Celltransporttyper och deras egenskaper

den cellulär transport det involverar trafik och förskjutning av molekyler mellan insidan och utsidan av cellerna. Utbytet av molekyler mellan dessa fack är ett väsentligt fenomen för organismens korrekta funktion och medger en serie händelser, såsom membranpotential, för att nämna några.

De biologiska membranen är inte bara ansvariga för att avgränsa cellen, de spelar också en oumbärlig roll i substansernas trafik. De har en serie proteiner som passerar strukturen och, mycket selektivt, tillåter eller inte införandet av vissa molekyler.

Mobiltransport klassificeras i två huvudtyper, beroende på om systemet använder energi direkt eller inte.

Den passiva transporten kräver inte energi, och molekylerna klarar att passera genom membranet genom passiv diffusion, med hjälp av vattenhaltiga kanaler eller med hjälp av transporterade molekyler. Riktningen för aktiv transport bestäms uteslutande av koncentrationsgradienterna mellan båda sidor av membranet.

Däremot kräver den andra typen av transporter energi och kallas aktiv transport. Tack vare den energi som injiceras i systemet kan pumparna flytta molekylerna mot deras koncentrationsgradienter. Det mest anmärkningsvärda exemplet i litteraturen är natrium-kaliumpumpen.

index

• 1 Teoretiska baser
  • 1.1 - Cellmembran
  • 1,2 -Lipider i membranen
  • 1,3-Proteiner i membranen
  • 1.4 - Membranets selektivitet
  • 1.5 -Diffusion och osmos
  • 1,6 -Tonicity
  • 1.7 -Influens elektrisk
• 2 Transmembran passiv transport
  • 2.1 Enkel sändning
  • 2,2 vattenhaltiga kanaler
  • 2,3 Molekyltransportadora
  • 2.4 Osmos
  • 2,5 Ultrafiltrering
  • 2.6 Underlättad spridning
• 3 Transmembran aktiv transport
  • 3.1 Egenskaper för aktiv transport
  • 3.2 Transportselektivitet
  • 3.3 Exempel på aktiv transport: natrium-kaliumpump
  • 3.4 Hur pumpen fungerar?
• 4 Masstransport
  • 4,1-endocytos
  • 4.2 -Exocytos
• 5 referenser

Teoretiska baser

-Cellmembran

För att förstå hur handel med ämnen och molekyler sker mellan cellen och de intilliggande facken är det nödvändigt att analysera strukturen och sammansättningen av de biologiska membranen.

-Lipider i membranen

Cellerna är omgivna av ett tunt och komplext membran av lipid natur. Den grundläggande komponenten är fosfolipider.

Dessa är sammansatta av ett polärt huvud och apolära svansar. Membranen består av två lager av fosfolipider - "lipid bilayers" - där svansarna är inbyggda och huvudet ger extra och intracellulära ansikten.

Molekylerna som har både polära och apolära zoner kallas amphipatiska. Denna egenskap är avgörande för den rumsliga organisationen av lipidkomponenterna i membranen.

Denna struktur delas av membranen som omger de subcellulära facken. Kom ihåg att även mitokondrier, kloroplaster, vesiklar och andra organeller är omgivna av membran.

Förutom fosfoglycerider eller fosfolipider är membranerna rika på sphingolipider, vilka har skelett bildade från en molekyl som kallas sphingosin och sterol. I denna sista grupp hittar vi kolesterol, en lipid som modulerar membranens egenskaper, som dess fluiditet.

-Proteiner i membranen

Membranet är en dynamisk struktur, som innehåller flera proteiner inuti. Membranproteinerna fungerar som en slags "gatekeepers" eller "guards" molekyler, som definierar med stor selektivitet som kommer in och som lämnar cellen.

Av detta skäl sägs att membranerna är semipermeabla, eftersom vissa föreningar lyckas komma in och andra inte..

