Chia sẻ:
Các loại vận chuyển tế bào và đặc điểm của chúng
các vận chuyển tế bào nó liên quan đến sự lưu thông và dịch chuyển của các phân tử giữa bên trong và bên ngoài các tế bào. Sự trao đổi các phân tử giữa các khoang này là một hiện tượng thiết yếu cho hoạt động chính xác của sinh vật và làm trung gian cho một loạt các sự kiện, như tiềm năng màng, để đề cập đến một số.
Các màng sinh học không chỉ chịu trách nhiệm phân định tế bào, chúng còn đóng vai trò không thể thiếu trong quá trình lưu thông của các chất. Chúng có một loạt các protein vượt qua cấu trúc và, rất chọn lọc, cho phép hoặc không cho sự xâm nhập của một số phân tử nhất định.
Vận chuyển tế bào được phân thành hai loại chính, tùy thuộc vào việc hệ thống sử dụng năng lượng trực tiếp hay không.
Sự vận chuyển thụ động không đòi hỏi năng lượng và các phân tử có thể vượt qua màng bằng cách khuếch tán thụ động, bằng các kênh nước hoặc bằng các phân tử vận chuyển. Hướng vận chuyển chủ động được xác định riêng bởi độ dốc nồng độ giữa hai bên của màng.
Ngược lại, loại vận chuyển thứ hai không cần năng lượng và được gọi là vận chuyển tích cực. Nhờ năng lượng được bơm vào hệ thống, máy bơm có thể di chuyển các phân tử chống lại gradient nồng độ của chúng. Ví dụ đáng chú ý nhất trong tài liệu là bơm natri-kali.
Chỉ số
- 1 cơ sở lý thuyết
- 1.1 - Màng tế bào
- 1.2 -Lipids trong màng
- 1.3 -Protein trong màng
- 1.4 - Độ chọn lọc của màng
- 1.5 -Diffusion và thẩm thấu
- 1.6 -Độ bền
- 1.7 -Khả năng điện
- 2 Vận chuyển thụ động xuyên màng
- 2.1 Phát sóng đơn giản
- 2.2 Kênh nước
- 2.3 Phân tử vận chuyển
- 2.4 Thẩm thấu
- 2.5 Siêu lọc
- 2.6 Phổ biến thuận lợi
- 3 vận chuyển xuyên màng
- 3.1 Đặc điểm của vận chuyển tích cực
- 3.2 Chọn lọc vận chuyển
- 3.3 Ví dụ về vận chuyển tích cực: bơm natri-kali
- 3.4 Cách thức hoạt động của máy bơm?
- 4 phương tiện giao thông đại chúng
- 4.1 -Endocytosis
- 4.2 -Exocytosis
- 5 tài liệu tham khảo
Cơ sở lý thuyết
-Màng tế bào
Để hiểu cách thức buôn bán các chất và phân tử xảy ra giữa tế bào và các ngăn bên cạnh, cần phải phân tích cấu trúc và thành phần của màng sinh học.
-Lipid trong màng
Các tế bào được bao quanh bởi một màng mỏng và phức tạp có bản chất lipid. Thành phần cơ bản là phospholipids.
Chúng bao gồm một đầu cực và đuôi cực. Các màng được cấu tạo bởi hai lớp phospholipid - "hai lớp lipid" - trong đó các đuôi được nhóm lại bên trong và các đầu cho các mặt ngoài và nội bào.
Các phân tử có cả vùng cực và vùng cực được gọi là lưỡng tính. Đặc tính này rất quan trọng đối với tổ chức không gian của các thành phần lipid trong màng.
Cấu trúc này được chia sẻ bởi các màng bao quanh các khoang dưới. Hãy nhớ rằng cũng có ty thể, lục lạp, túi và các bào quan khác được bao quanh bởi màng.
