Vad är passiv transport? Transmembranrörelse av olika makromolekylära föreningar, cellulära komponenter, supramolekylära partiklar som inte kan penetrera genom kanalerna i membranet, utförs genom speciella mekanismer, till exempel med användning av fagocytos, pinocytos, exocytos, överföring genom det intercellulära utrymmet. Det vill säga rörelsen av ämnen genom membranet kan ske med hjälp av olika mekanismer, som är uppdelade enligt tecknen på deltagande av specifika bärare i dem, såväl som energiförbrukning. Forskare delar upp transporten av ämnen i aktiva och passiva.
Huvudtransportsätt
Passiv transport är överföring av ett ämne genom ett biologiskt membran längs en gradient (osmotisk, koncentration, hydrodynamisk och andra), som inte kräver energiförbrukning.
Aktiv transport är överföring av ett ämne över ett biologiskt membran mot en gradient. Vart ienergi förbrukas. Cirka 30 - 40% av energin som bildas som ett resultat av metaboliska reaktioner i människokroppen spenderas på genomförandet av aktiv transport av ämnen. Om vi tar hänsyn till de mänskliga njurarnas funktion, så går cirka 70 - 80 % av det förbrukade syret till aktiv transport.
Passiv transport av ämnen
det innebär överföring av olika ämnen genom biologiska membran längs en mängd olika gradienter. Dessa gradienter kan vara:
- elektrokemisk potentialgradient;
- substanskoncentrationsgradient;
- elektrisk fältgradient;
- osmotisk tryckgradient och andra.
Processen att implementera passiv transport kräver ingen energiförbrukning. Det kan ske genom underlättad och enkel diffusion. Som vi vet är diffusion en kaotisk rörelse av molekyler av ett ämne i en mängd olika medier, vilket beror på energin från ett ämnes termiska vibrationer.
Om en partikel av ett ämne är elektriskt neutral, så bestäms riktningen i vilken diffusion kommer att ske av skillnaden i koncentrationen av ämnen som finns i media som separeras av membranet. Till exempel mellan fack i cellen, inuti cellen och utanför den. Om partiklarna av ett ämne, dess joner har en elektrisk laddning, beror diffusionen inte bara på koncentrationsskillnaden, utan också på storleken på laddningen av det givna ämnet, närvaron och tecken på laddning på båda sidor av membranet. Storleken på den elektrokemiska gradientenbestäms av den algebraiska summan av de elektriska gradienterna och koncentrationsgradienterna över membranet.
Vad ger transport över membranet?
Passiv membrantransport är möjlig på grund av förekomsten av ämneskoncentrationsgradienter, osmotiskt tryck som uppstår mellan olika sidor av cellmembranet eller elektrisk laddning. Till exempel är den genomsnittliga nivån av Na+-joner i blodplasman cirka 140 mM/l, och dess innehåll i erytrocyter är cirka 12 gånger högre. En sådan gradient, uttryckt som en skillnad i koncentration, kan skapa en drivkraft som säkerställer överföringen av natriummolekyler till röda blodkroppar från blodplasma.
Det bör noteras att hastigheten för en sådan övergång är mycket låg på grund av det faktum att cellmembranet kännetecknas av låg permeabilitet för jonerna av detta ämne. Detta membran har mycket större permeabilitet i förhållande till kaliumjoner. Energin från cellulär metabolism används inte för att slutföra processen med enkel diffusion.
Diffusionshastighet
Aktiv och passiv transport av ämnen genom membranet kännetecknas av diffusionshastigheten. Det kan beskrivas med Fick-ekvationen: dm/dt=-kSΔC/x.
I det här fallet är dm/dt mängden av ämnet som diffunderar på en tidsenhet, och k är koefficienten för diffusionsprocessen, som kännetecknar biomembranets permeabilitet för det diffuserande ämnet. S är lika med arean över vilken diffusion sker, och ΔC uttrycker skillnadenkoncentration av ämnen från olika sidor av det biologiska membranet, medan x karakteriserar avståndet mellan diffusionspunkterna.
Självklart kommer de ämnen som diffunderar samtidigt längs gradienterna av koncentrationer och elektriska fält att röra sig lättast genom membranet. En viktig förutsättning för diffusion av ett ämne genom ett membran är de fysikaliska egenskaperna hos själva membranet, dess permeabilitet för varje specifikt ämne.