Inte alla proteiner som finns i membranet är ansvariga för förmedlande trafik. Andra är ansvariga för att fånga externa signaler som ger ett cellulärt svar på yttre stimuli.

-Membranets selektivitet

Lipidinteriöret i membranet är mycket hydrofobt vilket gör membranet mycket ogenomträngligt för passage av polära eller hydrofila molekyler (denna term betyder "kär i vatten").

Detta medför ytterligare svårighet för passage av polära molekyler. Transit av vattenlösliga molekyler är emellertid nödvändig, så cellerna har en rad transportmekanismer som möjliggör en effektiv förskjutning av dessa substanser mellan cellen och dess yttre miljö..

På samma sätt måste stora molekyler, såsom proteiner, transporteras och kräva specialiserade system.

-Diffusion och osmos

Partikelrörelsen genom cellmembran sker enligt följande fysiska principer.

Dessa principer är diffusion och osmos och appliceras på rörelsen av lösningsmedel och lösningsmedel i en lösning genom ett semipermeabelt membran - såsom de biologiska membran som finns i levande celler..

Diffusion är processen som involverar slumpmässig termisk rörelse av partiklar suspenderade från regioner med höga koncentrationer gentemot regioner med lägre koncentration. Det finns ett matematiskt uttryck som syftar till att beskriva processen och kallas Fick's diffusion ekvation, men vi kommer inte att gå in i det.

Med detta koncept i åtanke kan vi definiera termen permeabilitet, som refererar till den hastighet vid vilken ett ämne penetrerar membranet passivt under en rad konkreta förhållanden.

Å andra sidan går vatten också till fördel för sin koncentrationsgradient i ett fenomen kallat osmos. Även om det inte verkar vara exakt att hänvisa till koncentrationen av vatten, måste vi förstå att den vitala vätskan beter sig som vilken som helst annan substans i form av dess diffusion.

-toniciteten

Med hänsyn till de fysikaliska fenomen som beskrivs kommer de koncentrationer som finns både inom cellen och utsidan att bestämma transportriktningen.

Således är toniciteten hos en lösning svaret på cellerna nedsänkta i en lösning. Det finns en del terminologi som tillämpas på detta scenario:

isotonisk

En cell, vävnad eller lösning är isotonisk med avseende på en annan om koncentrationen är lika i båda elementen. I ett fysiologiskt sammanhang kommer en cell nedsänkt i en isotonisk miljö inte att uppleva någon förändring.

hypotonisk

En lösning är hypotonisk i förhållande till cellen om koncentrationen av lösta ämnen är lägre ute - det vill säga cellen har mer lösta ämnen. I detta fall är vattnets tendens att komma in i cellen.

Om vi ​​sätter röda blodkroppar i destillerat vatten (som är fri från lösta ämnen), kommer vattnet att gå in tills det brister. Detta fenomen kallas hemolys.

hypertonisk

En lösning är hypertonisk i förhållande till cellen om koncentrationen av lösta ämnen är högre utanför - det vill säga cellen har färre upplösningar.

I detta fall är vattnets tendens att lämna cellen. Om vi ​​sätter röda blodkroppar i en mer koncentrerad lösning tenderar vattnet i globerna att komma ut och cellen förvärvar ett rynkt utseende.

Dessa tre begrepp har biologisk relevans. En organisms ägg måste till exempel vara isotonisk med avseende på havsvatten för att inte brista och inte förlora vatten.

På samma sätt bör parasiter som lever i blodet hos däggdjur ha en koncentration av lösta ämnen som liknar mediet i vilket de utvecklas..

-Elektriskt inflytande

När vi talar om joner, vilka är laddade partiklar, riktas inte rörelsen genom membranen uteslutande av koncentrationsgradientema. I detta system är det nödvändigt att ta hänsyn till massorna av de lösta ämnena.

Jonen tenderar att flytta sig bort från de regioner där koncentrationen är hög (som beskrivs i avsnittet om osmos och diffusion), och även om jonen är negativ, kommer den att gå vidare mot de regioner där det finns en växande negativ potential. Kom ihåg att olika avgifter är lockade och lika avgifter avvisar.

