Solun kuljetustyypit ja niiden ominaisuudet

solukuljetukset se käsittää liikenteen ja molekyylien siirtymisen solujen sisä- ja ulkopuolen välillä. Molekyylien vaihto näiden osastojen välillä on olennainen ilmiö organismin moitteettomalle toiminnalle ja välittää joukon tapahtumia, kuten kalvopotentiaalia, mainitsemaan joitakin.

Biologiset kalvot eivät ole pelkästään vastuussa solun rajaamisesta, vaan niillä on myös välttämätön rooli aineiden liikenteessä. Heillä on joukko proteiineja, jotka ylittävät rakenteen ja sallivat tai selektiivisesti tiettyjen molekyylien pääsyn.

Solukkoliikenne luokitellaan kahteen päätyyppiin riippuen siitä, käyttääkö järjestelmä energiaa suoraan vai ei.

Passiivinen kuljetus ei vaadi energiaa, ja molekyylit pystyvät ylittämään kalvon passiivisella diffuusiolla, vesikanavien avulla tai kuljetettujen molekyylien avulla. Aktiivisen kuljetuksen suunta määräytyy yksinomaan kalvon molempien puolien välisten konsentraatioasteiden avulla.

Sitä vastoin toinen kuljetusmuoto vaatii energiaa ja sitä kutsutaan aktiiviseksi kuljetukseksi. Järjestelmään ruiskutetun energian ansiosta pumput voivat siirtää molekyylejä niiden konsentraatiokriteereihin. Merkittävin esimerkki kirjallisuudesta on natriumkaliumipumppu.

indeksi

• 1 Teoreettiset perusteet
  • 1.1 - Solukalvot
  • 1.2 -Lipidit kalvoissa
  • 1.3 - Proteiinit kalvoissa
  • 1.4 - Kalvon selektiivisyys
  • 1.5 -Diffuusio ja osmoosi
  • 1.6 -Tonisuus
  • 1.7 -Inferenssi sähkö
• 2 Transmembraaninen passiivinen kuljetus
  • 2.1 Yksinkertainen lähetys
  • 2.2 Vesipitoiset kanavat
  • 2.3 Molecule transportadora
  • 2.4 Osmoosi
  • 2.5 Ultrafiltraatio
  • 2.6 Helpotettu levittäminen
• 3 Transmembrane aktiivinen kuljetus
  • 3.1 Aktiivisen kuljetuksen ominaisuudet
  • 3.2 Liikenteen selektiivisyys
  • 3.3 Esimerkki aktiivisesta kuljetuksesta: natriumkaliumipumppu
  • 3.4 Miten pumppu toimii?
• 4 Massakuljetukset
  • 4.1 -Endosytoosi
  • 4.2 -Etsosytoosi
• 5 Viitteet

Teoreettiset perusteet

-Solukalvot

Ymmärtääkseen, miten aineiden ja molekyylien kauppa tapahtuu solun ja vierekkäisten osastojen välillä, on tarpeen analysoida biologisten kalvojen rakenne ja koostumus.

-Lipidit kalvoissa

Soluja ympäröi ohut ja monimutkainen lipidimuotoinen kalvo. Peruskomponentti on fosfolipidejä.

Nämä koostuvat polaarisesta päästä ja apolaarisista hännistä. Kalvot koostuvat kahdesta fosfolipidikerroksesta - "lipidikaksikerroksista", joissa hännät on ryhmitelty sisälle ja päät antavat ylimääräisiä ja solunsisäisiä kasvoja.

Molekyylejä, joilla on sekä polaarisia että apolaarisia vyöhykkeitä, kutsutaan amfipaattisiksi. Tämä ominaisuus on ratkaisevaa lipidikomponenttien alueelliselle järjestelylle kalvojen sisällä.

Tämä rakenne on jaettu kalvoilla, jotka ympäröivät subcellular-osastoja. Muista, että myös mitokondriot, kloroplastit, vesikkelit ja muut organellit ympäröivät kalvoa.