Ngoài phosphoglyceride hoặc phospholipids, màng tế bào rất giàu spakenolipids, có bộ xương được hình thành từ một phân tử gọi là sphingosine và sterol. Trong nhóm cuối cùng này, chúng tôi tìm thấy cholesterol, một loại lipid điều chỉnh các thuộc tính của màng, vì tính lưu động của nó.
-Protein trong màng
Màng là một cấu trúc động, chứa nhiều protein bên trong. Các protein của màng hoạt động như một loại phân tử "người gác cổng" hoặc "người bảo vệ", định nghĩa với sự chọn lọc tuyệt vời, người xâm nhập và người rời khỏi tế bào.
Vì lý do này, người ta nói rằng các màng có thể bán được, vì một số hợp chất quản lý để nhập và những người khác thì không..
Không phải tất cả các protein trong màng có trách nhiệm trung gian lưu lượng. Những người khác chịu trách nhiệm thu các tín hiệu bên ngoài tạo ra phản ứng của tế bào đối với các kích thích bên ngoài.
-Tính chọn lọc của màng
Phần bên trong lipid của màng có tính kỵ nước cao, khiến cho màng rất khó thấm qua các phân tử cực hoặc ưa nước (thuật ngữ này có nghĩa là "yêu nước").
Điều này ngụ ý thêm một khó khăn cho sự đi qua của các phân tử cực. Tuy nhiên, sự vận chuyển của các phân tử thủy phân là cần thiết, vì vậy các tế bào có một loạt các cơ chế vận chuyển cho phép sự dịch chuyển hiệu quả của các chất này giữa tế bào và môi trường bên ngoài của nó..
Theo cùng một cách, các phân tử lớn, như protein, phải được vận chuyển và yêu cầu các hệ thống chuyên dụng.
-Khuếch tán và thẩm thấu
Sự di chuyển của các hạt qua màng tế bào xảy ra theo các nguyên tắc vật lý sau.
Những nguyên tắc này là khuếch tán và thẩm thấu và được áp dụng cho sự chuyển động của các chất hòa tan và dung môi trong dung dịch thông qua màng bán kết - chẳng hạn như màng sinh học được tìm thấy trong các tế bào sống..
Khuếch tán là quá trình liên quan đến sự chuyển động nhiệt ngẫu nhiên của các hạt lơ lửng ở vùng có nồng độ cao đối với vùng có nồng độ thấp hơn. Có một biểu thức toán học tìm cách mô tả quá trình và được gọi là phương trình khuếch tán của Fick, nhưng chúng ta sẽ không đi sâu vào nó.
Với khái niệm này, chúng ta có thể định nghĩa thuật ngữ tính thấm, trong đó đề cập đến tốc độ mà một chất xâm nhập vào màng một cách thụ động trong một loạt các điều kiện cụ thể.
Mặt khác, nước cũng di chuyển có lợi cho gradient nồng độ của nó trong một hiện tượng gọi là thẩm thấu. Mặc dù dường như không chính xác khi đề cập đến nồng độ của nước, chúng ta phải hiểu rằng chất lỏng quan trọng hoạt động giống như bất kỳ chất nào khác, về mặt khuếch tán của nó.
-Thuốc bổ
Có tính đến các hiện tượng vật lý được mô tả, nồng độ tồn tại cả bên trong tế bào và bên ngoài sẽ quyết định hướng vận chuyển.
Do đó, độ săn chắc của dung dịch là phản ứng của các tế bào được ngâm trong dung dịch. Có một số thuật ngữ được áp dụng cho kịch bản này:
Đồng vị
Một tế bào, mô hoặc dung dịch là đẳng trương đối với tế bào khác nếu nồng độ bằng nhau ở cả hai yếu tố. Trong bối cảnh sinh lý, một tế bào được ngâm trong môi trường đẳng trương sẽ không gặp phải bất kỳ thay đổi nào.
Hypotonic
Một giải pháp là hypotonic đối với tế bào nếu nồng độ các chất hòa tan bên ngoài thấp hơn - nghĩa là, tế bào có nhiều chất hòa tan hơn. Trong trường hợp này, xu hướng của nước là đi vào tế bào.
