Ce este transportul pasiv? Mișcarea transmembranară a diferiților compuși macromoleculari, componente celulare, particule supramoleculare care nu sunt capabile să pătrundă prin canalele din membrană, se realizează prin mecanisme speciale, de exemplu, folosind fagocitoză, pinocitoză, exocitoză, transfer prin spațiul intercelular. Adică, mișcarea substanțelor prin membrană poate avea loc folosind diferite mecanisme, care sunt împărțite în funcție de semnele participării unor purtători specifici la acestea, precum și de consumul de energie. Oamenii de știință împart transportul de substanțe în activ și pasiv.
Moduri principale de transport
Transportul pasiv este transferul unei substanțe printr-o membrană biologică de-a lungul unui gradient (osmotic, de concentrare, hidrodinamic și altele), care nu necesită consum de energie.
Transportul activ este transferul unei substanțe printr-o membrană biologică pe un gradient. în carese consumă energie. Aproximativ 30 - 40% din energia care se formează ca urmare a reacțiilor metabolice din corpul uman este cheltuită pentru implementarea transportului activ de substanțe. Dacă luăm în considerare funcționarea rinichilor umani, atunci aproximativ 70 - 80% din oxigenul consumat este cheltuit pentru transportul activ.
Transport pasiv de substanțe
implică transferul diferitelor substanțe prin membranele biologice de-a lungul unei varietăți de gradienți. Acești gradienți pot fi:
- gradient de potențial electrochimic;
- gradient de concentrație a substanței;
- gradient de câmp electric;
- gradient de presiune osmotică și altele.
Procesul de implementare a transportului pasiv nu necesită niciun consum de energie. Poate apărea prin difuzie facilitată și simplă. După cum știm, difuzia este o mișcare haotică a moleculelor unei substanțe într-o varietate de medii, care se datorează energiei vibrațiilor termice ale unei substanțe.
Dacă o particulă dintr-o substanță este neutră din punct de vedere electric, atunci direcția în care se va produce difuzia este determinată de diferența de concentrație a substanțelor conținute în medii care sunt separate de membrană. De exemplu, între compartimentele celulei, în interiorul celulei și în afara acesteia. Dacă particulele unei substanțe, ionii săi au o sarcină electrică, atunci difuzia va depinde nu numai de diferența de concentrație, ci și de mărimea sarcinii substanței date, de prezența și semnele de sarcină pe ambele părți ale membranei.. Mărimea gradientului electrochimiceste determinată de suma algebrică a gradienților electrici și de concentrație de-a lungul membranei.
Ce asigură transportul prin membrană?
Transportul pasiv prin membrană este posibil datorită prezenței gradientelor de concentrație a substanței, a presiunii osmotice care apar între diferitele părți ale membranei celulare sau a sarcinii electrice. De exemplu, nivelul mediu de ioni de Na+ conținut în plasma sanguină este de aproximativ 140 mM/l, iar conținutul său în eritrocite este de aproximativ 12 ori mai mare. Un astfel de gradient, exprimat ca diferență de concentrație, este capabil să creeze o forță motrice care asigură transferul moleculelor de sodiu către globulele roșii din plasma sanguină.
De remarcat faptul că rata unei astfel de tranziții este foarte scăzută datorită faptului că membrana celulară se caracterizează printr-o permeabilitate scăzută pentru ionii acestei substanțe. Această membrană are o permeabilitate mult mai mare în raport cu ionii de potasiu. Energia metabolismului celular nu este folosită pentru a finaliza procesul de difuzie simplă.
Rata de difuzie
Transportul activ și pasiv al substanțelor prin membrană se caracterizează prin viteza de difuzie. Poate fi descris folosind ecuația Fick: dm/dt=-kSΔC/x.
În acest caz, dm/dt este cantitatea de substanță care difuzează într-o unitate de timp, iar k este coeficientul procesului de difuzie, care caracterizează permeabilitatea biomembranei pentru substanța care difuzează. S este egal cu aria pe care are loc difuzia, iar ΔC exprimă diferențaconcentrația de substanțe din diferite părți ale membranei biologice, în timp ce x caracterizează distanța dintre punctele de difuzie.
Evident, acele substanțe care difuzează simultan de-a lungul gradienților de concentrații și câmpuri electrice se vor deplasa cel mai ușor prin membrană. O condiție importantă pentru difuzia unei substanțe printr-o membrană este proprietățile fizice ale membranei în sine, permeabilitatea acesteia pentru fiecare substanță specifică.