Fosforlyseridien tai fosfolipidien lisäksi kalvot ovat runsaasti sfingolipidejä, joilla on luurankoja, jotka on muodostettu sfingosiinia ja sterolia kutsuvasta molekyylistä. Tässä viimeisessä ryhmässä löydämme kolesterolia, lipidiä, joka moduloi kalvon ominaisuuksia sen juoksevuutena.

-Proteiinit kalvoissa

Kalvo on dynaaminen rakenne, joka sisältää useita proteiineja sisällä. Kalvon proteiinit toimivat eräänlaisena "portinvartijana" tai "vartijana" molekyylinä, jotka määrittelevät suurella valikoivuudella, joka siirtyy soluun ja joka lähtee solusta.

Tästä syystä sanotaan, että kalvot ovat puoliläpäiseviä, koska jotkut yhdisteet pääsevät sisään ja toiset eivät..

Kaikki kalvossa olevat proteiinit eivät ole vastuussa liikenteen välittämisestä. Toiset vastaavat ulkoisten signaalien sieppaamisesta, jotka tuottavat soluvasteen ulkoisille ärsykkeille.

-Kalvon selektiivisyys

Kalvon lipidien sisäpuoli on erittäin hydrofobinen, mikä tekee kalvosta erittäin läpäisemätöntä polaaristen tai hydrofiilisten molekyylien kulkua varten (tämä termi tarkoittaa "rakastunut veteen")..

Tämä merkitsee lisähaasteita polaaristen molekyylien kulkeutumiselle. Vesipitoisten molekyylien kuljetus on kuitenkin välttämätöntä, joten soluissa on joukko kuljetusmekanismeja, jotka mahdollistavat näiden aineiden tehokkaan siirtymisen solun ja sen ulkoisen ympäristön välillä..

Samoin suuria molekyylejä, kuten proteiineja, täytyy kuljettaa ja vaatia erikoistuneita järjestelmiä.

-Diffuusio ja osmoosi

Hiukkasten liikkuminen solukalvojen läpi tapahtuu seuraavien fyysisten periaatteiden mukaisesti.

Nämä periaatteet ovat diffuusio ja osmoosi ja niitä sovelletaan liuosten ja liuottimien liikkumiseen liuoksessa puoliläpäisevän kalvon - kuten elävissä soluissa olevien biologisten kalvojen - läpi..

Diffuusio on prosessi, johon liittyy partikkeleiden, jotka on suspendoitu suurista konsentraatioalueista, satunnainen lämpöliike alempien pitoisuuksien alueille. On olemassa matemaattinen ilmaus, joka pyrkii kuvaamaan prosessia ja jota kutsutaan Fickin diffuusioyhtälöksi, mutta emme mene siihen.

Tässä käsitteessä voidaan määritellä termi läpäisevyys, joka viittaa nopeuteen, jolla aine tunkeutuu kalvoon passiivisesti tiettyjen olosuhteiden joukossa.

Toisaalta vesi liikkuu myös keskittymisgradientinsa hyväksi ilmiössä, jota kutsutaan osmoosiksi. Vaikka ei näytä tarkalleen viittaavan veden pitoisuuteen, meidän on ymmärrettävä, että elintärkeä neste käyttäytyy kuin mikä tahansa muu aine, sen leviämisen kannalta.

-toonisuuden

Kun otetaan huomioon kuvatut fyysiset ilmiöt, niin solun sisällä ja sen ulkopuolella esiintyvät pitoisuudet määräävät kuljetussuunnan.

Siten liuoksen tonisuus on liuokseen upotettujen solujen vaste. Tässä skenaariossa on käytetty jotakin terminologiaa:

isotoninen

Solu, kudos tai liuos on isotoninen suhteessa toiseen, jos konsentraatio on yhtä suuri molemmissa elementeissä. Fysiologisessa kontekstissa isotoniseen ympäristöön upotettu solu ei kokea mitään muutosta.

hypotoninen

Liuos on hypotoninen suhteessa soluun, jos liuenneiden aineiden pitoisuus on alempi ulkopuolella - ts. Solussa on enemmän liuenneita aineita. Tässä tapauksessa veden taipumus tulla sisään soluun.

