Классификация процессов транспорта в биологических мембранах
пассивный и активный транспорт.
Способы помолекулярного трансмембранного переноса
Все виды пассивного транспорта основаны на принципе диффузии. Небольшая частица, растворённая в жидкости, постоянно подвергается ударам со стороны окружающих её молекул жидкости . Результатом этого является хаотическое движение частицы, которое называется броуновским движением . Диффузия является результатом хаотических независимых движений многих частиц. Если концентрация вещества одинаковая в каждой части раствора, то движение частиц хаотично. При этом существует дрейф частиц из областей, где они расположены более плотно, в области, где частиц меньше.
Диффузия незаряженных частиц вызывается их концентрационным градиентом и направлена в сторону уменьшения этого градиента. Частицы вещества перемещаются из области более высокой концентрации вещества в области, где концентрация этого вещества низкая. Диффузия постепенно уменьшает градиент концентрации до тех пор, пока не наступит состояние равновесия. При этом в каждой точке установится равная концентрация, и диффузия в обоих направлениях будет осуществляться в равной степени. Диффузия является пассивным транспортом, поскольку не требует затрат внешней энергии.
Существует несколько видов диффузии в плазматической мембране:
1) Свободная диффузия.
2) Облегченная диффузия неэлектролитов.
3) Электродиффузия (облегченная диффузия ионов).
Раствор вещества высокой концентрации обладает более высокой свободной энергией, чем раствор вещества более низкой концентрации. В процессе диффузии энергия рассеивается. Напротив, вещество не может переместиться из области низкой его концентрации в область высокой его концентрации за счёт внутренней энергии. Для этого необходима дополнительная энергия из внешнего источника.
активным транспортом
1) Первично-активный транспорт.
2) Вторично-активный транспорт.
экзоцитоз
Свободная диффузия
Вещества, перемещающиеся через мембрану путём свободной диффузии, не образуют каких-либо химических связей с другими веществами.
Концентрация, специализация, кооперирование таможенных органов
... путей их решения. Курсовая работа состоит из введения, двух глав, заключения, библиографического списка использованных источников и литературы. В первой главе описывается сущность и проблемы специализации, кооперирования, концентрации в таможенном деле. Во второй ...
Проницаемость мембраны для неэлектролитов существенно зависит от их способности растворяться в билипидном слое мембраны. Проницаемость мембраны для различных веществ определяют по растворимости в оливковом масле, которую можно рассматривать как модель мембранных липидов. Таким образом, мембрана хорошо проницаема для липидорастворимых веществ (спирты, эфиры), не имеющих биологического значения. Но такие гидрофильные вещества как сахара, аминокислоты не способны проникать через биологическую мембрану посредством свободной диффузии. Для этого требуются специальные системы транспорта.
Проницаемость мембраны зависит также от размера молекул. Мелкие молекулы могут проникать через мембрану путём свободной диффузии. Например, вода не растворима в липидах и органических растворителях. Но она проникает через плазматическую мембрану благодаря небольшому размеру молекул. Проницаемость мембраны для воды очень высокая. Предполагают, что она проникает в мембрану через временные структурные дефекты, формирующихся при тепловых колебаниях хвостиков из жирных кислот. Эти дефекты (кинки) позволяют перемещаться через мембрану не только молекулам воды, но также другим небольшим гидрофильным молекулам (кислород, углекислый газ).
Облегченная диффузия
Крупные гидрофильные молекулы (сахара, аминокислоты) перемещаются через мембраны с помощью специальных молекул — мембранных переносчиков(транслоказы).
Мембранные переносчики представляют собой интегральные белки, которые имеют центры связывания транспортируемых молекул. Образующаяся связь белка и переносчика является обратимой и обладает высокой степенью специфичности. Транспортируемая молекула проходит через мембрану вследствие изменения конформации белка-переносчика при химическом взаимодействии центров связывания обеих молекул.
облегчённой диффузией
феномен насыщения
симпортом (или котранспортом)
Примером облегченной диффузии является действие системы транспорта глюкозы через мембраны эритроцитов и мышечных клеток. Другой пример — антипорт бикарбоната и ионов гидроксила в плазматической мембране эритроцитов. биологический мембрана ионный эндоцитоз
Электродиффузия, Электродиффузия
Движущей силой диффузии является не только разность концентрации ионов внутри и вне клетки, но также разность электрических потенциалов, создаваемых этими ионами по обе стороны мембраны. Следовательно, диффузионный поток ионов определяется градиентом электрохимического потенциала (электрохимический градиент).
Ионные каналы мембраны представляют собой интегральные белки мембраны, которые образуют отверстия в мембране, заполненные водой. В плазматической мембране обнаружен ряд ионных каналов, которые характеризуются высокой специфичностью, допускающей перемещение только одного вида ионов. Существуют натриевые, калиевые, кальциевые и хлорные каналы. Каждый из них имеет так называемый селективный фильтр, который способен пропускать только определённые ионы. Существует несколько теорий, объясняющих избирательность ионных каналов плазматической мембраны.
Проницаемость ионных каналов может изменяться благодаря наличию ворот, определенных групп атомов в составе белков, формирующих канал. Конформационные изменения ворот переводят канал из открытого состояния в закрытое и наоборот. Механизмы регуляции положения ворот могут отличаться в различных каналах. Некоторые из них открываются при изменениях электрического потенциала мембраны. Другие открываются под действием специфических химических веществ, выполняющих сигнальные функции.