Datorita faptului ca stratul dublu al membranei este format din radicali hidrocarbonati ai fosfolipidelor cu proprietati hidrofobe, prin acesta se difuzeaza usor substante de natura hidrofoba. În special, acest lucru se aplică substanțelor care se dizolvă ușor în lipide, cum ar fi hormonii tiroidieni și steroizi, precum și unele substanțe narcotice.
Ionii minerali și substanțele cu greutate moleculară mică, care sunt de natură hidrofilă, difuzează prin canalele ionice membranare pasive, care sunt formate din molecule de proteine care formează canale și, uneori, prin defecte de împachetare ale moleculelor de fosfolipide care apar în membrana celulară ca rezultat al fluctuației termice.
Transportul pasiv prin membrană este un proces foarte interesant. Dacă condițiile sunt normale, atunci cantități semnificative de substanță pot pătrunde în membrana dublu stratificată numai dacă sunt nepolare și au o dimensiune mică. În caz contrar, transferul are loc prin intermediul proteinelor purtătoare. Procese similare care implicăproteina purtătoare nu se numește difuzie, ci transportul unei substanțe prin membrană.
Difuzare facilitată
Difuzia facilitată, ca și difuzia simplă, are loc de-a lungul gradientului de concentrație al unei substanțe. Principala diferență este că o moleculă proteică specială, numită purtător, participă la procesul de transfer al substanței.
Difuzia facilitată este un tip de transfer pasiv al moleculelor unei substanțe prin biomembrane, efectuat de-a lungul unui gradient de concentrație folosind un purtător.
Transferă stări proteice
Proteina purtătoare poate fi în două stări conformaționale. De exemplu, în starea A, această proteină poate avea o afinitate pentru substanța pe care o poartă, locurile sale de legare pentru substanță sunt îndreptate spre interior, datorită căruia se formează un por care este deschis pe o parte a membranei.
După ce proteina s-a legat de substanța transferată, conformația acesteia se schimbă și trece în starea B. Odată cu această transformare, purtătorul își pierde afinitatea pentru substanță. Din conexiunea cu purtătorul, acesta este eliberat și se deplasează în porul deja de pe ceal altă parte a membranei. După ce substanța a fost transferată, proteina purtătoare își schimbă din nou conformația, revenind la starea A. Acest transport al substanței prin membrană se numește uniport.
Viteza de difuzie facilitată
Substanțe cu greutate moleculară mică, cum ar fi glucoza, pot fi transportatemembrana prin difuzie facilitata. Un astfel de transport poate avea loc de la sânge la creier, la celulele din spațiile interstițiale. Rata de transfer a materiei cu acest tip de difuzie poate ajunge până la 108 particule prin canal într-o secundă.
După cum știm deja, viteza de transport activ și pasiv al substanțelor în difuzie simplă este proporțională cu diferența de concentrații ale substanței de pe ambele părți ale membranei. În cazul difuziei facilitate, această viteză crește proporțional cu diferența crescândă a concentrației substanței până la o anumită valoare maximă. Peste această valoare, rata nu crește, chiar dacă diferența de concentrații din diferite părți ale membranei continuă să crească. Atingerea unui astfel de punct de viteză maximă în procesul de difuzie facilitată poate fi explicată prin faptul că rata maximă implică implicarea tuturor proteinelor purtătoare disponibile în procesul de transfer.
Ce alt concept include transportul activ și pasiv prin membrane?
Difuzarea schimburilor
Acest tip de transport al moleculelor de substanță prin membrana celulară se caracterizează prin faptul că la schimb participă molecule ale aceleiași substanțe care sunt situate pe părți diferite ale membranei biologice. Trebuie remarcat faptul că, cu un astfel de transport de substanțe, concentrația de molecule de pe ambele părți ale membranei nu se modifică deloc.
Un tip de difuzare a schimburilor
Una dintre varietățile difuziei schimbului este un schimb în careo moleculă dintr-o substanță este schimbată cu două sau mai multe molecule ale unei alte substanțe. De exemplu, una dintre modalitățile prin care ionii de calciu pozitivi sunt îndepărtați din celulele musculare netede ale bronhiilor și vasele din miocitele contractile ale inimii este schimbul lor cu ionii de sodiu situati în afara celulei. În acest caz, un ion de sodiu este schimbat cu trei ioni de calciu. Astfel, are loc o mișcare a sodiului și calciului prin membrană, care este interdependentă. Acest tip de transport pasiv prin membrana celulară se numește antiport. În acest fel, celula este capabilă să scape de ionii de calciu, care sunt prezenți în exces. Acest proces este necesar pentru ca miocitele netede și cardiomiocitele să se relaxeze.
Acest articol a examinat transportul activ și pasiv al substanțelor prin membrană.
