egyszerű diffúzió
Életfunkciók sejtek függ folyamatos behatolása a sejtbe és kilépő különböző anyagok. Írja be a sejt szükségleteinek kielégítésére növekedésével kapcsolatos és az energia a cukor, az aminosavak és más tápanyagok és eltávolítja az anyagcsere termékeket. Továbbá, az ionos összetétele a citoplazmában nagyon különbözik az ionos összetétele az extracelluláris közegben és fenntartása ilyen különbség igényel folyamatos transzmembrán ion szállítás. Megkülönböztetni a passzív (azaz nem felejtő) és az aktív szállítás. Passzív közlekedési anyagok vagy ionok fordul elő csak abban az irányban az alacsonyabb koncentrációjú (diffúzió), és úgy hajtjuk végre, egyszerű diffúzióval keresztül a lipid kettős réteg, diffúziós a membránon keresztül csatornák és megkönnyítette elterjedését.
Egyszerű diffúzió révén a lipid kettős réteg vagy csatornák a membrán és facilitált diffúzió - passzív folyamatok, amelyek csak a potenciális energia formájában tárolt anyag koncentrációinak különbsége ellentétes oldalán a membrán. A diffúziós anyag koncentrációja két rekesz hajlamos az egyensúlyi érték, és elérve az egyensúlyt a teljes diffúziós fluxus nullává válik, bár az egyenlő nagyságú és ellentétes irányú áramlások továbbra is fennállnak.
Abban az esetben, egyszerű diffúzió révén a lipid kettősréteg az oldott anyag molekula fejest a lipid fázis alapján hő és a mozgás, hogy átlépje a membránon, ahol a másik oldalon. Így, összhangban a diffúziós törvények, mobilitása semleges molekulák (nem-elektrolitok) a membránon belül növekedésével csökken méret a molekulák, és növeli a viszkozitását a membrán. Számára, hogy a vizes fázis a lipid a vízben oldott molekulát először szünet minden hidrogénkötések vízzel. Meg kell tölteni mintegy 5 kcal energiát egy mól hidrogén-kötések. Továbbá, a molekulát kell feloldjuk a lipid kettős réteg. Mennyiségi paraméter, amely meghatározza a diffúziós sebessége nem elektrolit keresztül a lipid kettősréteg (és így szállítható a sejtbe), az a eloszlási koefficiens közötti lipid és a vizes fázis (K) az aránya a az anyag koncentrációja a lipid fázisban (például olívaolaj), hogy annak koncentrációja a vízben. A K értékét kísérleti úton határozzuk meg minden egyes anyagra. Elterjedési koefficiensek nemelektrolitok nagyon széles, és változik több nagyságrenddel. Például, ez az arány 1000-szer kisebb, a háromértékű alkohol, glicerin, mint uretán. Gyenge zsíroldható glicerin, jelenléte miatt a molekulában három hidroxilcsoportot hidrogénkötések kialakítására vízzel, és egy hidrogén-kötés kialakulását csökkenéséhez vezet a eloszlási koefficiens értéke körülbelül 40-szer.
Egyszerű diffúzió révén a lipid kettősréteg jellemezve nélkül telítési kinetikát azaz anyagátadási sebesség növeli monoton a növekedés annak koncentrációját az extracelluláris folyadékban. Ez az arányosság közötti hatóanyag koncentrációja és a penetráció a sejt, folyamatos az egész tartományban a lehetséges koncentráció lényegében annyiban különbözik az egyszerű diffúziós facilitált diffúzió.
Megkönnyítette elterjedését. Amikor a szállító bizonyos anyagokra sejtkinetika megfigyelt telítettség. azaz A görbe meredeksége az arány érkezési anyag a sejtbe az extracelluláris koncentrációja a minden idők alacsony, és amikor elér egy bizonyos koncentrációja elér egy platót, és tovább nő a koncentráció nem vezet a bevételek növekedését anyag a sejtbe. Ez a hatás annak a ténynek köszönhető, hogy a közlekedési ilyen anyag (általában hidrofil vagy ion) koncentráció-gradiens a membrán mentén nehéz, és végzik csak a kapcsolat létrejötte után a speciális hordozó molekulához. Könnyített diffúzió sebessége eléri a maximális, amikor az összes molekulák részt tolerált hordozóanyag. A koncentráció az anyag át, amelynek való mozgatás sebességét a membránon keresztül félmaximális specificitás jellemzi hordozómolekulák képest az anyag szállított az úgynevezett kötési állandó (Kc). Minél kisebb az értéke Kc. A nagyobb az affinitás molekula és a hordozó molekula anyag át. Például, Kc glükóz transzporter a membrán eritrociták 6,2 mM. Ugyanakkor, a kötési állandója a hordozó fruktóz, egy másik monoszacharid, hasonló szerkezetű a glükózra, jellemzi kötési állandó 2 M. Ezért, amikor a vér koncentrációja 5,5 mM, glükóz szállítják be hatékonyan vörösvérsejtek, míg a fruktóz a sejtekbe a hordozó alig hatol.