Осмос, осмотическое давление и его биологическая роль
... осмоса и осмотического давления осмос давление раствор Осмос играет важную роль во многих биологических процессах. Мембрана, окружающая нормальную клетку крови, проницаема лишь для молекул воды, ... в изотоническом растворе, содержащем столько хлорида натрия (поваренной соли), сколько нужно, чтобы уравновесить ... в нём веществ (или ионов, если молекулы вещества диссоциируют), следовательно, осмотическое ...
Первично-активный транспорт
Действие пассивного транспорта через мембрану, в ходе которого ионы перемещаются по их электрохимическому градиенту, должно быть сбалансировано их активным транспортом против соответствующих градиентов. В противном случае, ионные градиенты исчезли бы полностью, и концентрации ионов по обе стороны мембраны пришли бы в равновесие. Это действительно происходит, когда активный транспорт через мембрану блокируют охлаждением или путём использования некоторых ядов.
Существует несколько систем активного транспорта ионов в плазматической мембране (ионные насосы):
1) Натрий-калиевый насос.
2) Кальциевый насос.
3) Водородный насос.
Активный транспорт
Натрий-калиевый насос
натрий-калийиевой АТФазой
Таким образом, натрий-калиевый насос выполняет трансмембранный антипорт ионов натрия и калия. Молекула насоса существует в двух основных конформациях, взаимное преобразование которых стимулируется гидролизом ATФ. Эти конформации выполняют функции переносчиков натрия и калия. При расщеплении натрий-калиевой АТФазой молекулы ATФ, неорганический фосфат присоединяется к белку. В этом состоянии натрий-калиевая АТФаза связывает три иона натрия, которые выкачиваются из клетки. Затем молекула неорганического фосфата отсоединяется от насоса-белка, и насос превращается в переносчик калия. В результате два иона калия попадают в клетку. Таким образом, при расщеплении каждой молекулы ATФ, выкачиваются три иона натрия из клетки и два иона калия закачиваются в клетку. Один натрий-калиевый насос может перенести через мембрану 150- 600 ионов натрия в секунду. Следствием его работы является поддержание трансмембранных градиентов натрия и калия.
кальциевый насос
Водородный ионный насос, Вторично-активный транспорт
вторично- активным транспортом
Вторично-активный транспорт некоторого вещества возможен только тогда, когда он связан с транспортом другого вещества по его концентрационному или электрохимическому градиенту. Это симпортный или антипортный перенос веществ.
При симпорте двух веществ ион и другая молекула (или ион) связываются одновременно с одним переносчиком прежде, чем произойдёт конформационное изменение этого переносчика. Так как ведущее вещество перемещается по градиенту концентрации или электрохимическому градиенту, управляемое вещество вынуждено перемещаться против своего градиента.
Ионы натрия являются обычно ведущими веществами в системах симпорта клеток животного. Высокий электрохимический градиент этих ионов создаётся натрий-калиевым насосом. Управляемыми веществами являются сахара, аминокислоты и некоторые другие ионы. Например, при всасывании питательных веществ в желудочно-кишечном тракте глюкоза и аминокислоты поступают из клеток тонкой кишки в кровь путём симпорта с ионами натрия. После фильтрации первичной мочи в почечных гломерулах, эти вещества возвращаются в кровь той же системой вторично-активного транспорта.
2. Способы мультимолекулярного переноса
Эндоцитоз и экзоцитоз
Карьерный транспорт
... замерзания пульпы зимой; значительный расход воды; износ трубопроводов, насосов и гидроэлеваторов при транспорте абразивных материалов; ограничения по виду и характеристикам перемещаемых ... напорная – движение пульпы осуществляется посредством сторонней энергии, передаваемой специальными насосами. Преимущества большая производительность; большая длина пульпопроводов; возможность транспортирования по ...
эндоцитоз
пиноцитозе
При экзоцитозе транспортируемое вещество синтезируется в клетке, связывается мембраной в везикулы и экспортируется из клетки. Таким образом транспортируются из клетки специфические белки, нуклеиновые кислоты, нейромедиаторы и т.п.
Трансцитоз
Существует еще одно понятие — трансцитоз( или рекреция).
Это перенос веществ через клетку; Здесь сочетаются эндо- и экзоцитоз. Например, транспорт белковых гормонов из секреторных клеток в кровь через эндотелиальные клетки капилляров. При этом на базальной(обращенной к секреторным клеткам)стороне эндотелиоцитов формируется эндоцитозный пузырек, который мигрирует к противоположной стороне, превращаясь в экзоцитозный пузырек.
Список литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://obzone.ru/referat/transport-veschestvpo-biologii/
1. Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки. В 3-х т.т. М., Мир, 1994
2. Геннис Р. Биомембраны. Молекулярная структура и функции. М., Мир, 1997
3. А. О. Рувинский и др. Общая биология. Учебник для 10-11 классов с углубленным изучением биологии. М., Просвещение, 1993.
4. Гистология, цитология и эмбриология: Ученик / С.Л. Кузнецов, Н.н. Мушкамбаров. — 2-е изд., испр.и доп. — М.: ООО «Издательство «Медицинское информационное агенство», 2012. — 640с.:ил., табл.
