Celtransporttypen en hun kenmerken

de mobiel transport het omvat het verkeer en de verplaatsing van moleculen tussen de binnenkant en de buitenkant van de cellen. De uitwisseling van moleculen tussen deze compartimenten halve aantal gebeurtenissen zoals membraanpotentiaal essentieel fenomeen voor het correct functioneren van het organisme, en noemen een aantal.

De biologische membranen zijn niet alleen verantwoordelijk voor het afbakenen van de cel, ze spelen ook een onmisbare rol in het verkeer van stoffen. Ze hebben een reeks eiwitten die de structuur kruisen en, zeer selectief, de toegang van bepaalde moleculen toestaan ​​of niet.

Mobiel transport is ingedeeld in twee hoofdtypen, afhankelijk van of het systeem direct energie gebruikt of niet.

Passief transport geen energie vereist, en moleculen kunnen oversteken het membraan door passieve diffusie door waterige kanalen of doorgaande getransporteerd moleculen. De richting van het actieve transport wordt uitsluitend bepaald door de concentratiegradiënten tussen beide zijden van het membraan.

Het tweede type transport heeft daarentegen wel energie nodig en wordt actief transport genoemd. Dankzij de energie die in het systeem wordt geïnjecteerd, kunnen de pompen de moleculen tegen hun concentratiegradiënten verplaatsen. Het meest opvallende voorbeeld in de literatuur is de natrium-kaliumpomp.

index

• 1 Theoretische basissen
  • 1.1 - Celmembranen
  • 1.2 -Lipiden in de membranen
  • 1.3 -Proteïnen in de membranen
  • 1.4 - Selectiviteit van het membraan
  • 1.5-Diffusie en osmose
  • 1.6 - Tonaliteit
  • 1.7 -Invloed elektrisch
• 2 Transmembraan passief transport
  • 2.1 Eenvoudige uitzending
  • 2.2 Waterige kanalen
  • 2.3 Molecule transportadora
  • 2.4 Osmose
  • 2.5 Ultrafiltratie
  • 2.6 Vergemakkelijkte verspreiding
• 3 Transmembraan actief transport
  • 3.1 Kenmerken van actief vervoer
  • 3.2 Transport selectiviteit
  • 3.3 Voorbeeld van actief transport: natrium-kaliumpomp
  • 3.4 Hoe de pomp werkt?
• 4 Massatransport
  • 4.1-Endocytose
  • 4.2-Exocytose
• 5 Referenties

Theoretische basis

-Celmembranen

Om te begrijpen hoe het verkeer van stoffen en moleculen tussen de cel en de aangrenzende compartimenten optreedt, is het noodzakelijk om de structuur en samenstelling van biologische membranen te analyseren.

-Lipiden in de membranen

De cellen zijn omgeven door een dun en complex membraan van lipidatuur. De basiscomponent is fosfolipiden.

Deze zijn samengesteld uit een poolkop en apolaire staarten. De membranen zijn samengesteld uit twee lagen fosfolipiden - "lipide dubbellagen" - waarin de staarten gegroepeerd zijn binnenin en de hoofden extra en intracellulaire gezichten geven.

De moleculen die zowel polaire als apolaire zones hebben, worden amfipathisch genoemd. Deze eigenschap is cruciaal voor de ruimtelijke organisatie van de lipidecomponenten in de membranen.

Deze structuur wordt gedeeld door de membranen die de subcellulaire compartimenten omgeven. Vergeet niet dat ook mitochondriën, chloroplasten, blaasjes en andere organellen omgeven zijn door een membraan.

Naast fosfoglyceriden of fosfolipiden zijn de membranen rijk aan sfingolipiden, die skeletten hebben die zijn gevormd uit een molecuul dat sfingosine en sterol wordt genoemd. In deze laatste groep vinden we cholesterol, een lipide dat de eigenschappen van het membraan moduleert, als zijn vloeibaarheid.

-Eiwitten in de membranen

Het membraan is een dynamische structuur die meerdere eiwitten bevat. Het membraan eiwitten fungeren als een soort van "dragers" of moleculaire "bewakers" die een hoge selectiviteit die binnenkomt en verlaat de cel definiëren.

Om deze reden wordt er gezegd dat de membranen semipermeabel zijn, omdat sommige verbindingen erin kunnen komen en andere niet..

Niet alle eiwitten die in het membraan zitten, zijn verantwoordelijk voor het bemiddelen van verkeer. Anderen zijn verantwoordelijk voor het opvangen van externe signalen die een cellulaire respons op externe stimuli produceren.

