Mis on passiivne transport? Erinevate makromolekulaarsete ühendite, rakukomponentide, supramolekulaarsete osakeste, mis ei suuda tungida läbi membraani kanalite, transmembraanne liikumine toimub spetsiaalsete mehhanismide kaudu, näiteks kasutades fagotsütoosi, pinotsütoosi, eksotsütoosi, ülekandmist läbi rakkudevahelise ruumi. See tähendab, et ainete liikumine läbi membraani võib toimuda erinevate mehhanismide abil, mis jagunevad vastav alt konkreetsete kandjate neis osalemise tunnustele, aga ka energiatarbimisele. Teadlased jagavad ainete transpordi aktiivseks ja passiivseks.
Peamised transpordiliigid
Passiivne transport on aine ülekandmine läbi bioloogilise membraani mööda gradienti (osmootne, kontsentreeritud, hüdrodünaamiline ja muud), mis ei nõua energiatarbimist.
Aktiivne transport on aine ülekanne läbi bioloogilise membraani gradiendi vastu. Kusenergiat kulub. Ligikaudu 30–40% inimkehas metaboolsete reaktsioonide tulemusena tekkivast energiast kulub ainete aktiivse transpordi läbiviimiseks. Kui arvestada inimese neerude tööd, siis umbes 70–80% tarbitavast hapnikust kulub aktiivsele transpordile.
Ainete passiivne transport
see hõlmab erinevate ainete ülekandmist läbi bioloogiliste membraanide erinevatel gradientidel. Need gradiendid võivad olla:
- elektrokeemiline potentsiaali gradient;
- ainekontsentratsiooni gradient;
- elektrivälja gradient;
- osmootse rõhu gradient ja teised.
Passiivse transpordi rakendamise protsess ei nõua energiatarbimist. See võib ilmneda hõlbustatud ja lihtsa difusiooni teel. Nagu me teame, on difusioon aine molekulide kaootiline liikumine erinevates keskkondades, mis on tingitud aine termilise vibratsiooni energiast.
Kui aine osake on elektriliselt neutraalne, määrab difusiooni toimumise suuna membraani poolt eraldatud keskkonnas sisalduvate ainete kontsentratsioonide erinevus. Näiteks raku sektsioonide vahel, raku sees ja väljaspool seda. Kui aine osakestel, selle ioonidel on elektrilaeng, siis difusioon ei sõltu mitte ainult kontsentratsiooni erinevusest, vaid ka antud aine laengu suurusest, laengu olemasolust ja tunnustest mõlemal pool membraani.. Elektrokeemilise gradiendi suurusmääratakse membraani läbivate elektriliste ja kontsentratsioonigradientide algebralise summaga.
Mis tagab transpordi läbi membraani?
Passiivne membraanitransport on võimalik aine kontsentratsioonigradientide, rakumembraani erinevate külgede vahel tekkiva osmootse rõhu või elektrilaengu tõttu. Näiteks vereplasmas sisalduvate Na+ ioonide keskmine tase on ligikaudu 140 mM/l ja selle sisaldus erütrotsüütides on ligikaudu 12 korda kõrgem. Selline gradient, mis väljendub kontsentratsiooni erinevusena, on võimeline looma liikumapaneva jõu, mis tagab naatriumi molekulide ülekande vereplasmast punastesse verelibledesse.
Tuleb märkida, et sellise ülemineku kiirus on väga madal, kuna rakumembraani iseloomustab selle aine ioonide madal läbilaskvus. Sellel membraanil on kaaliumiioonide suhtes palju suurem läbilaskvus. Rakkude ainevahetuse energiat ei kasutata lihtsa difusiooni protsessi lõpuleviimiseks.
Hajumiskiirus
Ainete aktiivset ja passiivset transporti läbi membraani iseloomustab difusioonikiirus. Seda saab kirjeldada Ficki võrrandi abil: dm/dt=-kSΔC/x.
Sellisel juhul on dm/dt aine hulk, mis hajub ühes ajaühikus, ja k on difusiooniprotsessi koefitsient, mis iseloomustab biomembraani läbilaskvust difundeeruva aine jaoks. S võrdub pindalaga, mille kohal difusioon toimub, ja ΔC väljendab erinevustainete kontsentratsioon bioloogilise membraani erinevatest külgedest, samas kui x iseloomustab difusioonipunktide vahelist kaugust.
Ilmselt liiguvad membraanist kõige kergemini need ained, mis difundeeruvad samaaegselt mööda kontsentratsioonide ja elektriväljade gradiente. Aine läbi membraani difusiooni oluliseks tingimuseks on membraani enda füüsikalised omadused, selle läbilaskvus iga konkreetse aine puhul.
Kuna membraani kaksikkiht moodustub hüdrofoobsete omadustega fosfolipiidide süsivesinikradikaalidest, difundeeruvad hüdrofoobse iseloomuga ained sellest kergesti läbi. Eelkõige kehtib see ainete kohta, mis lahustuvad kergesti lipiidides, nagu kilpnäärme- ja steroidhormoonid, aga ka mõned narkootilised ained.