På grund av det faktum att membranets dubbelskikt bildas av kolväteradikaler av fosfolipider med hydrofoba egenskaper, diffunderar ämnen av hydrofob natur lätt genom det. Framför allt gäller detta ämnen som lätt löses upp i lipider, såsom sköldkörtel- och steroidhormoner, samt vissa narkotiska ämnen.
Mineraljoner och ämnen med låg molekylvikt som är hydrofila till sin natur diffunderar genom passiva membranjonkanaler, som bildas av kanalbildande proteinmolekyler, och ibland genom membranpackningsdefekter hos fosfolipidmolekyler som uppstår i cellmembranet som ett resultat av termiska fluktuationer.
Passiv transport över membranet är en mycket intressant process. Om förhållandena är normala kan betydande mängder av ett ämne penetrera dubbelskiktsmembranet endast om de är opolära och har en liten storlek. Annars sker överföringen genom bärarproteiner. Liknande processer involverarbärarprotein kallas inte diffusion, utan transport av ett ämne genom membranet.
Lättare spridning
Förenklad diffusion, som enkel diffusion, sker längs ett ämnes koncentrationsgradient. Den största skillnaden är att en speciell proteinmolekyl, som kallas en bärare, deltar i processen för substansöverföring.
Faciliterad diffusion är en typ av passiv överföring av molekyler av ett ämne genom biomembran, utförd längs en koncentrationsgradient med hjälp av en bärare.
Överför proteintillstånd
Bärarproteinet kan vara i två konformationstillstånd. Till exempel, i tillstånd A, kan detta protein ha en affinitet för ämnet det bär, dess bindningsställen för ämnet vänds inåt, på grund av vilket en por bildas som är öppen mot ena sidan av membranet.
Efter att proteinet har bundit till den överförda substansen ändras dess konformation och det övergår till tillstånd B. Med denna transformation förlorar bäraren sin affinitet för substansen. Från anslutningen till bäraren släpps den och förflyttas till poren redan på andra sidan av membranet. Efter att ämnet har överförts ändrar bärarproteinet sin konformation igen och återgår till tillstånd A. Denna transport av ämnet över membranet kallas en uniport.
Facilitated Diffusion Velocity
Småmolekylära ämnen som glukos kan transporteras igenommembran genom underlättad diffusion. Sådan transport kan ske från blodet till hjärnan, till celler från de interstitiella utrymmena. Materiaöverföringshastigheten med denna typ av diffusion kan nå upp till 108 partiklar genom kanalen på en sekund.
Som vi redan vet är hastigheten för aktiv och passiv transport av ämnen i enkel diffusion proportionell mot skillnaden i koncentrationerna av ämnet på båda sidor av membranet. Vid underlättad diffusion ökar denna hastighet i proportion till den ökande skillnaden i koncentrationen av ämnet upp till ett visst maxvärde. Över detta värde ökar inte hastigheten, även om skillnaden i koncentrationer från olika sidor av membranet fortsätter att öka. Uppnåendet av en sådan maximal hastighetspunkt i processen med underlättad diffusion kan förklaras av det faktum att den maximala hastigheten innebär att alla tillgängliga bärarproteiner är involverade i överföringsprocessen.
Vilket annat koncept inkluderar aktiv och passiv transport över membran?
Exchange diffusion
Denna typ av transport av ämnesmolekyler genom cellmembranet kännetecknas av att molekyler av samma ämne som finns på olika sidor av det biologiska membranet deltar i utbytet. Det bör noteras att med sådan transport av ämnen förändras inte koncentrationen av molekyler på båda sidor av membranet alls.
En typ av utbytesdiffusion
En av varianterna av utbytesdiffusion är ett utbyte dären molekyl av ett ämne byts ut mot två eller flera molekyler av ett annat ämne. Till exempel är ett av sätten på vilka positiva kalciumjoner avlägsnas från de glatta muskelcellerna i bronkierna och kärlen från de kontraktila myocyterna i hjärtat deras utbyte mot natriumjoner som ligger utanför cellen. En natriumjon i detta fall byts ut mot tre kalciumjoner. Således sker en rörelse av natrium och kalcium genom membranet, vilket är beroende av varandra. Denna typ av passiv transport över cellmembranet kallas en antiport. Det är på detta sätt som cellen kan göra sig av med kalciumjoner, som finns i överskott. Denna process är nödvändig för att släta myocyter och kardiomyocyter ska slappna av.
Den här artikeln undersökte den aktiva och passiva transporten av ämnen genom membranet.
