SEJTTRANSZPORT: TÍPUSOK ÉS JELLEMZŐIK - BIOLÓGIA - 2026

A szállító cella magában foglalja a molekulák forgalmát és mozgását a sejtek belsejében és kívül. A molekulák ezen elemek közötti cseréje elengedhetetlen jelenség a szervezet megfelelő működéséhez, és számos eseményt közvetít, például a membránpotenciált, hogy csak néhányat említsünk.

A biológiai membránok nemcsak a sejtek körülhatárolásáért felelősek, hanem nélkülözhetetlen szerepet játszanak az anyagok kereskedelmében is. Olyan fehérje-sorozatuk van, amely keresztezi a szerkezetet, és nagyon szelektíven engedélyezi vagy nem engedélyezi bizonyos molekulák belépését.

Forrás: LadyofHats, a Wikimedia Commonson keresztül

A sejtszállítás két fő típusba sorolható, attól függően, hogy a rendszer közvetlenül felhasználja-e az energiát.

A passzív transzport nem igényel energiát, és a molekulák passzív diffúzióval, vizes csatornákon vagy szállított molekulákon keresztül képesek átjutni a membránon. Az aktív transzport irányát kizárólag a membrán mindkét oldala közötti koncentrációs gradiensek határozzák meg.

Ezzel szemben a második típusú szállítás energiaigényt igényel, és aktív szállításnak nevezzük. A rendszerbe befecskendezett energiának köszönhetően a szivattyúk mozgathatják a molekulákat koncentrációs gradienseikkel szemben. Az irodalom legjelentősebb példája a nátrium-kálium szivattyú.

Elméleti alapok

- A sejtmembránok

Annak megértéséhez, hogy az anyagok és molekulák miként zajlanak a sejt és a szomszédos rekeszek között, meg kell vizsgálni a biológiai membránok szerkezetét és összetételét.

-Lipidek a membránokban

Írta: Jpablo cad, a Wikimedia Commonsból

A sejteket vékony és komplex lipid jellegű membrán veszi körül. Az alapkomponens a foszfolipidek.

Ezek egy sarki fejből és apoláris farokból állnak. A membránok két réteg foszfolipidekből - "lipid kettős rétegekből" - állnak, amelyekben a farok belsejébe vannak csoportosítva, és a fejek az extra és az intracelluláris felületek felé néznek.

Azokat a molekulákat, amelyeknek mind poláris, mind apoláris zónái vannak, amfipatikusnak nevezzük. Ez a tulajdonság kulcsfontosságú a membránok lipidkomponenseinek térbeli szerveződéséhez.

Ezt a struktúrát megosztják a szubcelluláris rekeszek körülvevő membránok. Ne felejtse el, hogy a mitokondriumokat, kloroplasztokat, vezikulumokat és egyéb organellákat membrán veszi körül.

A foszfo-glicerideken vagy foszfolipideken kívül a membránok gazdag szfingolipidekben is, amelyek csontvázai szfingozinnak és szterineknek nevezett molekulából állnak. Ebben az utolsó csoportban találunk koleszterint, egy lipidet, amely modulálja a membrán tulajdonságait, például folyékonyságát.

-Proteinek a membránokban

1. ábra: A folyadékmozaik-modell diagramja. Forrás: LadyofHats Mariana Ruiz, fordítás Pilar Saenz, a Wikimedia Commonson keresztül

A membrán dinamikus szerkezetű, több fehérjét tartalmaz. A membránfehérjék egyfajta molekuláris "kapuőrként" vagy "őrként" működnek, amelyek nagy szelektivitással határozzák meg, ki lép be és ki távozik a sejtbe.

Ezért a membránokról azt mondják, hogy féligáteresztőek, mivel egyes vegyületeknek sikerül bejutniuk, másoknak nem.

A membránban levő összes protein nem felelős a forgalom közvetítéséért. Mások felelősek az olyan külső jelek rögzítéséért, amelyek celluláris választ adnak a külső ingerekre.

-A membrán szelektivitása

A membrán lipid belseje erősen hidrofób, ami rendkívül átjárhatatlanná teszi a poláris vagy hidrofil természetű molekulák áthaladását (ez a kifejezés "a vízbe szerelmes").

Ez további nehézségeket jelent a poláris molekulák áthaladása során. A vízben oldódó molekulák tranzitjára azonban szükség van, hogy a sejtek olyan szállítási mechanizmusokkal rendelkezzenek, amelyek lehetővé teszik ezen anyagok hatékony mozgását a sejt és a külső környezet között.