Mineraalioonid ja madala molekulmassiga ained, mis on oma olemuselt hüdrofiilsed, difundeeruvad läbi passiivsete membraani ioonikanalite, mis moodustuvad kanaleid moodustavatest valgumolekulidest, ja mõnikord ka rakumembraanis tekkivate fosfolipiidimolekulide membraani pakkimisdefektide kaudu. termilise kõikumise tulemus.
Passiivne transport läbi membraani on väga huvitav protsess. Kui tingimused on normaalsed, võivad olulised kogused ainet tungida läbi kahekihilise membraani ainult siis, kui need on mittepolaarsed ja väikese suurusega. Vastasel juhul toimub ülekanne kandevalkude kaudu. Sarnased protsessid, mis hõlmavadkandjavalguks ei nimetata difusiooni, vaid aine transporti läbi membraani.
Hõlbustatud levitamine
Hõlbustatud difusioon, nagu lihtne difusioon, toimub piki aine kontsentratsioonigradienti. Peamine erinevus seisneb selles, et aine ülekandmise protsessis osaleb spetsiaalne valgumolekul, mida nimetatakse kandjaks.
Hõlbustatud difusioon on teatud tüüpi aine molekulide passiivne ülekanne läbi biomembraanide, mis viiakse läbi kontsentratsioonigradienti kasutades kandjat.
Valgu olekute ülekandmine
Kandjavalk võib olla kahes konformatsioonilises olekus. Näiteks olekus A võib sellel valgul olla afiinsus selles sisalduva aine suhtes, selle seondumiskohad ainega on pööratud sissepoole, mille tõttu moodustub poor, mis on avatud membraani ühele küljele.
Pärast valgu seondumist ülekantud ainega muutub selle konformatsioon ja see läheb olekusse B. Selle muundumisega kaotab kandja oma afiinsuse aine suhtes. Ühendusest kandjaga see vabaneb ja liigub juba teisel pool membraani olevasse poori. Pärast aine ülekandmist muudab kandevalk uuesti oma konformatsiooni, naases olekusse A. Seda aine transporti läbi membraani nimetatakse uniportiks.
Hõlbustatud difusioonikiirus
Väikese molekulmassiga aineid, nagu glükoos, saab transportida läbimembraan läbi hõlbustatud difusiooni. Selline transport võib toimuda verest ajju, interstitsiaalsetest ruumidest rakkudesse. Seda tüüpi difusiooni korral võib aine ülekandekiirus ulatuda kuni 108 osakesteni läbi kanali ühe sekundi jooksul.
Nagu me juba teame, on lihtsa difusiooni korral ainete aktiivse ja passiivse transpordi kiirus võrdeline aine kontsentratsioonide erinevusega mõlemal pool membraani. Hõlbustatud difusiooni korral suureneb see kiirus proportsionaalselt aine kontsentratsiooni erinevuse suurenemisega kuni teatud maksimumväärtuseni. Sellest väärtusest kõrgemal kiirus ei suurene, kuigi kontsentratsioonide erinevus membraani erinevatest külgedest kasvab jätkuv alt. Sellise maksimaalse kiiruse punkti saavutamist hõlbustatud difusiooni protsessis saab seletada asjaoluga, et maksimaalne kiirus eeldab kõigi saadaolevate kandevalkude kaasamist ülekandeprotsessi.
Millist kontseptsiooni veel hõlmab aktiivne ja passiivne transport läbi membraanide?
Börsi hajutamine
Seda tüüpi ainemolekulide transportimist läbi rakumembraani iseloomustab asjaolu, et vahetuses osalevad sama aine molekulid, mis paiknevad bioloogilise membraani erinevatel külgedel. Tuleb märkida, et sellise ainete transpordiga ei muutu molekulide kontsentratsioon mõlemal pool membraani üldse.
Teatud tüüpi vahetus difusioon
Üks vahetuse difusiooni variante on vahetus, millesühe aine molekul vahetatakse teise aine kahe või enama molekuli vastu. Näiteks üks viise positiivsete k altsiumiioonide eemaldamiseks bronhide silelihasrakkudest ja veresoontest südame kontraktiilsetest müotsüütidest on nende vahetamine väljaspool rakku asuvate naatriumioonide vastu. Üks naatriumiioon vahetatakse sel juhul kolme k altsiumiiooni vastu. Seega toimub naatriumi ja k altsiumi liikumine läbi membraani, mis on üksteisest sõltuv. Sellist passiivset transporti läbi rakumembraani nimetatakse antiportiks. Just sel viisil suudab rakk vabaneda k altsiumiioonidest, mida leidub liigselt. See protsess on vajalik siledate müotsüütide ja kardiomüotsüütide lõõgastumiseks.
Selles artiklis uuriti ainete aktiivset ja passiivset transporti läbi membraani.