-Selectiviteit van het membraan

Het lipide-inwendige van het membraan is zeer hydrofoob, waardoor het membraan zeer ondoordringbaar is voor de doorgang van polaire of hydrofiele moleculen (deze term betekent "verliefd op water").

Dit impliceert een extra moeilijkheid voor de doorgang van polaire moleculen. De doorvoer van in water oplosbare moleculen is echter noodzakelijk, zodat de cellen een reeks transportmechanismen hebben die de effectieve verplaatsing van deze stoffen tussen de cel en zijn externe omgeving mogelijk maken..

Op dezelfde manier moeten grote moleculen, zoals eiwitten, worden getransporteerd en gespecialiseerde systemen vereisen.

-Diffusie en osmose

De beweging van deeltjes door celmembranen vindt plaats volgens de volgende fysische principes.

Deze principes zijn diffusie en osmose en worden toegepast op de beweging van opgeloste stoffen en oplosmiddelen in een oplossing door een semipermeabel membraan - zoals de biologische membranen die in levende cellen worden aangetroffen..

Diffusie is het proces dat de willekeurige thermische beweging van deeltjes omvat die zijn opgehangen aan gebieden met hoge concentraties naar gebieden met een lagere concentratie. Er is een wiskundige uitdrukking die probeert het proces te beschrijven en die Fick's diffusievergelijking wordt genoemd, maar we zullen er niet op ingaan.

Met dit concept in gedachten, kunnen we de term permeabiliteit, die verwijst naar de snelheid waarmee een substantie in staat is het membraan passief binnendringen onder een bepaalde reeks voorwaarden definiëren.

Aan de andere kant beweegt water ook in het voordeel van zijn concentratiegradiënt in een verschijnsel dat osmose wordt genoemd. Hoewel het niet precies lijkt om te verwijzen naar de concentratie van water, moeten we begrijpen dat de vitale vloeistof zich gedraagt ​​als elke andere substantie, in termen van diffusie.

-tonus

Rekening houdend met de beschreven fysische verschijnselen, bepalen de concentraties die zowel in de cel als daarbuiten aanwezig zijn de richting van het transport.

De toniciteit van een oplossing is dus de reactie van de cellen die zijn ondergedompeld in een oplossing. Er is enige terminologie toegepast op dit scenario:

isotone

Een cel, weefsel of oplossing is isotoon ten opzichte van een ander als de concentratie in beide elementen gelijk is. In een fysiologische context zal een cel ondergedompeld in een isotone omgeving geen enkele verandering ondergaan.

hypotone

Een oplossing is hypotoon met betrekking tot de cel als de concentratie opgeloste stoffen lager is - dat betekent dat de cel meer opgeloste stoffen heeft. In dit geval is de neiging van water om de cel binnen te gaan.

Als we rode bloedcellen in gedistilleerd water (dat vrij van opgeloste stoffen is) zetten, zou het water binnendringen tot het barstte. Dit fenomeen wordt hemolyse genoemd.

hypertone

Een oplossing is hypertoon ten opzichte van de cel als de concentratie van opgeloste stoffen buiten hoger is - dat wil zeggen, de cel heeft minder opgeloste stoffen.

In dit geval is de neiging van water om de cel te verlaten. Als we rode bloedcellen in een meer geconcentreerde oplossing plaatsen, heeft het water in de bolletjes de neiging om naar buiten te komen en krijgt de cel een gerimpeld uiterlijk.

Deze drie concepten hebben biologische relevantie. Bijvoorbeeld, de eieren van een marien organisme moeten isotoon zijn met betrekking tot zeewater om niet te barsten en geen water te verliezen.

Evenzo moeten parasieten die in het bloed van zoogdieren leven een concentratie van opgeloste stoffen hebben die vergelijkbaar is met het medium waarin ze zich ontwikkelen..

-Elektrische invloed

Wanneer we spreken van ionen, die geladen deeltjes zijn, wordt de beweging door de membranen niet uitsluitend bepaald door de concentratiegradiënten. In dit systeem is het noodzakelijk om rekening te houden met de belastingen van de opgeloste stoffen.

Het ion heeft de neiging om weg te gaan van de regio's waar de concentratie hoog is (zoals beschreven in de sectie over osmose en diffusie), en ook als het ion negatief is, zal het doorgaan naar de regio's waar er een groeiend negatief potentieel is. Onthoud dat verschillende ladingen worden aangetrokken en gelijke ladingen worden afgeweerd.

