Περιεχόμενο
- Η παθητική μεταφορά χρησιμοποιεί κλίσεις συγκέντρωσης
- Η ενεργή μεταφορά χρησιμοποιεί ενέργεια
- Η διευκόλυνση της διάχυσης απαιτεί διαμεμβρανικές μεταφορικές πρωτεΐνες
- Παραδείγματα διευκολυνόμενης διάχυσης: Μεταφορά ιόντων νατρίου και γλυκόζης
- Διευκόλυνση της διάχυσης και σηματοδότηση κυττάρων
- Παράγοντες που επηρεάζουν τη διευκόλυνση της διάχυσης
- Η σημασία της διευκόλυνσης της διάχυσης
Ενώ εκτελούν λειτουργίες όπως η ανάπτυξη, η διαίρεση και η σύνθεση, τα κύτταρα χρησιμοποιούν και παράγουν ουσίες που πρέπει να είναι σε θέση να διασχίσουν μεμβράνες κυττάρων και οργανιδίων.
Οι ημιπερατές κυτταρικές μεμβράνες επιτρέπουν σε ορισμένα μόρια να ταξιδεύουν σε ένα βαθμίδα συγκέντρωσης από την πλευρά υψηλής συγκέντρωσης της μεμβράνης στην πλευρά χαμηλής συγκέντρωσης μέσω απλής διάχυσης.
Διευκόλυνση της διάχυσης επιτρέπει σε άλλα σημαντικά μόρια να διασταυρωθούν με έναν επιλεκτικό τρόπο, επειδή χρησιμοποιεί πρωτεΐνες ενσωματωμένες στη κυτταρική μεμβράνη για να επιτρέψουν τη διέλευση ορισμένων ουσιών.
ο μεμβρανικές πρωτεΐνες της διευκολυνόμενης διάχυσης είτε σχηματίζουν ανοίγματα στη μεμβράνη και ελέγχουν τι μπορεί να περάσει, είτε μεταφέρουν ενεργά ειδικά μόρια μέσω της μεμβράνης. Αυτή η διαδικασία είναι ιδιαίτερα σημαντική για τον έλεγχο της ροής των ιόντων επειδή πολλές κυτταρικές λειτουργίες εξαρτώνται από την παρουσία ορισμένων ιόντων για να επιτραπεί η διεξαγωγή χημικής αντίδρασης.
Εκτός από τα ιόντα, οι πρωτεΐνες φορείς μπορούν επίσης να διευκολύνουν τη διέλευση μεγάλων μορίων όπως η γλυκόζη.
Η παθητική μεταφορά χρησιμοποιεί κλίσεις συγκέντρωσης
Οι ουσίες που το κύτταρο παράγει ή που χρειάζεται μπορεί να μεταφερθεί μέσω των μεμβρανών των κυττάρων και των οργανιδίων με διάφορους τρόπους. Παθητική μεταφορά δεν χρειάζεται μια εισροή ενέργειας και χρησιμοποιεί τη βαθμίδα συγκέντρωσης για να τροφοδοτήσει την κίνηση των μορίων.
Στο απλός ο τύπος διάχυσης της παθητικής μεταφοράς, η διάχυση λαμβάνει χώρα διαμέσου μιας ημιδιαπερατής μεμβράνης από την πλευρά με μια υψηλότερη συγκέντρωση της μεταφερόμενης ουσίας στην πλευρά με χαμηλή συγκέντρωση. Η ουσία διέρχεται διαμέσου της μεμβράνης κάτω από τη βαθμίδα συγκέντρωσης, αλλά ορισμένα μόρια αποκλείονται.
Εάν τα δεσμευμένα μόρια πρέπει να διασχίσουν τη μεμβράνη επειδή χρειάζονται στην άλλη πλευρά, η διευκόλυνση της διάχυσης μπορεί να μεταφέρει ειδικά μόρια.
Η μέθοδος διάχυσης λειτουργεί μέσω πρωτεϊνών ενσωματωμένων στη μεμβράνη, αλλά εξακολουθεί να βασίζεται στη βαθμίδα συγκέντρωσης για την εξάσκηση μοριακής κίνησης κατά μήκος της μεμβράνης. Δεν απαιτεί ενέργεια, αλλά οι πρωτεΐνες μπορούν να είναι επιλεκτικές ως προς το ποια μόρια μεταφέρουν.
Η ενεργή μεταφορά χρησιμοποιεί ενέργεια
Μερικές φορές τα μόρια πρέπει να μεταφέρονται μέσω μεμβρανών από μια πλευρά με χαμηλή συγκέντρωση στην πλευρά που έχει υψηλή συγκέντρωση. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τη βαθμίδα συγκέντρωσης και απαιτεί ενέργεια.