Szállítás anyagot a sejtbe útján hordozó molekulák következő lépéseket foglalja magában:
· Recognition - specifikus kötő hordozó molekula át a sejtanyagot, és a komplex képződését hordozó és a szállított molekula;
· Transzlokáció - a mozgás a képződött komplex a külső oldalán a membrán a belsejében;
· Engedje el a molekula szállított anyag a területen a hordozó molekula a citoszollai;
· Visszaállítása - fuvarozó visszatér a külső oldalán a membrán.
A hordozók fehérjemolekulák, hogy ellentétben más fehérjék - az enzimek nem képesek katalizálni biokémiai reakciókat. Mindazonáltal a szállítókat és az enzimek számos közös jellemzővel:
· Képesek specifikusan kötődni bizonyos anyagok és ez a képesség mennyiségileg a kötési állandó;
· Feladatuk gátolható specifikus inhibitorok.
Járművek, ahol a fuvarozó eredményeként a szállítási ciklus áthalad a membránon egy molekula nevű anyag Uniporter. Ennek egyik példája az átadása glükóz transzport vörösvérsejtek. Ha a hordozó áthalad a membránon, míg a két molekula fordul elő szimport. Amikor szimport a membránon keresztül lehet egyidejűleg mozog, mint két azonos molekulák és olyan molekulák két különböző anyagok. Szállítás a glükóz és az aminosavak a bélhámsejtek függ nátrium-ionok. Így a glükóz kötési állandó csökken 3 mM. Végül a szállítás úgynevezett antiport ha mozgását hordozó kívülről, hogy a belsejében a membrán transzport molekulák egy anyagból, míg az ellenkező irányban mozgást hajtjuk molekula egy másik anyag.
Diffúzió a membránon keresztül csatornákon. Escheodin mechanizmus, amely lehetővé teszi a hidrofil molekulák, és a szervetlen ionok Na +, K +, Cl-, hogy áthaladjon a lipid kettős réteg, ez a transzmembrán diffúziós speciális vízzel töltött csatornák. Membrán csatornák belül az úgynevezett csatornakódok fehérjék áthatoló a sejtmembránon. Akkor az ilyen csatornák tanulmány szerint a mesterséges lipid kettős rétegű membránokat. Ezek a membránok a nagyon csekély áteresztőképességi víz és szervetlen ionok, azonban a fentiek mellett egy kis mennyiségű csatornázó fehérjék kivont sejtmembránokban, van egy jelentős növekedése ionpermeabilitású. Ő lesz közel a természetes áteresztőképességét sejtmembránon. Az átmérője ilyen csatornák kisebb, mint 0,7-1,0 nm. Annak érdekében, hogy a szükséges áramlását ionok sejtbe elegendő, hogy a csatornák a vizet számviteli csak egy nagyon kis része a membrán terület.
Egyes anyagok (ionofórokkal) képesek létrehozni csatornák a lipid kettős réteg. A találmány tárgyát ionofor antibiotikumot nisztatin, a molekulái csatornákat képeznek a membránokban. Ezeken a csatornákon átjuthat anionok és semleges molekulák, amelynek átmérője kisebb, mint 0,4 nm: víz, karbamid, klór ionok. Kationok áthatolnak ezeken a csatornákon nem lehet - először is, mert vannak fix pozitív töltések mentén csatorna falain. Az eredmények azt mutatják, hogy a felvétel nisztatin mesterséges membránokba, amely növekedéséhez vezet a saját teljes terület 0,001-0,01%, eredményez 100,000-szeres növekedését membrán áteresztő képességét a klorid-ion. Antibiotikumok és ionofor valinomycin gramicidin serkentik folyni membránján keresztül a K + ionok. Ezeket az antibiotikumokat alakú „fánk”. A szállított ion található a fánk lyuk, amely mérete függ a képességét, hogy kötődni bizonyos alkálifém ionokat. Például Valinomycin amelyre jellemző az igen nagy szelektivitást K +, Na + (10000-szer).