Om het gedrag van het ion te voorspellen, moeten we de gecombineerde krachten van de concentratiegradiënt en de elektrische gradiënt optellen. Deze nieuwe parameter wordt de netto elektrochemische gradiënt genoemd.

De soorten cellulair transport worden geclassificeerd afhankelijk van het al dan niet gebruiken van energie door het systeem bij passieve en actieve bewegingen. We zullen ze hieronder in detail beschrijven:

Transmembraan passief transport

Passieve bewegingen door de membranen omvatten de doorgang van moleculen zonder de directe behoefte aan energie. Aangezien deze systemen geen energie omvatten, hangt het uitsluitend af van de concentratiegradiënten (inclusief de elektrische gradiënten) die door het plasmamembraan bestaan.

Hoewel de energie die verantwoordelijk is voor de beweging van de deeltjes wordt opgeslagen in dergelijke gradiënten, is het passend en handig om het proces als passief te blijven beschouwen..

Er zijn drie elementaire routes waardoor moleculen passief van de ene naar de andere kant kunnen gaan:

Eenvoudige diffusie

De eenvoudigste en meest intuïtieve manier om een ​​opgeloste stof te transporteren, is door het membraan te lopen na de hierboven genoemde gradiënten..

Het molecuul diffundeert door het plasmamembraan, verlaat de waterige fase opzij, lost op in het lipidedeel en komt tenslotte het waterige deel van het inwendige van de cel binnen. Hetzelfde kan in de tegenovergestelde richting gebeuren, van de binnenkant van de cel naar de buitenkant.

De efficiënte doorgang door het membraan bepaalt het niveau van thermische energie dat het systeem bezit. Als het voldoende hoog is, zal het molecuul het membraan kunnen passeren.

Meer in detail gezien, moet het molecuul alle waterstofbindingen die in de waterige fase zijn gevormd afbreken om zich naar de lipidefase te kunnen verplaatsen. Voor deze gebeurtenis is 5 kcal aan kinetische energie nodig voor elke aanwezige link.

De volgende factor waarmee rekening moet worden gehouden, is de oplosbaarheid van het molecuul in de lipidenzone. Mobiliteit wordt beïnvloed door een verscheidenheid aan factoren, zoals het molecuulgewicht en de vorm van het molecuul.

De kinetica van de eenvoudige diffusiestap vertoont een niet-verzadigingskinetiek. Dit betekent dat de invoer toeneemt in verhouding tot de concentratie van de opgeloste stof die moet worden getransporteerd in het extracellulaire gebied.

Waterige kanalen

Het tweede alternatief voor het passeren van moleculen door de passieve route is door een waterig kanaal dat zich in het membraan bevindt. Deze kanalen zijn een soort poriën die de passage van het molecuul mogelijk maken, waarbij contact met het hydrofobe gebied wordt vermeden.

Bepaalde geladen moleculen slagen erin om de cel binnen te gaan na de concentratiegradiënt. Dankzij dit systeem van kanalen gevuld met water, zijn de membranen zeer ondoordringbaar voor ionen. Binnen deze moleculen vallen natrium, kalium, calcium en chloor op.

Transportmolecuul

Het laatste alternatief is de combinatie van de opgeloste stof van belang met een transportmolecuul dat de hydrofiele aard ervan maskeert, zodat het de doorgang door het lipide-rijke gedeelte van het membraan bereikt.

De transporter verhoogt de lipide-oplosbaarheid van het molecuul dat moet worden getransporteerd en begunstigt zijn passage ten gunste van de concentratiegradiënt of de elektrochemische gradiënt.

Deze transportereiwitten werken op verschillende manieren. In het eenvoudigste geval wordt een opgeloste stof van de ene kant van het membraan naar de andere overgebracht. Dit type wordt een ondersteuning genoemd. Omgekeerd, als een andere opgeloste stof tegelijkertijd wordt getransporteerd of gekoppeld, wordt de transporter trailers genoemd.

Als de gekoppelde transporteur de twee moleculen in dezelfde richting beweegt, is het een simporte en als het dit in tegengestelde richtingen doet, is de transportband antiport.

osmose

Het is het type cellulair transport waarbij een oplosmiddel selectief door het semipermeabele membraan passeert.

Water heeft bijvoorbeeld de neiging naast de cel te passeren waarin de concentratie lager is. De beweging van water in dat pad genereert een druk die osmotische druk wordt genoemd.

Deze druk is nodig om de concentratie van stoffen in de cel te regelen, wat vervolgens de vorm van de cel beïnvloedt.

ultrafiltratie

In dit geval wordt de beweging van sommige opgeloste stoffen veroorzaakt door het effect van een hydrostatische druk, van het gebied met de hoogste druk tot de laagste druk. In het menselijk lichaam vindt dit proces plaats in de nieren dankzij de bloeddruk die door het hart wordt gegenereerd.

Op deze manier gaat water, ureum, enz. Van de cellen naar de urine; en hormonen, vitaminen, enz., blijf in het bloed. Dit mechanisme is ook bekend als dialyse.

Vergemakkelijkte verspreiding

Er zijn stoffen met zeer grote moleculen (zoals glucose en andere monosacchariden), die een dragereiwit nodig hebben om zich te verspreiden. Deze diffusie is sneller dan eenvoudige diffusie en is afhankelijk van:

• De concentratiegradiënt van de stof.
• De hoeveelheid transporteiwitten die in de cel aanwezig is.
• De snelheid van de aanwezige eiwitten.

Eén van deze transportereiwitten is insuline, wat de diffusie van glucose vergemakkelijkt, waardoor de concentratie ervan in het bloed wordt verlaagd.

Transmembraan actief transport

Tot nu toe hebben we de doorgang van verschillende moleculen door kanalen besproken zonder energiekosten. Bij deze gebeurtenissen zijn de enige kosten het genereren van de potentiële energie in de vorm van differentiële concentraties aan beide zijden van het membraan.

Op deze manier wordt de transportrichting bepaald door de bestaande gradiënt. De opgeloste stoffen beginnen te worden getransporteerd volgens de genoemde principes van diffusie, totdat ze een punt bereiken waar de netto diffusie eindigt - op dit punt is een evenwicht bereikt. In het geval van ionen wordt de beweging ook beïnvloed door de belasting.

Echter, in het enige geval waarin de verdeling van de ionen aan beide zijden van het membraan in een echt evenwicht is, is de cel dood. Alle levende cellen investeren een grote hoeveelheid chemische energie om opgeloste concentraties uit de buurt van het evenwicht te houden.

De energie die wordt gebruikt om deze processen actief te houden, is in het algemeen het ATP-molecuul. Adenosinetrifosfaat, afgekort als ATP, is een fundamentele energiemolecule in cellulaire processen.

Kenmerken van actief transport

Actief transport kan werken tegen concentratiegradiënten, ongeacht hoe groot ze zijn - deze eigenschap zal duidelijk zijn met de uitleg van de natrium-kaliumpomp (zie hieronder).

Actieve transportmechanismen kunnen meer dan één molecuulklasse tegelijkertijd verplaatsen. Voor actief transport wordt dezelfde genoemde classificatie gebruikt voor het gelijktijdig transporteren van meerdere moleculen in passief transport: simporte en antiporte.

Het transport door deze pompen kan worden geremd door de toepassing van moleculen die specifiek cruciale plaatsen in het eiwit blokkeren.

De transportkinetiek is van het Michaelis-Menten-type. Beide gedragingen - die worden geremd door een molecuul en kinetica - zijn typische kenmerken van enzymatische reacties.

Ten slotte moet het systeem specifieke enzymen hebben die het ATP-molecuul kunnen hydrolyseren, zoals ATPasen. Dit is het mechanisme waarmee het systeem de energie krijgt die het kenmerkt.

Transport selectiviteit

De betrokken pompen zijn uiterst selectief in de moleculen die zullen worden getransporteerd. Als de pomp bijvoorbeeld drager is van natriumionen, neemt deze geen lithiumionen, hoewel beide ionen qua grootte erg op elkaar lijken.

Er wordt verondersteld dat eiwitten een onderscheid kunnen maken tussen twee diagnostische kenmerken: het gemak van uitdroging van het molecuul en de interactie met de ladingen in de porie van de transporter.

Het is bekend dat grote ionen erin slagen om gemakkelijk uit te drogen, als we ze vergelijken met een kleine ion. Dus, een porie met zwakke poolcentra zal bij voorkeur grote ionen gebruiken.

Omgekeerd overheerst in de kanalen met sterk geladen centra de interactie met het gedehydrateerde ion.

Voorbeeld van actief transport: natrium-kaliumpomp

Om de mechanismen van actief transport te verklaren, is het het beste om dit te doen met het best bestudeerde model: de natrium - kaliumpomp.