Κύτταρα που εκτελούν ενεργή μεταφορά έχουν παράγει ενέργεια και έχουν αποθηκεύσει τριφωσφορική αδενοσίνη (ΑΤΡ) μόρια.
Η ενεργή μεταφορά βασίζεται σε πρωτεΐνες παρόμοιες με εκείνες που χρησιμοποιούνται για διευκόλυνση της διάχυσης, αλλά χρησιμοποιούν ενέργεια από την ΑΤΡ για τη μεταφορά μορίων διαμέσου της μεμβράνης έναντι της κλίσης συγκέντρωσης.
Αφού σχηματίζουν δεσμό με το προς μεταφορά μόριο, χρησιμοποιούν α φωσφορική ομάδα από την ΑΤΡ για να αλλάξει σχήμα και να αποθέσει το μόριο στην άλλη πλευρά της μεμβράνης.
Η διευκόλυνση της διάχυσης απαιτεί διαμεμβρανικές μεταφορικές πρωτεΐνες
Οι κυτταρικές μεμβράνες μπορούν να επιτρέψουν τη διέλευση πολλών μικρών μορίων, αλλά τα φορτισμένα ιόντα και τα μεγαλύτερα μόρια γενικά αποκλείονται. Η διευκόλυνση της διάχυσης είναι μια μέθοδος με την οποία οι ουσίες αυτές μπορούν να εισέλθουν και να εξέλθουν από τα κύτταρα. Οι πρωτεΐνες μεταφοράς που είναι ενσωματωμένες στη μεμβράνη μπορούν να διευκολύνουν τη διέλευση των ιόντων με δύο τρόπους.
Ορισμένες πρωτεΐνες είναι διατεταγμένες γύρω από μια κεντρική δίοδο και δημιουργούν μια οπή στη μεμβράνη πλάσματος του κυττάρου, ανοίγοντας μια διαδρομή μέσα από το λιπαρά οξέα των εσωτερικών μεμβρανών. Ειδικά ιόντα μπορούν να περάσουν από τέτοια ανοίγματα, αλλά οι πρωτεΐνες φορείς είναι σχεδιασμένες να αφήνουν μόνο ένα είδος ιόντων.
Άλλες πρωτεΐνες δεν σχηματίζουν ανοίγματα αλλά μεταφέρουν μεγάλα μόρια μέσω των κυτταρικών μεμβρανών. Η μεταφορά εξακολουθεί να τροφοδοτείται με βαθμίδα συγκέντρωσης, αλλά οι πρωτεΐνες φορείς συνδέονται ενεργά με την ουσία που μεταφέρουν.
Το τμήμα της πρωτεΐνης που βρίσκεται έξω από την κυτταρική μεμβράνη στον εξωκυτταρικό χώρο δεσμεύεται με το μόριο της ουσίας που πρόκειται να μεταφερθεί και στη συνέχεια απελευθερώνεται στο εσωτερικό του κυττάρου.
Παραδείγματα διευκολυνόμενης διάχυσης: Μεταφορά ιόντων νατρίου και γλυκόζης
Κανονικά το υδροφόβος τα μη πολικά λιπαρά οξέα των μεμβρανών εμποδίζουν τη διέλευση των φορτισμένων πολικών μορίων όπως τα ιόντα νατρίου. Οι πρωτεΐνες φορείς που παρέχουν ανοίγματα για τέτοια ιόντα προσελκύουν τα ιόντα και διευκολύνουν τη διέλευσή τους μέσω διαύλων ιόντων.
Μπορούν να σχεδιάζονται και να αφήνουν να περάσουν μόνο ιόντα νατρίου αλλά όχι άλλα όπως ιόντα καλίου. Τα ανοίγματα της πρωτεΐνης μεταφοράς μπορούν επίσης να ελέγχουν τη ροή των ιόντων, κλείνοντας όταν το κύτταρο δεν χρειάζεται περισσότερα ιόντα.
Για τη μεταφορά μορίων γλυκόζης, τα οποία είναι συνήθως υπερβολικά μεγάλα για να περάσουν από τη μεμβράνη, πρωτεΐνες μεταφορέα γλυκόζης έχουν μια θέση όπου μπορούν να προσδεθούν στα μόρια γλυκόζης. Προσκολλώνται και διευκολύνουν τη μεταφορά γλυκόζης διαμέσου της κυτταρικής μεμβράνης. Η θέση μιας πρωτεΐνης φορέα καθίσταται ένα διαπερατό κενό στη μεμβράνη που δεν επιτρέπει στο μόριο γλυκόζης να διασχίσει αλλού.