För att förutse jonens beteende måste vi lägga till de kombinerade krafterna i koncentrationsgradienten och den elektriska gradienten. Denna nya parameter kallas nät elektrokemisk gradient.

De typer av mobiltransport klassificeras beroende på systemets användning - eller inte - av energi i passiva och aktiva rörelser. Vi kommer att beskriva var och en i detalj nedan:

Transmembran passiv transport

Passiva rörelser genom membranen involverar molekylernas passage utan det direkta behovet av energi. Eftersom dessa system inte involverar energi beror det uteslutande på koncentrationsgradienterna (inklusive de elektriska) som existerar genom plasmamembranet.

Även om energin som är ansvarig för partikelns rörelse lagras i sådana gradienter är det lämpligt och bekvämt att fortsätta betrakta processen som passiv.

Det finns tre elementära vägar genom vilka molekyler passivt kan passera från en sida till den andra:

Enkel diffusion

Det enklaste och mest intuitiva sättet att transportera ett lösningsmedel är att passera membranet efter de ovan angivna gradienterna..

Molekylen diffunderar genom plasmamembranet, lämnar vattenfasen åt sidan, löses upp i lipiddelen och går slutligen in i den vattenhaltiga delen av cellens inre. Detsamma kan hända i motsatt riktning, från cellens insida till utsidan.

Den effektiva passagen genom membranet bestämmer nivån av termisk energi som systemet har. Om det är tillräckligt högt, kommer molekylen att kunna korsa membranet.

Sett i mer detalj måste molekylen bryta alla vätebindningar som bildas i vattenfasen för att kunna flytta till lipidfasen. Denna händelse kräver 5 kcal av kinetisk energi för varje länk som är närvarande.

Den följande faktorn att beakta är lösligheten hos molekylen i lipidzonen. Mobilitet påverkas av en mängd olika faktorer, såsom molekylens molekylvikt och form.

Kinetiken för det enkla diffusionssteget uppvisar icke-mättnadskinetik. Detta betyder att ingången ökar i proportion till koncentrationen av det lösta ämnet som ska transporteras i det extracellulära området.

Vattenhaltiga kanaler

Det andra alternativet av passande molekyler genom den passiva vägen är genom en vattenhaltig kanal belägen i membranet. Dessa kanaler är en slags porer som tillåter molekylens passage, varvid man undviker kontakt med den hydrofoba regionen.

Vissa laddade molekyler lyckas komma in i cellen efter dess koncentrationsgradient. Tack vare det här systemet av kanaler fyllda med vatten är membranna mycket ogenomträngliga för joner. Inom dessa molekyler sticker ut natrium, kalium, kalcium och klor.

Transportbandsmolekyl

Det senare alternativet är kombinationen av det lösta ämnet av intresse med en bärarmolekyl för att maskera sin hydrofila natur, att vara framgångsrik passagen genom de rika portions membranlipider.

Transportören ökar lipidlösligheten hos molekylen som behöver transporteras och gynnar dess passage till förmån för koncentrationsgradienten eller den elektrokemiska gradienten.

Dessa transportörsproteiner fungerar på olika sätt. I det enklaste fallet överförs ett lösta ämne från ena sidan av membranet till ett annat. Denna typ kallas ett stöd. Omvänt, om ett annat lösta transporteras samtidigt, eller kopplas, kallas transportören släpvagnar.

Om den kombinerade transportören flyttar de två molekylerna i samma riktning är det en simporte och om den gör det i motsatta riktningar, är transportören antiport.

osmos

Det är typen av cellulär transport där ett lösningsmedel passerar selektivt genom det semipermeabla membranet.

Vatten tenderar till exempel att passera bredvid cellen där dess koncentration är lägre. Vattenrörelsen i den vägen ger ett tryck som kallas osmotiskt tryck.