Jos laitamme punasoluja tislattuun veteen (joka ei sisällä liuenneita aineita), vesi pääsee purkautumaan. Tätä ilmiötä kutsutaan hemolyysiksi.

hypertoninen

Ratkaisu on hypertoninen suhteessa soluun, jos liuenneiden aineiden pitoisuus on korkeampi ulkopuolella - ts. Solussa on vähemmän soluutteja.

Tässä tapauksessa veden taipumus lähteä solusta. Jos laitamme punasoluja keskittyneempään liuokseen, globulien vesi on taipumus tulla ulos ja solu saa ryppyisen ulkonäön.

Näillä kolmella käsitteellä on biologinen merkitys. Esimerkiksi meren eliön munien on oltava meriveden suhteen isotonisia, jotta ne eivät räjähtäisi eikä menettäisi vettä.

Samoin nisäkkäiden veressä elävien loisten tulisi olla liuenneiden aineiden pitoisuus, joka on samanlainen kuin elatusaine, jossa ne kehittyvät..

-Sähköinen vaikutus

Kun puhumme ioneista, jotka ovat varautuneita hiukkasia, liikkuminen kalvojen läpi ei johdu yksinomaan pitoisuusgradienteista. Tässä järjestelmässä on otettava huomioon liuosten kuormitus.

Ioni pyrkii siirtymään pois alueilta, joilla konsentraatio on korkea (kuten osmoosin ja diffuusion jaksossa kuvataan), ja myös jos ioni on negatiivinen, se etenee alueille, joilla on kasvava negatiivinen potentiaali. Muista, että erilaiset maksut ovat houkuttelevia, ja yhtä suuret maksut hylätään.

Ionin käyttäytymisen ennustamiseksi meidän on lisättävä pitoisuusgradientin ja sähkögradientin yhdistetyt voimat. Tätä uutta parametria kutsutaan netokemialliseksi gradientiksi.

Solukkoliikenteen tyypit luokitellaan sen mukaan, mikä on järjestelmän käyttämä - tai ei - passiivinen ja aktiivinen liike. Seuraavassa kuvataan kukin yksityiskohtaisesti:

Transmembraaninen passiivinen kuljetus

Passiiviset liikkeet kalvojen läpi sisältävät molekyylien kulun ilman suoraa energian tarvetta. Koska nämä järjestelmät eivät sisällä energiaa, se riippuu yksinomaan plasman kalvon läpi esiintyvistä pitoisuusgradienteista (mukaan lukien sähköiset).

Vaikka hiukkasten liikkeestä vastuussa oleva energia varastoidaan tällaisissa kaltevuuksissa, on asianmukaista ja kätevää pitää prosessia passiivisena.

On olemassa kolme perusreittiä, joiden kautta molekyylit voivat passiivisesti siirtyä yhdeltä puolelta toiselle:

Yksinkertainen diffuusio

Yksinkertaisin ja intuitiivisin tapa kuljettaa liukeneva aine on kulkea kalvo edellä mainittujen gradienttien jälkeen..

Molekyyli diffundoituu plasmamembraanin läpi ja jättää vesifaasin sivuun, liukenee lipidiosaan ja vie lopulta solun sisäosan vesiosaan. Sama voi tapahtua vastakkaiseen suuntaan, solun sisältä ulospäin.

Tehokas kulku kalvon läpi määrittää järjestelmän lämpöenergian tason. Jos se on riittävän korkea, molekyyli pystyy ylittämään kalvon.

Yksityiskohtaisemmin tarkasteltuna molekyylin täytyy rikkoa kaikki vesifaasissa muodostuneet vety- sidokset voidakseen liikkua lipidifaasiin. Tämä tapahtuma vaatii 5 kcal kineettistä energiaa kullekin läsnä olevalle linkille.

Seuraava tekijä, joka on otettava huomioon, on molekyylin liukoisuus lipidivyöhykkeeseen. Liikkuvuuteen vaikuttavat erilaiset tekijät, kuten molekyylin massa ja muoto.