Nếu chúng ta đặt các tế bào hồng cầu trong nước cất (không có chất hòa tan), nước sẽ chảy vào cho đến khi vỡ. Hiện tượng này được gọi là tan máu.
Siêu âm
Một giải pháp là hypertonic đối với tế bào nếu nồng độ các chất hòa tan bên ngoài cao hơn - nghĩa là, tế bào có ít chất hòa tan hơn.
Trong trường hợp này, xu hướng của nước là rời khỏi tế bào. Nếu chúng ta đặt các tế bào hồng cầu trong một dung dịch đậm đặc hơn, nước trong các hạt có xu hướng chảy ra và tế bào thu được một vẻ ngoài nhăn nheo.
Ba khái niệm này có liên quan sinh học. Ví dụ, trứng của một sinh vật biển phải đẳng trương đối với nước biển để không vỡ và không mất nước.
Tương tự, ký sinh trùng sống trong máu của động vật có vú nên có nồng độ các chất hòa tan tương tự như môi trường mà chúng phát triển..
-Ảnh hưởng điện
Khi chúng ta nói về các ion, là các hạt tích điện, sự chuyển động qua màng không được định hướng riêng bởi các gradient nồng độ. Trong hệ thống này, cần phải tính đến tải của các chất hòa tan.
Ion có xu hướng di chuyển ra khỏi các khu vực có nồng độ cao (như được mô tả trong phần thẩm thấu và khuếch tán), và nếu ion âm, nó sẽ tiến về các khu vực có tiềm năng tiêu cực ngày càng tăng. Hãy nhớ rằng các khoản phí khác nhau được thu hút và các khoản phí bằng nhau đẩy lùi.
Để dự đoán hành vi của ion, chúng ta phải thêm các lực kết hợp của gradient nồng độ và gradient điện. Tham số mới này được gọi là độ dốc điện hóa ròng.
Các loại vận chuyển tế bào được phân loại tùy thuộc vào việc sử dụng - hoặc không - năng lượng của hệ thống trong các chuyển động thụ động và chủ động. Chúng tôi sẽ mô tả từng chi tiết dưới đây:
Vận chuyển thụ động xuyên màng
Chuyển động thụ động qua màng liên quan đến sự đi qua của các phân tử mà không cần năng lượng trực tiếp. Vì các hệ thống này không liên quan đến năng lượng, nó phụ thuộc hoàn toàn vào gradient nồng độ (bao gồm cả các hệ thống điện) tồn tại qua màng plasma.
Mặc dù năng lượng chịu trách nhiệm cho sự chuyển động của các hạt được lưu trữ trong các gradient như vậy, nhưng vẫn phù hợp và thuận tiện để tiếp tục coi quá trình này là thụ động.
Có ba con đường cơ bản mà qua đó các phân tử có thể thụ động truyền từ bên này sang bên kia:
Khuếch tán đơn giản
Cách đơn giản nhất và trực quan nhất để vận chuyển chất tan là đi qua màng theo các gradient được đề cập ở trên..
Các phân tử khuếch tán qua màng plasma, để lại pha nước sang một bên, hòa tan trong phần lipid và cuối cùng đi vào phần nước của bên trong tế bào. Điều tương tự có thể xảy ra theo hướng ngược lại, từ bên trong tế bào ra bên ngoài.
Việc đi qua hiệu quả qua màng sẽ xác định mức năng lượng nhiệt mà hệ thống sở hữu. Nếu nó đủ cao, phân tử sẽ có thể đi qua màng.
Nhìn chi tiết hơn, phân tử phải phá vỡ tất cả các liên kết hydro được hình thành trong pha nước để có thể chuyển sang pha lipid. Sự kiện này đòi hỏi 5 kcal động năng cho mỗi liên kết hiện tại.
Yếu tố tiếp theo cần tính đến là độ hòa tan của phân tử trong vùng lipid. Tính di động bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, chẳng hạn như trọng lượng phân tử và hình dạng của phân tử.