Een opvallend kenmerk van cellen is het vermogen om geprononceerde gradiënten van natriumionen te handhaven (Na⁺) en kalium (K.⁺).

In de fysiologische omgeving is de concentratie van kalium in de cellen 10 tot 20 keer hoger dan in de buitenkant van de cellen. Daarentegen worden natriumionen veel sterker geconcentreerd in de extracellulaire omgeving.

Met de principes die de beweging van ionen passief regelen, zou het onmogelijk zijn om deze concentraties te handhaven, daarom hebben de cellen een actief transportsysteem nodig en dit is de natrium-kaliumpomp.

De pomp wordt gevormd door een eiwitcomplex van het ATPase-type dat is verankerd aan het plasmamembraan van alle dierlijke cellen. Dit heeft bindingsplaatsen voor beide ionen en is verantwoordelijk voor transport met energie-injectie.

Hoe de pomp werkt?

In dit systeem zijn er twee factoren die de beweging van de ionen tussen de cellulaire en extracellulaire compartimenten bepalen. De eerste is de snelheid waarmee de natrium-kaliumpomp werkt, en de tweede factor is de snelheid waarmee het ion de cel opnieuw kan binnenkomen (in het geval van natrium), door passieve diffusie-gebeurtenissen.

Op deze manier bepaalt de snelheid waarmee de ionen de cel binnengaan de snelheid waarmee de pomp moet werken om een ​​geschikte concentratie van ionen te handhaven..

De werking van de pomp is afhankelijk van een reeks conformatieveranderingen in het eiwit die verantwoordelijk zijn voor het transport van de ionen. Elk molecuul ATP wordt direct gehydrolyseerd, in het proces verlaten drie natriumionen de cel en komen tegelijkertijd twee kaliumionen binnen in de celomgeving.

Massa transport

Het is een ander type actief transport dat helpt bij de beweging van macromoleculen, zoals polysacchariden en eiwitten. Het kan gebeuren door:

-endocytose

Er zijn drie processen van endocytose: fagocytose, pinocytose en ligand-gemedieerde endocytose:

fagocytose

Fagocytose is het transporttype waarbij een vast deeltje wordt bedekt door een blaasje of fagosoom dat wordt gevormd door gefuseerde pseudopods. Dat vaste deeltje dat in het blaasje achterblijft, wordt verteerd door enzymen en bereikt zo het binnenste van de cel.

Op deze manier werken witte bloedcellen in het lichaam; fagocytiseren bacteriën en vreemde lichamen als een afweermechanisme.

pinocitosis

Pinocytose vindt plaats wanneer de te transporteren substantie een druppeltje of vesikel van extracellulaire vloeistof is, en het membraan creëert een pinocytisch blaasje waarin de inhoud van de blaar of druppel wordt verwerkt om terug te keren naar het oppervlak van de cel..

Endocytose door een receptor

Het is een proces vergelijkbaar met pinocytose, maar in dit geval vindt de invaginatie van het membraan plaats wanneer een bepaald molecuul (ligand) aan de membraanreceptor bindt.

Verschillende endocytische vesicles verbinden zich en vormen een grotere structuur, het endosoom genaamd, waar het ligand wordt gescheiden van de receptor. Vervolgens keert de receptor terug naar het membraan en bindt het ligand aan een liposoom waarin het door enzymen wordt gedigereerd.

-exocytose

Het is een soort cellulair transport waarbij de substantie buiten de cel moet worden genomen. Tijdens dit proces verbindt het membraan van het uitscheidende blaasje zich met het celmembraan en laat het de inhoud van het blaasje vrij.

Op deze manier elimineren de cellen de gesynthetiseerde substanties of die van afval. Dit is ook hoe ze hormonen, enzymen of neurotransmitters afgeven.

referenties

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B. E. (2003). Biologie: leven op aarde. Pearson-opleiding.
2. Donnersberger, A. B., & Lesak, A. E. (2002). Laboratoriumboek van anatomie en fysiologie. Redactie Paidotribo.
3. Larradagoitia, L. V. (2012). Anatomofysiologie en fundamentele pathologie. Paraninfo Editorial.
4. Randall, D., Burggren, W.W., Burggren, W., French, K., & Eckert, R. (2002). Eckert dierfysiologie. Macmillan.
5. Vived, À. M. (2005). Fundamenten van fysiologie van fysieke activiteit en sport. Ed. Panamericana Medical.