Yksinkertaisen diffuusiovaiheen kinetiikka osoittaa ei-kylläisyyden kinetiikkaa. Tämä tarkoittaa, että tulo kasvaa suhteessa solunulkoisella alueella kuljetettavan liuoksen konsentraatioon.

Vesipitoiset kanavat

Toinen vaihtoehto molekyylien siirtämiseksi passiivisen reitin läpi on kalvossa olevan vesikanavan kautta. Nämä kanavat ovat eräänlaisia ​​huokosia, jotka sallivat molekyylin kulun, jolloin vältetään kosketus hydrofobiseen alueeseen.

Tietyt varautuneet molekyylit pääsevät soluun sen pitoisuusgradientin jälkeen. Veden avulla täytettyjen kanavien järjestelmän ansiosta kalvot ovat erittäin läpäisemättömiä ioneille. Näissä molekyyleissä erottuvat natrium, kalium, kalsium ja kloori.

Kuljettimen molekyyli

Viimeinen vaihtoehto on kiinnostavan aineen yhdistelmä kuljetusmolekyylin kanssa, joka peittää sen hydrofiilisen luonteen siten, että se saavuttaa kulkemisen kalvon lipidirikkaan osan läpi.

Kuljettaja kasvattaa kuljetettavan molekyylin lipidiliukoisuutta ja edesauttaa sen kulkeutumista pitoisuusgradientin tai sähkökemiallisen gradientin eduksi.

Nämä kuljetusproteiinit toimivat eri tavoin. Yksinkertaisimmassa tapauksessa liukoinen aine siirretään kalvon yhdeltä puolelta toiselle. Tätä tyyppiä kutsutaan tueksi. Toisaalta, jos toinen liukoinen aine kuljetetaan samanaikaisesti tai kytketään, kuljetinta kutsutaan perävaunuiksi.

Jos kytketty kuljetin siirtää molemmat molekyylit samaan suuntaan, se on simporte ja jos se tekee sen vastakkaisiin suuntiin, kuljetin on antiportti.

Osmosis

Se on solukuljetuksen tyyppi, jossa liuotin kulkee selektiivisesti puoliläpäisevän kalvon läpi.

Vesi esimerkiksi kulkee sen solun vieressä, jossa sen pitoisuus on pienempi. Veden liikkuminen tällä polulla tuottaa paineen, jota kutsutaan osmoottiseksi paineeksi.

Tämä paine on tarpeen solujen sisältämien aineiden pitoisuuden säätämiseksi, joka vaikuttaa sitten solun muotoon.

ultrasuodatus

Tällöin eräiden liuosten liikkuminen syntyy hydrostaattisen paineen vaikutuksesta suurimmasta paineesta alimpaan paineeseen. Ihmiskehossa tämä prosessi tapahtuu munuaisissa sydämen aiheuttaman verenpaineen ansiosta.

Tällä tavoin vesi, urea jne. Kulkee soluista virtsaan; ja hormonit, vitamiinit jne. pysyvät veressä. Tätä mekanismia kutsutaan myös dialyysiksi.

Helpotettu levittäminen

On olemassa aineita, joilla on hyvin suuria molekyylejä (kuten glukoosi ja muut monosakkaridit), jotka tarvitsevat kantajaproteiinia levittämiseksi. Tämä diffuusio on nopeampi kuin yksinkertainen diffuusio ja se riippuu:

• Aineen pitoisuusgradientti.
• Solussa olevien transporteriproteiinien määrä.
• Läsnä olevien proteiinien nopeus.

Yksi näistä transporteriproteiineista on insuliini, joka helpottaa glukoosin diffuusiota ja vähentää sen pitoisuutta veressä.

Transmembraaninen aktiivinen kuljetus

Tähän mennessä olemme keskustelleet eri molekyylien kulkeutumisesta kanavien kautta ilman energiakustannuksia. Näissä tapahtumissa ainoa kustannus on tuottaa potentiaalinen energia differentiaalipitoisuuksien muodossa kalvon molemmille puolille.

