה עם יון מיובש שולטת.

דוגמה לתחבורה פעילה: משאבת אשלגן-נתרן

כדי להסביר את המנגנונים של התחבורה הפעילה עדיף לעשות את זה עם המודל הנלמד הטוב ביותר: נתרן - משאבת אשלגן.

מאפיין בולט של תאים הוא היכולת לשמור על הדרגתי מובהק של יונים נתרן (Na⁺) ואשלגן (K⁺).

בסביבה הפיזיולוגית, הריכוז של אשלגן בתוך התאים הוא 10 עד 20 פעמים גבוה יותר מאשר מחוץ לתאים. לעומת זאת, יונים נתרן נמצאים הרבה יותר מרוכזים בסביבה תאיים.

עם העקרונות השולטים בתנועה של יונים באופן פסיבי, זה יהיה בלתי אפשרי לשמור על ריכוזים אלה, ולכן התאים דורשים מערכת תחבורה פעיל וזה סודיום - משאבת אשלגן.

המשאבה נוצרת על ידי קומפלקס חלבונים מסוג ATPase המעוגן בקרום הפלסמה של כל תאי החיה. זה יש אתרים מחייבים עבור שני יונים והוא אחראי על התחבורה עם הזרקת אנרגיה.

איך המשאבה עובדת?

במערכת זו, ישנם שני גורמים הקובעים את תנועת היונים בין תאים תאיים תאיים. הראשון הוא המהירות שבה משאבת אשלגן נתרן פועל, ואת הגורם השני הוא המהירות שבה יון יכול להיכנס לתא שוב (במקרה של נתרן), באמצעות אירועים דיפוזיה פסיבית.

בדרך זו, המהירות שבה יונים להיכנס לתא קובע את המהירות שבה המשאבה צריך לעבוד כדי לשמור על הריכוז המתאים של יונים..

פעולת המשאבה תלויה בשורה של שינויים קונפורמטיביים בחלבון האחראי להובלת היונים. כל מולקולה של ATP הוא הידרוליזה ישירות, בתהליך שלושה יונים נתרן לעזוב את התא באותו זמן להזין שני אשלגן יונים לתוך הסביבה התא.

תחבורה המונית

זהו סוג אחר של תחבורה פעיל המסייע בתנועה של מקרומולקולות, כגון סוכרים וחלבונים. זה יכול להתרחש באמצעות:

-אנדוציטוזה

ישנם שלושה תהליכים של אנדוציטוזה: phagocytosis, Pinocytosis ו- endigytosis ליגנד בתיווך:

Phagocytosis

Phagocytosis הוא סוג של תחבורה שבה חלקיק מוצק מכוסה על ידי שלפוחית ​​או phagosome שנוצרו על ידי pseudopods התמזגו. החלקיק המוצק שנותר בתוך שלפוחית ​​הוא מתעכל על ידי אנזימים ובכך מגיע הפנים של התא.

בדרך זו תאי הדם הלבנים פועלים בגוף; phagocytize חיידקים וגופים זרים כמנגנון הגנה.

פינוציטוזה

Pinocytosis מתרחשת כאשר החומר להיות מועבר הוא טיפה או שלפוחית ​​של נוזל תאיים, ואת הממברנה יוצר שלפוחית ​​pinocytic שבו התוכן של שלפוחית ​​או טיפה מעובד לחזור אל פני השטח של התא..

אנדוציטוזה דרך קולטן

זהו תהליך דומה פינוקיטוזה, אבל במקרה זה הפליטה של ​​הממברנה מתרחשת כאשר מולקולה מסוימת (ליגנד) נקשר לקולטני הממברנה.

כמה שלפוחיות endocytic להצטרף וליצור מבנה גדול יותר שנקרא endosome, שבו הוא ליגנד מופרד קולטן. לאחר מכן, הקולטן חוזר אל הממברנה והליגנד נקשר לליפוזום שבו הוא מתעכל על ידי אנזימים.

-אקסוציטוזה

זהו סוג של תחבורה סלולרית שבה החומר חייב להילקח מחוץ לתא. במהלך תהליך זה, קרום של שלפוחית ​​ההפרשה מצטרף קרום התא ומשחרר את התוכן של שלפוחית.

בדרך זו התאים לחסל את החומרים מסונתז או אלה של פסולת. זה גם איך הם משחררים הורמונים, אנזימים או נוירוטרנסמיטורים.

הפניות

1. אודסירק, ט, אודסירק, ג., וביירס, ב. (2003). ביולוגיה: חיים על פני כדור הארץ. חינוך פירסון.
2. דונרסברגר, א. ב, ולסק, א. (2002). מעבדה לאנטומיה ופיזיולוגיה. עריכה.
3. Larradagoitia, L. V. (2012). אנטומופיזיולוגיה ופאתולוגיה בסיסית. פרנינפו.
4. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., French, K., & Eckert, R. (2002). Eckert פיזיולוגיה של בעלי חיים. מקמילן.
5. אשר, מ. (2005). יסודות הפיזיולוגיה של הפעילות הגופנית והספורט. אד פנמריקנה מדיקל.