Động học của bước khuếch tán đơn giản thể hiện động học không bão hòa. Điều này có nghĩa là đầu vào tăng tỷ lệ thuận với nồng độ chất tan được vận chuyển trong khu vực ngoại bào.
Kênh nước
Sự thay thế thứ hai của việc chuyển các phân tử qua con đường thụ động là thông qua một kênh nước nằm trong màng. Các kênh này là một loại lỗ chân lông cho phép đi qua phân tử, tránh tiếp xúc với vùng kỵ nước.
Một số phân tử tích điện quản lý để đi vào tế bào theo độ dốc nồng độ của nó. Nhờ hệ thống các kênh chứa đầy nước này, các màng rất khó thấm đối với các ion. Trong các phân tử này nổi bật natri, kali, canxi và clo.
Phân tử băng tải
Giải pháp thay thế cuối cùng là sự kết hợp giữa chất hòa tan lợi ích với một phân tử vận chuyển che giấu bản chất ưa nước của nó, để nó đạt được sự đi qua phần giàu lipid của màng.
Chất vận chuyển làm tăng khả năng hòa tan lipid của phân tử cần được vận chuyển và ủng hộ sự đi qua của nó có lợi cho gradient nồng độ hoặc gradient điện hóa.
Những protein vận chuyển này hoạt động theo những cách khác nhau. Trong trường hợp đơn giản nhất, một chất tan được chuyển từ một bên của màng sang một mặt khác. Loại này được gọi là hỗ trợ. Ngược lại, nếu một chất tan khác được vận chuyển đồng thời hoặc ghép nối, thì chất vận chuyển được gọi là rơ moóc.
Nếu băng tải được ghép nối di chuyển hai phân tử theo cùng một hướng thì đó là một simporte và nếu nó làm điều đó theo hướng ngược lại, thì băng tải đó là phản đối.
Thẩm thấu
Đây là loại vận chuyển tế bào trong đó dung môi đi qua chọn lọc qua màng bán kết.
Nước, ví dụ, có xu hướng đi qua bên cạnh tế bào trong đó nồng độ của nó thấp hơn. Chuyển động của nước trong đường dẫn đó tạo ra một áp lực gọi là áp suất thẩm thấu.
Áp suất này là cần thiết để điều chỉnh nồng độ các chất trong tế bào, sau đó ảnh hưởng đến hình dạng của tế bào.
Siêu lọc
Trong trường hợp này, sự chuyển động của một số chất hòa tan được tạo ra do tác động của áp suất thủy tĩnh, từ khu vực có áp suất cao nhất đến áp suất thấp nhất. Trong cơ thể con người, quá trình này xảy ra ở thận nhờ huyết áp do tim tạo ra.
Theo cách này, nước, urê, vv, đi từ các tế bào đến nước tiểu; và hormone, vitamin, vv, ở lại trong máu. Cơ chế này còn được gọi là lọc máu.
Phổ biến thuận lợi
Có những chất có phân tử rất lớn (như glucose và các monosacarit khác), cần protein vận chuyển để lan truyền. Sự khuếch tán này nhanh hơn khuếch tán đơn giản và phụ thuộc vào:
- Độ dốc nồng độ của chất.
- Lượng protein vận chuyển có trong tế bào.
- Tốc độ của protein.
Một trong những protein vận chuyển này là insulin, tạo điều kiện cho sự khuếch tán glucose, làm giảm nồng độ của nó trong máu.
Vận chuyển xuyên màng
Cho đến nay chúng ta đã thảo luận về sự đi qua của các phân tử khác nhau thông qua các kênh mà không tốn chi phí năng lượng. Trong những sự kiện này, chi phí duy nhất là tạo ra năng lượng tiềm năng dưới dạng nồng độ chênh lệch ở cả hai phía của màng.
