Co je pasivní doprava? Transmembránový pohyb různých makromolekulárních sloučenin, buněčných složek, supramolekulárních částic, které nejsou schopny proniknout kanály v membráně, se provádí speciálními mechanismy, například pomocí fagocytózy, pinocytózy, exocytózy, přenosu přes mezibuněčný prostor. To znamená, že k pohybu látek přes membránu může dojít pomocí různých mechanismů, které se dělí podle známek účasti konkrétních nosičů na nich a také podle spotřeby energie. Vědci rozdělují transport látek na aktivní a pasivní.
Hlavní způsoby dopravy
Pasivní transport je přenos látky přes biologickou membránu po gradientu (osmotický, koncentrační, hydrodynamický a další), který nevyžaduje spotřebu energie.
Aktivní transport je přenos látky přes biologickou membránu proti gradientu. V čemenergie se spotřebovává. Přibližně 30 - 40 % energie, která vzniká v důsledku metabolických reakcí v lidském těle, je vynaloženo na realizaci aktivního transportu látek. Pokud vezmeme v úvahu fungování lidských ledvin, pak asi 70 - 80 % spotřebovaného kyslíku je vynaloženo na aktivní transport.
Pasivní přeprava látek
zahrnuje přenos různých látek přes biologické membrány v různých gradientech. Tyto přechody mohou být:
- gradient elektrochemického potenciálu;
- gradient koncentrace látky;
- gradient elektrického pole;
- gradient osmotického tlaku a další.
Proces zavádění pasivní dopravy nevyžaduje žádnou spotřebu energie. Může k němu dojít usnadněnou a jednoduchou difúzí. Jak víme, difúze je chaotický pohyb molekul látky v různých médiích, který je způsoben energií tepelných vibrací látky.
Pokud je částice látky elektricky neutrální, pak směr, ve kterém dojde k difúzi, je určen rozdílem v koncentraci látek obsažených v médiu, které jsou odděleny membránou. Například mezi oddíly buňky, uvnitř buňky a mimo ni. Pokud mají částice látky, její ionty elektrický náboj, pak bude difúze záviset nejen na rozdílu koncentrací, ale také na velikosti náboje dané látky, přítomnosti a znacích náboje na obou stranách membrány. Velikost elektrochemického gradientuje určeno algebraickým součtem elektrických a koncentračních gradientů přes membránu.
Co zajišťuje transport přes membránu?
Pasivní membránový transport je možný díky přítomnosti gradientů koncentrace látek, osmotického tlaku vznikajícího mezi různými stranami buněčné membrány nebo elektrického náboje. Například průměrná hladina iontů Na+ obsažených v krevní plazmě je asi 140 mM/l a jeho obsah v erytrocytech je asi 12x vyšší. Takový gradient, vyjádřený jako rozdíl v koncentraci, je schopen vytvořit hnací sílu, která zajistí přenos molekul sodíku do červených krvinek z krevní plazmy.
Je třeba poznamenat, že rychlost takového přechodu je velmi nízká vzhledem k tomu, že buněčná membrána se vyznačuje nízkou propustností pro ionty této látky. Tato membrána má mnohem větší propustnost ve vztahu k draselným iontům. Energie buněčného metabolismu není využita k dokončení procesu jednoduché difúze.
Rychlost difúze
Aktivní a pasivní transport látek přes membránu je charakterizován rychlostí difúze. Lze ji popsat pomocí Fickovy rovnice: dm/dt=-kSΔC/x.
V tomto případě je dm/dt množství látky, které difunduje za jednu časovou jednotku, a k je koeficient difúzního procesu, který charakterizuje propustnost biomembrány pro difundující látku. S se rovná ploše, přes kterou dochází k difúzi, a ΔC vyjadřuje rozdílkoncentrace látek z různých stran biologické membrány, přičemž x charakterizuje vzdálenost mezi body difúze.
Je zřejmé, že ty látky, které difundují současně podél gradientů koncentrací a elektrických polí, se budou nejsnáze pohybovat membránou. Důležitou podmínkou pro difúzi látky přes membránu jsou fyzikální vlastnosti samotné membrány, její propustnost pro každou konkrétní látku.
Vzhledem k tomu, že dvojvrstvu membrány tvoří uhlovodíkové radikály fosfolipidů s hydrofobními vlastnostmi, snadno přes ni difundují látky hydrofobní povahy. Týká se to zejména látek, které se snadno rozpouštějí v lipidech, jako jsou hormony štítné žlázy a steroidní hormony, a také některé omamné látky.