Detta tryck är nödvändigt för att reglera koncentrationen av substanser i cellen, vilket sedan påverkar cellens form.

ultrafiltrering

I detta fall produceras rörelsen av vissa lösta ämnen genom effekten av ett hydrostatiskt tryck, från området med högsta tryck till det lägsta trycket. I människokroppen sker denna process i njurarna tack vare blodtrycket som alstras av hjärtat.

På så sätt passerar vatten, urea, etc. från cellerna till urinen; och hormoner, vitaminer, etc., stanna i blodet. Denna mekanism är också känd som dialys.

Underlättad spridning

Det finns ämnen med mycket stora molekyler (som glukos och andra monosackarider), som behöver ett bärarprotein att spridas. Denna diffusion är snabbare än enkel diffusion och beror på:

• Koncentrationsgradienten för ämnet.
• Mängden transportörproteiner närvarande i cellen.
• Hastigheten hos proteinerna närvarande.

Ett av dessa transportörsproteiner är insulin, vilket underlättar diffusionen av glukos, vilket minskar koncentrationen i blodet.

Transmembran aktiv transport

Hittills har vi diskuterat passagen av olika molekyler genom kanaler utan energikostnad. I dessa händelser är den enda kostnaden att generera den potentiella energin i form av differentialkoncentrationer på båda sidor av membranet.

På detta sätt bestäms transportriktningen av den befintliga lutningen. Lösningarna börjar transporteras enligt de nämnda diffusionsprinciperna tills de når en punkt där nätdiffusionen slutar - vid denna tidpunkt har en jämvikt uppnåtts. När det gäller joner påverkas rörelsen också av belastningen.

I det enda fallet där fördelningen av joner på båda sidor av membranet befinner sig i en verklig jämvikt är då cellen är död. Alla levande celler investerar en stor mängd kemisk energi för att hålla koncentrationerna av lösningsmedel borta från jämvikt.

Den energi som används för att hålla dessa processer aktiv är i allmänhet ATP-molekylen. Adenosintrifosfat, förkortat ATP, är en grundläggande energimolekyl i cellulära processer.

Egenskaper för aktiv transport

Aktiv transport kan fungera mot koncentrationsgradienter, oavsett hur markant de är - den här egenskapen kommer att vara tydlig med förklaringen av natriumkaliumpumpen (se nedan).

Aktiva transportmekanismer kan flytta mer än en molekylgrupp åt gången. För aktiv transport används samma klassificering som används för transport av flera molekyler samtidigt i passiv transport: simporte och antiporte.

Transporten som utförs av dessa pumpar kan hämmas genom tillämpning av molekyler som specifikt blockerar viktiga ställen i proteinet.

Transportkinetiken är av typen Michaelis-Menten. Båda beteenden - som hämmas av någon molekyl och kinetik - är typiska egenskaper hos enzymatiska reaktioner.

Slutligen måste systemet ha specifika enzymer som kan hydrolysera ATP-molekylen, såsom ATPaser. Detta är den mekanism som systemet får den energi som kännetecknar den.

Transportselektivitet

De involverade pumparna är extremt selektiva i de molekyler som kommer att transporteras. Om pumpen exempelvis är en bärare av natriumjoner, kommer det inte att ta litiumjoner, även om båda jonerna är mycket lika stora.

Det antas att proteiner kan skilja mellan två diagnostiska egenskaper: lättheten av dehydrering av molekylen och interaktionen med laddningarna inuti transportörens por.

Det är känt att stora joner lyckas dehydrera lätt, om vi jämför dem med en liten jon. Således kommer en por med svaga polära centra att använda stora joner, företrädesvis.

Omvänt dominerar interaktionen med den dehydrerade jonen i kanalerna med starkt laddade centra.

Exempel på aktiv transport: natrium-kaliumpump

För att förklara mekanismerna för aktiv transport är det bäst att göra det med den bäst studerade modellen: natriumkaliumpumpen.