Theo cách này, hướng vận chuyển được xác định bởi độ dốc hiện có. Các chất hòa tan bắt đầu được vận chuyển theo các nguyên tắc khuếch tán đã đề cập, cho đến khi chúng đạt đến điểm kết thúc quá trình khuếch tán ròng - tại thời điểm này đã đạt đến trạng thái cân bằng. Trong trường hợp các ion, chuyển động cũng bị ảnh hưởng bởi tải.
Tuy nhiên, trong trường hợp duy nhất mà sự phân bố các ion ở cả hai phía của màng ở trạng thái cân bằng thực sự là khi tế bào chết. Tất cả các tế bào sống đầu tư một lượng lớn năng lượng hóa học để giữ cho nồng độ chất tan ra khỏi trạng thái cân bằng.
Năng lượng được sử dụng để giữ cho các quá trình này hoạt động, nói chung, là phân tử ATP. Adenosine triphosphate, viết tắt là ATP, là một phân tử năng lượng cơ bản trong các quá trình tế bào.
Đặc điểm của vận chuyển tích cực
Vận chuyển tích cực có thể hoạt động chống lại gradient nồng độ, bất kể chúng được đánh dấu như thế nào - tính chất này sẽ rõ ràng với lời giải thích về bơm natri - kali (xem bên dưới).
Các cơ chế vận chuyển tích cực có thể di chuyển nhiều loại phân tử cùng một lúc. Đối với vận chuyển tích cực, phân loại tương tự được đề cập được sử dụng để vận chuyển đồng thời một số phân tử trong vận chuyển thụ động: simporte và antiporte.
Việc vận chuyển được thực hiện bởi các máy bơm này có thể bị ức chế bởi việc áp dụng các phân tử đặc biệt ngăn chặn các vị trí quan trọng trong protein.
Động lực vận chuyển thuộc loại Michaelis-Menten. Cả hai hành vi - bị ức chế bởi một số phân tử và động học - là đặc điểm điển hình của phản ứng enzyme.
Cuối cùng, hệ thống phải có các enzyme cụ thể có thể thủy phân phân tử ATP, chẳng hạn như ATPase. Đây là cơ chế mà hệ thống thu được năng lượng đặc trưng cho nó.
Chọn lọc vận chuyển
Các máy bơm liên quan là cực kỳ chọn lọc trong các phân tử sẽ được vận chuyển. Ví dụ: nếu bơm là chất mang ion natri, nó sẽ không lấy ion lithium, mặc dù cả hai ion đều có kích thước rất giống nhau.
Người ta cho rằng các protein có thể phân biệt giữa hai đặc điểm chẩn đoán: dễ mất nước của phân tử và tương tác với các điện tích bên trong lỗ rỗng của chất vận chuyển.
Người ta biết rằng các ion lớn có thể dễ dàng khử nước, nếu chúng ta so sánh chúng với một ion nhỏ. Do đó, lỗ chân lông có tâm cực yếu sẽ sử dụng các ion lớn, tốt nhất là.
Ngược lại, trong các kênh có trung tâm tích điện mạnh, tương tác với ion khử nước chiếm ưu thế.
Ví dụ về vận chuyển tích cực: bơm natri-kali
Để giải thích các cơ chế vận chuyển tích cực, tốt nhất nên thực hiện với mô hình được nghiên cứu tốt nhất: bơm natri - kali.
Một đặc điểm nổi bật của các tế bào là khả năng duy trì độ dốc rõ rệt của các ion natri (Na+) và kali (K+).
Trong môi trường sinh lý, nồng độ kali bên trong tế bào cao gấp 10 đến 20 lần so với bên ngoài tế bào. Ngược lại, các ion natri được tìm thấy tập trung nhiều hơn trong môi trường ngoại bào.
Với các nguyên tắc chi phối sự di chuyển của các ion một cách thụ động, sẽ không thể duy trì các nồng độ này, do đó các tế bào cần một hệ thống vận chuyển tích cực và đây là bơm natri - kali.
Bơm được hình thành bởi một phức hợp protein thuộc loại ATPase được neo vào màng plasma của tất cả các tế bào động vật. Điều này có các vị trí ràng buộc cho cả hai ion và chịu trách nhiệm vận chuyển bằng phun năng lượng.
Máy bơm hoạt động như thế nào?
Trong hệ thống này, có hai yếu tố quyết định sự di chuyển của các ion giữa khoang tế bào và ngoại bào. Đầu tiên là tốc độ bơm natri-kali hoạt động và yếu tố thứ hai là tốc độ ion có thể xâm nhập lại tế bào (trong trường hợp natri), thông qua các sự kiện khuếch tán thụ động.
Theo cách này, tốc độ mà các ion đi vào tế bào xác định tốc độ mà bơm phải hoạt động để duy trì nồng độ ion thích hợp..
Hoạt động của bơm phụ thuộc vào một loạt các thay đổi về hình dạng của protein chịu trách nhiệm vận chuyển các ion. Mỗi phân tử ATP được thủy phân trực tiếp, trong quá trình ba ion natri rời khỏi tế bào và đồng thời nhập hai ion kali vào môi trường tế bào.
Vận tải khối lượng lớn
Đây là một loại vận chuyển tích cực khác giúp di chuyển các đại phân tử, chẳng hạn như polysacarit và protein. Nó có thể xảy ra thông qua:
-Nội tiết
Có ba quá trình endocytosis: phagocytosis, pinocytosis và ligand qua trung gian ligandosis:
Phagocytosis
Phagocytosis là loại vận chuyển trong đó một hạt rắn được bao phủ bởi một túi hoặc phagosome được cấu thành bởi các giả hành hợp nhất. Hạt rắn còn lại bên trong túi được tiêu hóa bởi các enzyme và do đó đến bên trong tế bào.
Theo cách này, các tế bào bạch cầu hoạt động trong cơ thể; phagocytize vi khuẩn và các cơ quan nước ngoài như một cơ chế bảo vệ.
Pinocytosis
Pinocytosis xảy ra khi chất được vận chuyển là một giọt hoặc túi chứa chất lỏng ngoại bào, và màng tạo ra một túi pinocytic trong đó nội dung của túi hoặc giọt được xử lý để trở lại bề mặt của tế bào..
Endocytosis thông qua một thụ thể
Đó là một quá trình tương tự như pinocytosis, nhưng trong trường hợp này sự xâm lấn của màng xảy ra khi một phân tử (phối tử) nhất định liên kết với thụ thể màng.
Một số túi nội tiết tham gia và tạo thành một cấu trúc lớn hơn gọi là endosome, đó là nơi phối tử được tách ra khỏi thụ thể. Sau đó, thụ thể trở lại màng và phối tử liên kết với một liposome trong đó nó được tiêu hóa bởi các enzyme.
-Exocytosis
Nó là một loại vận chuyển tế bào trong đó các chất phải được đưa ra ngoài tế bào. Trong quá trình này, màng của túi mật tiết ra tham gia màng tế bào và giải phóng các nội dung của túi.
Bằng cách này, các tế bào loại bỏ các chất tổng hợp hoặc chất thải. Đây cũng là cách họ giải phóng hormone, enzyme hoặc chất dẫn truyền thần kinh.
Tài liệu tham khảo
- Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B. E. (2003). Sinh học: Sự sống trên trái đất. Giáo dục Pearson.
- Donnersberger, A. B., & Lesak, A. E. (2002). Sách phòng thí nghiệm giải phẫu và sinh lý. Biên tập Paidotribo.
- Ấu trùng, L. V. (2012). Sinh lý học và bệnh lý cơ bản. Biên tập Paraninfo.
- Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., tiếng Pháp, K., & Eckert, R. (2002). Sinh lý động vật Eckert. Máy xay sinh tố.
- Sống, À. M. (2005). Nguyên tắc cơ bản của sinh lý học hoạt động thể dục thể thao. Ed. Panamericana Y tế.