Hosszú ideig úgy véltük, hogy a membrán áteresztő képességét a víz miatt egyszerű diffúzióval vízmolekulák keresztül a lipid kettősréteg. Azonban azt találtuk, hogy a higany vegyületek gátolják ezt a szállítási, inaktiváló néhány fehérje. Néhány vízátjárhatósága is lehetséges a kettős réteg, de ez 10-100-szor kisebb, és előírja a nagy aktiválási energia. Ma már megállapítható, hogy a gyors közlekedés a víz át a biológiai membránokon nyújt membráncsatornák - speciális fehérjéket aquaporinok. Ezek a fehérjék megtalálhatók minden élő szervezetben, bár a nyitás csak 10 évvel ezelőtt. Aquaporinok nagymértékben szelektív az a víz, nem is telt hidróniumionok H3 O + (ezek teljesen áthatolhatatlan a töltött részecskék). Talált speciális osztályok aquaporinok hordozó a ketrec glicerin (akvaglitseroporiny) és karbamid. A fiziológiai szerepe aquaporinok különösen nyilvánvaló a vesében, ahol, hála nekik, a gyűjtő csövek nefronban szívódik naponta körülbelül 200 liter vizet. Aquaporinok csökkentik az aktiválási energia a transzmembrán H2 O átmenetet 4-14 kcal / m.
Aktív közlekedés. Az élő sejtekben, néhány oldott anyagok és ionok koncentrációja lényegesen nagyobb, mint a környező közegben, míg az intracelluláris ionok és egyéb anyagok, éppen ellenkezőleg, kisebb extracelluláris. Ez a nem egyensúlyi transzmembrán koncentrációt különbség tartja fenn az aktív folyamatok, amelyek folyamatosan fogyaszt kémiai tárolt energia a molekulák a szerves fosfagenov elsősorban az ATP. Rendszer, amelyen keresztül az aktív anyagok szállítására ellen koncentráció gradiens, általában nevezik membrán szivattyúk. Ismert protonpumpa, kalcium- és nátrium-szivattyúk, amelyek megőrzik a nem-egyensúlyi megoszlása H + ionok. Na +. K +. Ca 2+ a sejtmembránokon. Ha bizonyos anyagok (inhibitorok), mint a szivattyú ki, majd aktív transzport megszűnik, az anyag eloszlása, melyek áteresztő membránt, passzív diffúzió indul meg kell határozni, és a koncentráció az anyag mindkét oldalán a plazma membrán fokozatosan elmozdul, hogy egy egyensúlyi állapotot.
Aktív transzport a következő főbb funkciókat.
1. szállítást ellen egy koncentráció-gradienssel. Például, a nátrium-szivattyú, szivattyúzás az ion Na + ki a sejtből az extracelluláris közegbe koncentrációt biztosit aránya Na + a sejtbe, és az extracelluláris folyadékban 1-15.
2. Az aktív szállítási ATP-t igényel, vagy más forrásokból kémiai energia, amely a hidrolízist ATPáz a membránban lévő. Metabolikus mérgek, hogy gátolják az ATP szintézis, és lassítja az aktív szállítási.
3. A legtöbb membrános szivattyúk nagyon specifikus. Nátrium-szivattyú, például, nem képes átvinni a lítium ionok, habár azok tulajdonságait utolsó nagyon közel van a nátrium.
4. Bizonyos membránszivattyúk kiürítették a sejtből egy faj molekulák vagy ionok és szivattyúzunk az ellenkező irányba a másik. Ez a tulajdonság jól szemlélteti a nátrium-pumpa. A munkaciklus magában foglalja a két kötelező cseréjének káliumionok áramlik a sejtbe az extracelluláris tápközegben három nátriumionok szállítják a fordított irányban. Ha eltávolítjuk az extracelluláris térben a kálium-ionok és nátrium-ionok nem kimenete a sejtből. A proton pumpa biztosítja szekrécióját sósav a gyomorban, a H + végzi. K + -ATP-áz
5. Aktív közlekedési lehet szelektíven elnyomni blokkoló szerek. Szívbetegségek glikozid ouabain bevinni az extracelluláris környezetbe, blokkolt kálium-nátrium-szivattyú kötődésének gátlására kálium-ionok egy megfelelő részével az ion szivattyú.
6. Néhány membránszivattyúk végre elektromos munka, melyen a teljes díj átadása. Például, a nátrium-szivattyú, amelynek révén három cserébe nátriumionok a káliumion, két, hordozza a teljes felszámolása pozitív töltés.
Endocitózis. Szállítás sejt fehérjék, poliszacharidok és más makromolekulák végezzük endocitózissal. amelyet a 6. fejezetben.
Két jelenségek ozmózis és membránpotenciál. eredő elválasztása oldatok szelektíven (szelektíven) áteresztő membránok fontos fiziológiai szerepe a növényi és állati szervezetek.