Tällä tavoin kuljetussuunta määräytyy nykyisen gradientin avulla. Liukoiset aineet alkavat kuljettaa edellä mainittujen diffuusioperiaatteiden mukaisesti, kunnes ne saavuttavat pisteen, jossa verkon diffuusio päättyy - tässä vaiheessa on saavutettu tasapaino. Ionien tapauksessa liike vaikuttaa myös kuormitukseen.

Ainoassa tapauksessa, jossa ionien jakautuminen kalvon molemmilla puolilla on todellisessa tasapainossa, kun solu on kuollut. Kaikki elävät solut sijoittavat suuren määrän kemiallista energiaa pitämään liuenneet pitoisuudet poissa tasapainosta.

Näiden prosessien ylläpitämiseksi käytetty energia on yleensä ATP-molekyyli. Adenosiinitrifosfaatti, lyhennettynä ATP: nä, on perusenergiamolekyyli soluprosesseissa.

Aktiivisen kuljetuksen ominaisuudet

Aktiivinen kuljetus voi toimia pitoisuusgradienttien vastaisesti riippumatta siitä, missä ne ovat - tämä ominaisuus on selvä selittämällä natriumkaliumipumppua (katso alla)..

Aktiiviset kuljetusmekanismit voivat siirtää useamman kuin yhden luokan molekyyliä kerrallaan. Aktiiviseen kuljetukseen käytetään samaa luokitusta useiden molekyylien kuljettamiseen samanaikaisesti passiivisessa kuljetuksessa: simporte ja antiporte.

Näiden pumppujen suorittama kuljetus voidaan estää käyttämällä molekyylejä, jotka estävät spesifisesti proteiinin olennaiset kohdat.

Kuljetuskinetiikka on Michaelis-Menten-tyyppiä. Molemmat käyttäytymiset - joidenkin molekyylien ja kinetiikan estämä - ovat tyypillisiä entsymaattisten reaktioiden ominaisuuksia.

Lopuksi järjestelmässä täytyy olla spesifisiä entsyymejä, jotka voivat hydrolysoida ATP-molekyylin, kuten ATPaasit. Tämä on mekanismi, jolla järjestelmä saa sille ominaisen energian.

Liikenteen valikoivuus

Mukana olevat pumput ovat erittäin selektiivisiä kuljetettavissa molekyyleissä. Jos pumppu on esimerkiksi natriumionien kantaja, se ei ota litiumioneja, vaikka molemmat ionit ovat kooltaan hyvin samanlaisia.

Oletetaan, että proteiinit voivat erottaa kaksi diagnostista ominaisuutta: molekyylin dehydraation helppous ja vuorovaikutus kuljettimien huokosten sisällä olevien varausten kanssa.

Tiedetään, että suuret ionit pystyvät kuivumaan helposti, jos niitä verrataan pieneen ioniin. Siten huokos, jossa on heikkoja polaarisia keskuksia, käyttää suuria ioneja, edullisesti.

Käänteisesti kanavissa, joissa on voimakkaasti varautuneita keskuksia, vuorovaikutus dehydratoidun ionin kanssa on vallitseva.

Esimerkki aktiivisesta kuljetuksesta: natriumkaliumipumppu

Aktiivisen kuljetuksen mekanismien selittämiseksi on parasta tehdä se parhaiten tutkitulla mallilla: natrium-kaliumpumppu.

Solujen silmiinpistävä piirre on kyky ylläpitää huomattavia natriumionien gradientteja (Na⁺) ja kalium (K⁺).

Fysiologisessa ympäristössä kaliumin pitoisuus solujen sisällä on 10 - 20 kertaa suurempi kuin solujen ulkopuolella. Sitä vastoin natriumionit ovat paljon keskittyneempiä solunulkoiseen ympäristöön.

Ionien liikkuvuutta säätelevillä periaatteilla passiivisesti olisi mahdotonta ylläpitää näitä pitoisuuksia, joten solut tarvitsevat aktiivisen kuljetusjärjestelmän ja tämä on natriumkaliumipumppu.