Minerální ionty a nízkomolekulární látky, které jsou svou povahou hydrofilní, difundují přes pasivní membránové iontové kanály, které jsou tvořeny z kanálotvorných proteinových molekul, a někdy přes defekty membránového balení molekul fosfolipidů, které vznikají v buněčné membráně jako výsledek teplotních výkyvů.
Pasivní transport přes membránu je velmi zajímavý proces. Pokud jsou podmínky normální, pak významná množství látky mohou proniknout dvouvrstvou membránou pouze tehdy, pokud jsou nepolární a mají malou velikost. Jinak k přenosu dochází prostřednictvím nosných proteinů. Podobné procesy zahrnujícínosný protein se nenazývá difúze, ale transport látky přes membránu.
Usnadněné šíření
Usnadněná difúze, stejně jako jednoduchá difúze, probíhá podél koncentračního gradientu látky. Hlavním rozdílem je, že speciální molekula proteinu, nazývaná nosič, se účastní procesu přenosu látky.
Usnadněná difúze je druh pasivního přenosu molekul látky přes biomembrány, prováděný podél koncentračního gradientu pomocí nosiče.
Přenos proteinových stavů
Nosný protein může být ve dvou konformačních stavech. Například ve stavu A může mít tento protein afinitu k látce, kterou nese, jeho vazebná místa pro látku jsou otočena dovnitř, díky čemuž se vytvoří pór, který je otevřený na jednu stranu membrány.
Po navázání proteinu na přenesenou látku se změní jeho konformace a přejde do stavu B. Touto přeměnou ztrácí nosič svou afinitu k látce. Ze spojení s nosičem se uvolní a přesune se do póru již na druhé straně membrány. Poté, co byla látka přenesena, nosný protein znovu změní svou konformaci a vrátí se do stavu A. Tento transport látky přes membránu se nazývá uniport.
Usnadněná difúzní rychlost
Látky s malou molekulovou hmotností, jako je glukóza, mohou být transportoványmembrána prostřednictvím usnadněné difúze. K takovému transportu může dojít z krve do mozku, do buněk z intersticiálních prostor. Rychlost přenosu hmoty s tímto typem difúze může dosáhnout až 108 částic kanálem za jednu sekundu.
Jak již víme, rychlost aktivního a pasivního transportu látek při prosté difúzi je úměrná rozdílu v koncentracích látky na obou stranách membrány. V případě usnadněné difúze se tato rychlost zvyšuje úměrně se zvyšujícím se rozdílem v koncentraci látky až do určité maximální hodnoty. Nad tuto hodnotu se rychlost nezvyšuje, i když se rozdíl v koncentracích z různých stran membrány dále zvětšuje. Dosažení takového bodu maximální rychlosti v procesu usnadněné difúze lze vysvětlit skutečností, že maximální rychlost implikuje zapojení všech dostupných nosných proteinů do procesu přenosu.
Jaký další koncept zahrnuje aktivní a pasivní transport přes membrány?
Šíření výměny
Tento typ transportu molekul látek přes buněčnou membránu se vyznačuje tím, že se na výměně podílejí molekuly stejné látky, které se nacházejí na různých stranách biologické membrány. Je třeba poznamenat, že při takovém transportu látek se koncentrace molekul na obou stranách membrány vůbec nemění.
Typ šíření výměny
Jednou z odrůd výměnné difúze je výměna, ve kterémolekula jedné látky se vymění za dvě nebo více molekul jiné látky. Například jedním ze způsobů, jak jsou kladné ionty vápníku odstraňovány z buněk hladkého svalstva průdušek a cév z kontraktilních myocytů srdce, je jejich výměna za ionty sodíku umístěné mimo buňku. Jeden iont sodíku je v tomto případě vyměněn za tři ionty vápníku. Dochází tedy k pohybu sodíku a vápníku přes membránu, který je na sobě závislý. Tento typ pasivního transportu přes buněčnou membránu se nazývá antiport. Právě tímto způsobem se buňka dokáže zbavit iontů vápníku, které jsou přítomny v nadbytku. Tento proces je nezbytný pro uvolnění hladkých myocytů a kardiomyocytů.
Tento článek zkoumal aktivní a pasivní transport látek přes membránu.