Hasonlóképpen, a nagy molekulákat, például a fehérjéket, szállítani kell, és speciális rendszereket igényelnek.

-Diffúzió és ozmózis

A részecskék mozgása a sejtmembránokon a következő fizikai elvek szerint történik.

Ezek az elvek a diffúzió és az ozmózis, és vonatkoznak az oldatban lévő oldott anyagok és oldószerek mozgatására egy féligáteresztő membránon keresztül - például az élő sejtekben található biológiai membránokon.

A diffúzió az a folyamat, amely magában foglalja a szuszpendált részecskék véletlenszerű hőáthelyezését a magas koncentrációjú régiókból az alacsonyabb koncentrációjú régiókba. Van egy matematikai kifejezés, amely a folyamat leírására törekszik, és Fick diffúziós egyenletnek nevezzük, de nem merülünk bele.

Ezt a koncepciót szem előtt tartva meghatározhatjuk a permeabilitás fogalmát, amely arra a sebességre utal, amellyel az anyag képes passzív módon áthatolni a membránba egy sor különleges körülmény között.

Másrészt a víz az ozmózisnak nevezett jelenségben a koncentráció-gradiens mentén is mozog. Jóllehet pontatlannak tűnik a vízkoncentrációra utalni, meg kell értenünk, hogy a létfontosságú folyadék úgy viselkedik, mint bármely más anyag, diffúziója szempontjából.

-Tonicity

Figyelembe véve a leírt fizikai jelenségeket, a sejten belül és kívül egyaránt létező koncentrációk meghatározzák a szállítás irányát.

Tehát az oldat tonikussága az oldatba merített sejtek reakciója. A forgatókönyvhöz van néhány terminológia:

izotóniás

Egy sejt, szövet vagy oldat izotonikus egy másikhoz képest, ha a koncentráció mindkét elemben egyenlő. Fiziológiai körülmények között az izotóniás környezetbe merített sejtek nem változnak meg.

A hipotóniás

A megoldás hipotonikus a sejthez képest, ha az oldott anyag koncentrációja kívülről alacsonyabb - vagyis a sejt több oldott anyagot tartalmaz. Ebben az esetben a víz hajlamos bejutni a cellába.

Ha vörösvérsejteket desztillált vízbe (amely nem tartalmaz oldott anyagot), a víz addig kerül be, amíg el nem robbannak. Ezt a jelenséget hemolízisnek hívják.

A hipertóniás

A megoldás hipertóniás a sejthez képest, ha az oldott anyag koncentrációja kívülről magasabb - vagyis a sejt kevesebb oldott anyagot tartalmaz.

Ebben az esetben a víz hajlamos elhagyni a cellát. Ha a vörösvérsejteket koncentráltabb oldatba helyezzük, akkor a vérsejtekben a víz kiszivárog, és a sejt ráncos megjelenést mutat.

Ez a három fogalom biológiai jelentőséggel bír. Például egy tengeri szervezet petesejtének izotóniásnak kell lennie a tengervízhez képest, hogy ne szakadjon el és ne veszítsen el vizet.

Hasonlóképpen, az emlősök vérében élő paraziták oldott koncentrációjának hasonlónak kell lennie ahhoz a környezethez, amelyben kifejlődnek.

-Elektromos befolyás

Ha ionokról beszélünk, amelyek töltött részecskék, a membránokon keresztüli mozgást nem kizárólag a koncentráció-gradiensek irányítják. Ebben a rendszerben az oldott anyag töltéseit figyelembe kell venni.

Az ion hajlamos távolodni azoktól a régióktól, ahol magas a koncentráció (az ozmózisról és diffúzióról szóló részben leírtak szerint), és ha az ion negatív, akkor azon régiók felé halad tovább, ahol egyre növekszik a negatív potenciál. Ne felejtse el, hogy a különféle díjak vonzzák, és hasonlóan a díjak visszatérnek.

Az ion viselkedésének megjósításához hozzá kell adnunk a koncentrációs gradiens és az elektromos gradiens kombinált erőit. Ezt az új paramétert nettó elektrokémiai gradiensnek hívják.