Pumppu muodostuu ATPaasityypin proteiinikompleksista, joka on ankkuroitu kaikkien eläinsolujen plasmamembraaniin. Tällä on sidoskohtia molemmille ioneille ja se on vastuussa kuljetuksesta energian ruiskutuksella.

Miten pumppu toimii?

Tässä järjestelmässä on kaksi tekijää, jotka määrittävät ionien liikkumisen solu- ja solunulkoisten osastojen välillä. Ensimmäinen on nopeus, jolla natriumkaliumipumppu toimii, ja toinen tekijä on nopeus, jolla ioni voi päästä soluun uudelleen (natriumin tapauksessa) passiivisen diffuusion tapahtumien kautta.

Tällä tavalla nopeus, jolla ionit tulevat soluun, määrää nopeuden, jolla pumpun täytyy toimia, jotta ionien sopiva konsentraatio säilyy..

Pumpun toiminta riippuu joukosta konformaatiomuutoksia proteiinissa, joka vastaa ionien kuljetuksesta. Kukin ATP-molekyyli hydrolysoituu suoraan, prosessissa kolme solua poistuvat natriumionit ja samanaikaisesti solun ympäristöön kaksi kaliumionia.

Massakuljetukset

Se on toinen aktiivisen kuljetuksen tyyppi, joka auttaa makromolekyylien, kuten polysakkaridien ja proteiinien, liikkeessä. Se voi tapahtua:

-endosytoosin

Endosytoosia on kolme: fagosytoosi, pinosytoosi ja ligandivälitteinen endosytoosi:

fagosytoosin

Fagosytoosi on sellainen kuljetus, jossa kiinteä hiukkanen on peitetty vesikkelillä tai fagosomilla, joka muodostuu fuusioituneista pseudopodeista. Tämä kiinteä hiukkanen, joka pysyy vesikkelin sisällä, pilkotaan entsyymien avulla ja saavuttaa siten solun sisäpuolen.

Tällä tavoin valkoiset verisolut toimivat kehossa; phagocytize bakteereja ja vieraita elimiä puolustusmekanismina.

pinocitosis

Pinosytoosi tapahtuu, kun kuljetettava aine on solunulkoisen nesteen pisara tai vesikkeli, ja kalvo luo pinosyyttisen vesikkelin, jossa vesikkelin tai pisaran sisältö käsitellään palatakseen solun pinnalle..

Endosytoosi reseptorin kautta

Se on prosessi, joka on samanlainen kuin pinosytoosi, mutta tässä tapauksessa kalvon invaginaatio tapahtuu, kun tietty molekyyli (ligandi) sitoutuu membraanireseptoriin.

Useat endosyyttiset vesikkelit liittyvät ja muodostavat suuremman rakenteen, jota kutsutaan endosomeiksi, jolloin ligandi erotetaan reseptorista. Sitten reseptori palaa kalvoon ja ligandi sitoutuu liposomiin, jossa se hajotetaan entsyymien avulla.

-eksosytoosilla

Se on eräänlainen solukkoliikenne, jossa aine on vietävä solun ulkopuolelle. Tämän prosessin aikana erittyvän vesikkelin kalvo liittyy solukalvoon ja vapauttaa vesikkelin sisällön.

Tällä tavoin solut eliminoivat syntetisoidut aineet tai jätteet. Näin ne vapauttavat myös hormoneja, entsyymejä tai välittäjäaineita.

viittaukset

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B. E. (2003). Biologia: Elämä maapallolla. Pearsonin koulutus.
2. Donnersberger, A. B., ja Lesak, A. E. (2002). Laboratoriokirja anatomiasta ja fysiologiasta. Toimituksellinen Paidotribo.
3. Larradagoitia, L. V. (2012). Anatomofysiologia ja peruspatologia. Paraninfo Toimituksellinen.
4. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., ranska, K., ja Eckert, R. (2002). Eckertin eläinfysiologia. Macmillan.
5. Vived, À. M. (2005). Liikunnan ja urheilun fysiologian perusteet. Ed. Panamericana Medical.