Ett slående drag hos celler är förmågan att bibehålla uttalade gradienter av natriumjoner (Na⁺) och kalium (K⁺).

I den fysiologiska miljön är koncentrationen av kalium inuti cellerna 10 till 20 gånger högre än i utsidan av cellerna. Däremot finns natriumjoner som är mycket mer koncentrerade i den extracellulära miljön.

Med de principer som styr rörelsen av joner passivt skulle vara omöjligt att upprätthålla sådana koncentrationer, därför att cellerna kräver ett aktivt transportsystem och detta är natriumpumpen - kalium.

Pumpen bildas av ett proteinkomplex av ATPas-typen förankrad i plasmamembranet hos alla djurceller. Detta har bindningsställen för båda joner och är ansvarig för transport med energiinjektion.

Hur pumpen fungerar?

I detta system finns två faktorer som bestämmer jonernas rörelse mellan de cellulära och extracellulära facken. Den första är den hastighet med vilken de natriumpump akter - kalium- och den andra faktorn är den hastighet med vilken jonen kan återinträda i cellen (för natrium), genom passiv diffusion händelser.

På så sätt bestämmer hastigheten vid vilken joner kommer in i cellen hur snabbt pumpen måste arbeta för att upprätthålla en lämplig koncentration av joner..

Pumpens funktion beror på en serie konformationsförändringar i proteinet som är ansvariga för transport av joner. Varje molekyl av ATP hydrolyseras direkt, varvid tre natriumjoner lämnar cellen och samtidigt matas in två kaliumjoner i cellmiljön.

Masstransport

Det är en annan typ av aktiv transport som hjälper till vid rörelse av makromolekyler, såsom polysackarider och proteiner. Det kan ske genom:

-endocytos

Det finns tre processer av endocytos: fagocytos, pinocytos och ligandmedierad endocytos:

fagocytos

Fagocytos är den typ av transport, i vilken en fast partikel täckes av en vesikel eller fagosom som bildas av smälta pseudopoder. Den fasta partikeln som återstår inuti vesikeln digereras av enzymer och når sålunda det inre av cellen.

På detta sätt arbetar vita blodkroppar i kroppen; fagocytisera bakterier och främmande kroppar som försvarsmekanism.

pinocitosis

Pinocytos inträffar när den substans som skall transporteras är en droppe eller vesikel extracellulär vätska, och membranet skapar en pinocítica vesikel i vilken innehållet i vesikeln eller dropp bearbetas för återgång till cellytan.

Endocytos genom en receptor

Det är en process som liknar pinocytos, men i detta fall inträffar membranets invagination när en viss molekyl (ligand) binds till membranreceptorn.

Flera endocytiska vesiklar förenas och bildar en större struktur som kallas endosomen, vilket är där liganden separeras från receptorn. Sedan återgår receptorn till membranet och liganden binder till en liposom i vilken den digereras av enzymer.

-exocytos

Det är en typ av cellulär transport där ämnet måste tas utanför cellen. Under denna process förenas membranet av den sekretoriska vesikelen i cellmembranet och frigör vesikelns innehåll.

På så sätt eliminerar cellerna de syntetiserade ämnena eller avfallet. Det här är också hur de frisätter hormoner, enzymer eller neurotransmittorer.

referenser

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B.E. (2003). Biologi: Livet på jorden. Pearson utbildning.
2. Donnersberger, A. B., & Lesak, A. E. (2002). Laboratoriebok om anatomi och fysiologi. Redaktionell Paidotribo.
3. Larradagoitia, L. V. (2012). Anatomofysiologi och grundläggande patologi. Paraninfo Editorial.
4. Randall, D., Burggren, W.W., Burggren, W., French, K., & Eckert, R. (2002). Eckert djurfysiologi. Macmillan.
5. Vived, À. M. (2005). Grunden för fysiologi av fysisk aktivitet och sport. Ed. Panamericana Medical.