A celluláris transzport típusait a rendszer energiafelhasználásának vagy passzív és aktív mozgásának függvényében osztályozzuk. Az alábbiakban részletesen leírjuk mindegyiket:

Passzív transzmembrán szállítás

A membránon keresztüli passzív mozgások a molekulák közvetlen energiaigény nélkül történő áthaladását jelentik. Mivel ezek a rendszerek nem tartalmaznak energiát, ez kizárólag a plazmamembránon létező koncentrációs gradiensektől (beleértve az elektromosokat is) függ.

Noha a részecskék mozgásáért felelős energia ilyen gradiensekben tárolódik, helyénvaló és kényelmes folytatni a folyamat passzívnak tekintését.

Három elemi módon mozoghat passzív módon az egyik oldalról a másikra:

Egyszerű diffúzió

Az oldott anyag szállításának legegyszerűbb és leg intuitívabb módja az, hogy az áthalad a membránon a fent említett színátmenetek szerint.

A molekula diffundál a plazmamembránon, a vizes fázist félrehagyva, feloldódik a lipid részben, és végül belép a sejt belsejének vizes részébe. Ugyanez történhet ellentétes irányban, a cella belsejétől a külsőig.

A membránon való hatékony áthaladást a rendszer hőenergia-szintje határozza meg. Ha ez elég magas, akkor a molekula képes átjutni a membránon.

Részletesebben szemlélve a molekulanak meg kell szakítania a vizes fázisban kialakult összes hidrogénkötést ahhoz, hogy a lipidfázisba tudjon lépni. Ehhez az eseményhez minden jelenlévő kapcsolathoz 5 kcal kinetikus energia szükséges.

A következő figyelembe veendő tényező a molekula lipid zónában való oldhatósága. A mobilitást számos tényező befolyásolja, mint például a molekulatömeg és a molekula alakja.

Az egyszerű diffúzióval történő áthaladás kinetikája telítetlenség kinetikáját mutatja. Ez azt jelenti, hogy a belépés az extracelluláris régióban szállítandó oldott anyag koncentrációjával arányosan növekszik.

Vizes csatornák

A molekulák passzív úton történő átjuttatásának második alternatívája a membránban található vizes csatornán keresztül. Ezek a csatornák olyan pórusok, amelyek lehetővé teszik a molekula átjutását, elkerülve a hidrofób régióval való érintkezést.

Bizonyos töltött molekulák a koncentráció-gradiens követésével lépnek be a sejtekbe. A vízzel töltött csatornarendszernek köszönhetően a membránok áthatolhatatlanok az ionokra. Ezek közül a nátrium, a kálium, a kalcium és a klór kiemelkedik.

Hordozó molekula

Az utolsó alternatíva a szóban forgó oldott anyag olyan hordozómolekulával történő kombinációja, amely elfedi a hidrofil jellegét oly módon, hogy áthaladjon a membrán lipidben gazdag részén.

A transzporter növeli a mozgatandó molekula lipidben való oldhatóságát, és elősegíti annak áthaladását a koncentráció-gradiens vagy az elektrokémiai gradiens javára.

Ezek a vivőfehérjék különböző módon működnek. A legegyszerűbb esetben az oldott anyagot a membrán egyik oldaláról a másikra továbbítják. Ezt a típust uniportnak hívják. Ellenkezőleg, ha egy másik oldott anyagot szállítanak egyidejűleg vagy csatolva, akkor a szállítót csatoltnak nevezik.

Ha a kapcsolt transzporter mozgatja a két molekulát ugyanabba az irányba, akkor ez szimbólum, és ha ellentétes irányban halad, akkor a transzporter anti-hordozó.

Ozmózis

Osmose2-fr.png: PsYcHoTiKderivatív munka: Ortisa, a Wikimedia Commons segítségével

A celluláris transzport típusa, amelyben az oldószer szelektíven átjut a félig áteresztő membránon.

Például a víz hajlamos továbbjutni a sejt oldalára, ahol a koncentráció alacsonyabb. A víz mozgása ezen az úton ozmotikus nyomásnak nevezett nyomást hoz létre.

Ez a nyomás szükséges a sejtekben az anyagkoncentráció szabályozásához, amely ezután befolyásolja a sejt alakját.

Ultrafiltráció

Ebben az esetben néhány oldott anyag mozgását a hidrosztatikus nyomás hatására hozza létre, a legnagyobb nyomás és a kisebb nyomás területére. Az emberi testben ez a folyamat a vesében a szív által generált vérnyomásnak köszönhetően következik be.

Ilyen módon víz, karbamid stb. Kerül a sejtekből a vizeletbe; és a hormonok, vitaminok stb. a vérben maradnak. Ezt a mechanizmust dialízisnek is nevezik.

Megkönnyített terjesztés

Megkönnyített terjesztés

Vannak olyan anyagok, amelyek nagyon nagy molekulájúak (például glükóz és más monoszacharidok), amelyeknek diffundálásához hordozófehérjére van szükség. Ez a diffúzió gyorsabb, mint az egyszerű diffúzió, és a következőktől függ:

• Az anyag koncentráció-gradiense.
• A sejtben lévő hordozófehérjék mennyisége.
• A jelen lévő fehérjék sebessége.

Ezen transzportfehérjék egyike az inzulin, amely megkönnyíti a glükóz diffúzióját, csökkentve annak vérkoncentrációját.

Aktív transzmembrán transzport

Eddig megvitattuk a különböző molekulák csatornán keresztüli áthaladását energiaköltség nélkül. Ezekben az eseményekben az egyetlen költség a potenciális energia előállítása a membrán mindkét oldalán, különféle koncentrációk formájában.

Ily módon a szállítás irányát a meglévő gradiens határozza meg. Az oldott anyagokat a fent említett diffúziós alapelvek szerint szállítják, amíg el nem érik azt a pontot, ahol a nettó diffúzió véget ér - ezen a ponton az egyensúly elérte. Ionok esetében a mozgást a töltés is befolyásolja.

Azonban az egyetlen eset, amikor az ionok eloszlása ​​a membrán mindkét oldalán valódi egyensúlyban van, amikor a sejt meghalt. Minden élő sejt nagy mennyiségű kémiai energiát fektet be, hogy az oldott anyag koncentrációja kiegyensúlyozatlan maradjon.

Ezeknek a folyamatoknak a tartásához szükséges energia általában az ATP molekula. Az Adenozin-trifoszfát, rövidítve ATP, alapvető energiamolekula a sejtes folyamatokban.

Aktív szállítási jellemzők

Az aktív szállítás hatással lehet a koncentrációs gradiensekre, függetlenül attól, hogy meredek is legyenek - ez a tulajdonság a nátrium-kálium-szivattyú magyarázatával világossá válik (lásd alább).

Az aktív transzportmechanizmusok egyidejűleg egynél több molekulaosztályt mozgathatnak. Az aktív transzporthoz ugyanazt a besorolást kell alkalmazni, amely több molekula egyidejű passzív transzportban történő szállítására vonatkozik: symport és anti-support.

Ezen pumpák általi szállítást gátolhatjuk olyan molekulák alkalmazásával, amelyek specifikusan blokkolják a fehérje kritikus helyeit.

A szállítási kinetika Michaelis-Menten típusú. Mindkét viselkedés - amelyet bizonyos molekulák és a kinetika gátolnak - az enzimatikus reakciók jellemző tulajdonságai.

Végül, a rendszernek olyan specifikus enzimekkel kell rendelkeznie, amelyek képesek az ATP-molekula hidrolízisére, például az ATPázok. Ez az a mechanizmus, amellyel a rendszer elnyeri az energiát, amely jellemzi.

Szállítás szelektivitása

Az érintett szivattyúk rendkívül szelektívek a szállított molekulákban. Például, ha a szivattyú nátriumion-hordozó, akkor a lítiumionokat nem veszi igénybe, bár mindkét ion mérete nagyon hasonló.

Feltételezzük, hogy a fehérjék képesek megkülönböztetni két diagnosztikai tulajdonságot: a molekula könnyű kiszáradását és a transzporter pórusán belüli töltésekkel való kölcsönhatást.

A nagy ionokról ismert, hogy könnyen kiszáradnak, összehasonlítva egy kis ionokkal. Tehát egy gyenge pólusú központokkal rendelkező pórusok előnyösen nagy ionokat használnak.

Ezzel szemben az erősen töltött központokkal rendelkező csatornákban a dehidrált ionokkal való kölcsönhatás uralkodik.

Példa az aktív szállításra: a nátrium-kálium-szivattyú

Az aktív transzport mechanizmusainak magyarázata érdekében a legjobb a legjobban tanulmányozott modell segítségével: a nátrium-kálium szivattyúval.

A sejtek feltűnő tulajdonsága az, hogy képes fenntartani a nátrium (Na ⁺) és a kálium (K ⁺) ionok meredek gradienseit.

A fiziológiai környezetben a sejtekben a káliumkoncentráció 10-20-szor nagyobb, mint a külső sejteknél. Ezzel szemben a nátrium-ionok sokkal koncentráltabbak az extracelluláris környezetben.

Az ionok passzív mozgását szabályozó elvekkel lehetetlen ezeket a koncentrációkat fenntartani, ezért a sejtekhez aktív transzportrendszerre van szükség, ez pedig a nátrium-kálium szivattyú.

A szivattyú az ATPáz típusú protein komplexből áll, amely az állati sejtek plazmamembránjához van rögzítve. Ennek mindkét ion számára kötőhelyek vannak, és felelős az energia befecskendezésével történő szállításért.

Hogyan működik a szivattyú?

Ebben a rendszerben két tényező határozza meg az ionok mozgását a celluláris és az extracelluláris rekeszek között. Az első az a sebesség, amellyel a nátrium-kálium szivattyú hat, és a második tényező az a sebesség, amellyel az ion ismét bejuthat a cellába (nátrium esetén) passzív diffúziós események miatt.

Ilyen módon az ionok cellába jutásának sebessége meghatározza azt a sebességet, amellyel a szivattyúnak működnie kell a megfelelő ionkoncentráció fenntartása érdekében.

A szivattyú működése az ionok szállításáért felelős fehérje konformációs változásainak sorozatától függ. Mindegyik ATP-molekulát közvetlenül hidrolizálják, a folyamat során három nátrium-ion elhagyja a sejtet, és egyidejűleg két kálium-ion lép be a sejt környezetébe.

Tömegszállítás

Ez egy másik típusú aktív transzport, amely elősegíti a makromolekulák, például a poliszacharidok és fehérjék mozgását. Ezt adhatja:

-Endocytosis

Az endocitózisnak három folyamata van: fagocitózis, pinocitózis és ligandum-közvetített endocitózis:

fagocitózis

fagocitózis

Phagocytosis: a szállítás típusa, amelyben a szilárd részecskéket fuzionált ál állatokból álló hólyag vagy fagoszóma borítja. A szilárd részecskét, amely a vezikulában marad, enzimek emésztik, és így eljutnak a sejt belsejébe.

Így működnek a fehérvérsejtek a testben; védekező mechanizmusként elnyelik a baktériumokat és idegen anyagokat.

pinocitózisa

A protozoa táplálkozása. Pinocitózisa. Kép: Jacek FH (Mariana Ruiz Villarreal származéka). Felvétel és szerkesztés a https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pinocitosis.svg oldalról.

Pinocitózis akkor fordul elő, amikor a szállítandó anyag cseppecske vagy extracelluláris folyadék vezikuluma van, és a membrán létrehoz egy pinocytic vezikulát, amelyben a vezikula vagy csepp tartalmát úgy dolgozzák fel, hogy visszatérjen a sejt felületére.

Endocitózis egy receptoron keresztül

Ez hasonló a pinocitózishoz, de ebben az esetben a membrán invaginációja akkor következik be, amikor egy bizonyos molekula (ligandum) kötődik a membrán receptorhoz.

Számos endocitikus vezikulum csatlakozik, és egy nagyobb szerkezetet alkot, az endoszómát nevezik, ahol a ligandum elválasztódik a receptortól. A receptor ezután visszatér a membránhoz, és a ligandum egy liposzómához kötődik, ahol enzimek emésztik.

-Exocytosis

Ez egy olyan sejtszállítás, amelyben az anyagot a sejtön kívül kell szállítani. Ennek során a szekréciós vezikulummembrán kötődik a sejtmembránhoz és felszabadítja a vezikulum tartalmát.

Ily módon a sejtek kiküszöbölik a szintetizált anyagokat vagy hulladék anyagokat. Így engednek fel hormonokat, enzimeket vagy neurotranszmittereket is.

Irodalom

1. Audesirk, T., Audesirk, G. és Byers, BE (2003). Biológia: Élet a földön. Pearson oktatás.
2. Donnersberger, AB, és Lesak, AE (2002). Anatómia és élettan laborkönyv. Szerkesztői Paidotribo.
3. Larradagoitia, LV (2012). Alapvető anatofiziológia és patológia. Szerkesztõ Paraninfo.
4. Randall, D., Burggren, WW, Burggren, W., French, K., és Eckert, R. (2002). Eckert állati élettan. Macmillan.
5. Vived, À. M. (2005). A testmozgás és a sport élettanának alapjai. Panamerican Medical Ed.