Διευκόλυνση της διάχυσης και σηματοδότηση κυττάρων
Τα κύτταρα σε πολυκύτταρους οργανισμούς πρέπει να συντονίζουν τις δραστηριότητές τους, όπως πότε να μεγαλώνουν και πότε να χωρίζουν. Τα κύτταρα επιτυγχάνουν αυτό το συντονισμό υποδεικνύοντας τι είδους δραστηριότητα εμπλέκονται και τι χρειάζεται, απελευθερώνοντας χημικά σηματοδότησης. Η διευκόλυνση της διάχυσης βοηθά στην κυτταρική σηματοδότηση.
Τα σήματα μπορεί να είναι τοπικά ή σε μεγάλες αποστάσεις, επηρεάζοντας τα κύτταρα στην άμεση γειτονιά ή τα κύτταρα σε άλλα όργανα και ιστούς. Σε κάθε περίπτωση, τα μόρια σηματοδότησης μετακινούνται μεταξύ των κυττάρων και πρέπει είτε να εισέλθουν σε κύτταρα-στόχους είτε να προσκολληθούν στη μεμβράνη τους για να παραδώσουν το σήμα τους.
Οι διευκολυνόμενες πρωτεΐνες διάχυσης μπορούν να επιτρέψουν σε αυτά τα μόρια σηματοδότησης να εισέλθουν σε κύτταρα όπως απαιτείται και να κλείσουν τον βρόχο επικοινωνίας.
Παράγοντες που επηρεάζουν τη διευκόλυνση της διάχυσης
Επειδή η διευκόλυνση της διάχυσης είναι α παθητικό μηχανισμό μεταφοράς, διέπεται από παράγοντες στο άμεσο περιβάλλον όπου πραγματοποιείται η μεταφορά.
Υπάρχουν τέσσερις τέτοιοι παράγοντες:
Ενώ τα κύτταρα μπορούν να ελέγξουν τον αριθμό των θέσεων πρωτεϊνικής μεταφοράς, η χωρητικότητα της πρωτεΐνης φορέα είναι σταθερή και το κύτταρο έχει περιορισμένη ικανότητα να ελέγχει τη θερμοκρασία της διαδικασίας και τη συγκέντρωση της ουσίας εκτός του κυττάρου. Η ικανότητα να κλείνει τη δραστηριότητα της θέσης της πρωτεΐνης φορέα καθίσταται σημαντική για τον έλεγχο των κυτταρικών διεργασιών.
Η σημασία της διευκόλυνσης της διάχυσης
Η απλή διάχυση φροντίζει για τις κυτταρικές ανάγκες όσον αφορά τα μικρά μη πολικά μόρια, αλλά άλλες σημαντικές ουσίες δεν μπορούν εύκολα να διασχίσουν τις μεμβράνες. Τα πολικά μόρια και τα μεγαλύτερα μόρια υπερτερούν των ημιπερατών μεμβρανών πλάσματος των κυττάρων και των οργανιδίων επειδή το εσωτερικό στρώμα λιπιδίων και λιπαρών οξέων τους αποκλείει.
Η διευκόλυνση της διάχυσης επιτρέπει σε ουσίες με πολικά ή μεγάλα μόρια να εισέρχονται και να εξέρχονται από τα κύτταρα με ελεγχόμενο τρόπο.
Η γλυκόζη και τα αμινοξέα, για παράδειγμα, είναι μεγάλα μόρια που παίζουν βασικό ρόλο στις κυτταρικές λειτουργίες. Η γλυκόζη είναι ένα σημαντικό θρεπτικό συστατικό και τα αμινοξέα χρησιμοποιούνται για πολλές διαδικασίες κυττάρων, συμπεριλαμβανομένης της κυτταρικής διαίρεσης.
Για να προχωρήσουν αυτές οι διαδικασίες, η διευκόλυνση της διάχυσης επιτρέπει στα μόρια να διέλθουν μέσω κυτταρικών μεμβρανών και μεμβρανών οργανιδίων όπως ο πυρήνας.
Ακόμα μικρότερα μόρια όπως το οξυγόνο μπορούν να επωφεληθούν από τη διευκόλυνση της διάχυσης. Αν και το οξυγόνο μπορεί να διαχέεται στις μεμβράνες, η διευκόλυνση της διάχυσης μέσω των πρωτεϊνών-φορέων αυξάνει το ρυθμό μεταφοράς και βοηθάει στις λειτουργίες των κυττάρων του αίματος και των μυών.
Συνολικά, αυτές οι ενσωματωμένες μεμβράνες πρωτεΐνες παίζουν ζωτικό ρόλο σε μια ποικιλία κυτταρικών διεργασιών.
Άλλα θέματα: