De cel transport het omvat het verkeer en de beweging van moleculen tussen de binnenkant en de buitenkant van cellen. De uitwisseling van moleculen tussen deze compartimenten is een essentieel fenomeen voor het correct functioneren van het organisme, en bemiddelt een reeks gebeurtenissen, zoals het membraanpotentiaal, om er maar een paar te noemen..
Biologische membranen zijn niet alleen verantwoordelijk voor het afbakenen van de cel, ze spelen ook een onmisbare rol bij de handel in stoffen. Ze hebben een reeks eiwitten die de structuur kruisen en, zeer selectief, de binnenkomst van bepaalde moleculen al dan niet toelaten.
Cellulair transport wordt ingedeeld in twee hoofdtypen, afhankelijk van het feit of het systeem al dan niet direct energie gebruikt.
Passief transport vereist geen energie, en de moleculen slagen erin het membraan te passeren door passieve diffusie, via waterige kanalen of via getransporteerde moleculen. De richting van actief transport wordt uitsluitend bepaald door de concentratiegradiënten tussen beide zijden van het membraan..
Het tweede type transport daarentegen vereist wel energie en wordt actief transport genoemd. Dankzij de energie die in het systeem wordt geïnjecteerd, kunnen de pompen de moleculen tegen hun concentratiegradiënten in verplaatsen. Het meest opvallende voorbeeld in de literatuur is de natrium-kaliumpomp..
Artikel index
Om te begrijpen hoe het verkeer van stoffen en moleculen plaatsvindt tussen de cel en aangrenzende compartimenten, is het noodzakelijk om de structuur en samenstelling van biologische membranen te analyseren..
Cellen zijn omgeven door een dun en complex membraan van lipide-aard. De basiscomponent is fosfolipiden.
Deze bestaan uit een poolkop en apolaire staarten. De membranen zijn samengesteld uit twee lagen fosfolipiden - "lipide dubbellagen" - waarin de staarten binnenin gegroepeerd zijn en de koppen naar de extra en intracellulaire gezichten zijn gericht..
Moleculen die zowel polaire als apolaire zones hebben, worden amfipatisch genoemd. Deze eigenschap is cruciaal voor de ruimtelijke organisatie van lipidecomponenten binnen membranen..
Deze structuur wordt gedeeld door de membranen die de subcellulaire compartimenten omringen. Onthoud dat mitochondriën, chloroplasten, blaasjes en andere organellen ook omgeven zijn door een membraan..
Naast fosfoglyceriden of fosfolipiden zijn membranen rijk aan sfingolipiden, die skeletten hebben die bestaan uit een molecuul dat sfingosine en sterolen wordt genoemd. In deze laatste groep vinden we cholesterol, een lipide dat de eigenschappen van het membraan, zoals de vloeibaarheid, moduleert..
Het membraan is een dynamische structuur met daarin meerdere eiwitten. Membraaneiwitten fungeren als een soort moleculaire "poortwachters" of "bewakers" die met grote selectiviteit bepalen wie de cel binnenkomt en wie de cel verlaat..
Om deze reden wordt gezegd dat membranen semi-permeabel zijn, omdat sommige verbindingen erin slagen om binnen te komen en andere niet..
Niet alle eiwitten die in het membraan zitten, zijn verantwoordelijk voor het verkeer. Anderen zijn verantwoordelijk voor het opvangen van externe signalen die een cellulaire reactie op externe stimuli produceren.
De lipidenbinnenkant van het membraan is sterk hydrofoob, waardoor het membraan zeer ondoordringbaar is voor de doorgang van moleculen van polaire of hydrofiele aard (deze term betekent "verliefd op water").
Dit impliceert een extra moeilijkheid voor de doorgang van polaire moleculen. De doorvoer van in water oplosbare moleculen is echter noodzakelijk, daarom hebben cellen een reeks transportmechanismen die een efficiënte beweging van deze stoffen tussen de cel en zijn externe omgeving mogelijk maken..
Evenzo moeten grote moleculen, zoals eiwitten, worden getransporteerd en vereisen gespecialiseerde systemen..
De beweging van deeltjes door celmembranen vindt plaats door de volgende fysische principes te volgen.
Deze principes zijn diffusie en osmose en zijn van toepassing op de beweging van opgeloste stoffen en oplosmiddelen in een oplossing door een semi-permeabel membraan - zoals biologische membranen die in levende cellen worden aangetroffen..
Diffusie is het proces dat de willekeurige thermische beweging van gesuspendeerde deeltjes omvat van gebieden met hoge concentraties naar gebieden met lagere concentratie. Er is een wiskundige uitdrukking die het proces probeert te beschrijven en het wordt de Fick-diffusievergelijking genoemd, maar we zullen er niet op ingaan.
Met dit concept in gedachten kunnen we de term permeabiliteit definiëren, die verwijst naar de snelheid waarmee een stof erin slaagt om passief het membraan te penetreren onder een reeks specifieke omstandigheden..
Aan de andere kant beweegt water ook langs zijn concentratiegradiënt in een fenomeen dat osmose wordt genoemd. Hoewel het onnauwkeurig lijkt om te verwijzen naar de concentratie van water, moeten we begrijpen dat de vitale vloeistof zich gedraagt als elke andere substantie, in termen van diffusie..
Rekening houdend met de beschreven fysische verschijnselen, zullen de concentraties die zowel binnen als buiten de cel bestaan, de transportrichting bepalen..
De toniciteit van een oplossing is dus de reactie van cellen die in een oplossing zijn ondergedompeld. Er wordt een bepaalde terminologie toegepast op dit scenario:
Een cel, weefsel of oplossing is isotoon ten opzichte van een andere als de concentratie in beide elementen gelijk is. In een fysiologische context zal een cel ondergedompeld in een isotone omgeving geen enkele verandering ondergaan..
Een oplossing is hypotoon ten opzichte van de cel als de concentratie opgeloste stoffen buiten lager is - dat wil zeggen, de cel heeft meer opgeloste stoffen. In dit geval is de neiging van het water om de cel binnen te dringen.
Als we rode bloedcellen in gedestilleerd water doen (dat vrij is van opgeloste stoffen), zou het water binnenkomen totdat ze barsten. Dit fenomeen wordt hemolyse genoemd..
Een oplossing is hypertoon ten opzichte van de cel als de concentratie opgeloste stoffen aan de buitenkant hoger is - dat wil zeggen, de cel heeft minder opgeloste stoffen.
In dit geval heeft het water de neiging om de cel te verlaten. Als we rode bloedcellen in een meer geconcentreerde oplossing stoppen, heeft het water in de bloedcellen de neiging om naar buiten te stromen en krijgt de cel een gerimpeld uiterlijk..
Deze drie concepten hebben biologische relevantie. De eieren van een marien organisme moeten bijvoorbeeld isotoon zijn met betrekking tot zeewater om niet te barsten en geen water te verliezen..
Evenzo moeten parasieten die in het bloed van zoogdieren leven een concentratie van opgeloste stoffen hebben die vergelijkbaar is met de omgeving waarin ze zich ontwikkelen..
Wanneer we spreken van ionen, die geladen deeltjes zijn, wordt de beweging door de membranen niet uitsluitend gestuurd door concentratiegradiënten. In dit systeem moet rekening worden gehouden met de ladingen van de opgeloste stoffen.
Het ion heeft de neiging om weg te bewegen van de gebieden waar de concentratie hoog is (zoals beschreven in de sectie over osmose en diffusie), en ook als het ion negatief is, zal het zich verplaatsen naar de gebieden waar er een groeiend negatief potentieel is. Onthoud dat verschillende ladingen elkaar aantrekken en soortgelijke ladingen afstoten.
Om het gedrag van het ion te voorspellen, moeten we de gecombineerde krachten van de concentratiegradiënt en de elektrische gradiënt optellen. Deze nieuwe parameter wordt de netto elektrochemische gradiënt genoemd..
De soorten cellulair transport worden geclassificeerd afhankelijk van het al dan niet gebruik van energie door het systeem in passieve en actieve bewegingen. We zullen ze hieronder allemaal in detail beschrijven:
Passieve bewegingen door membranen omvatten de doorgang van moleculen zonder directe behoefte aan energie. Aangezien deze systemen geen energie verbruiken, hangt het uitsluitend af van de concentratiegradiënten (inclusief elektrische) die over het plasmamembraan bestaan..
Hoewel de energie die verantwoordelijk is voor de beweging van de deeltjes in dergelijke gradiënten wordt opgeslagen, is het gepast en gemakkelijk om het proces als passief te blijven beschouwen..
Er zijn drie elementaire routes waardoor moleculen passief van de ene naar de andere kant kunnen gaan:
De eenvoudigste en meest intuïtieve manier om een opgeloste stof te transporteren, is door het membraan te passeren volgens de hierboven genoemde gradiënten..
Het molecuul diffundeert door het plasmamembraan, waarbij de waterfase opzij blijft, lost op in het lipidegedeelte en komt uiteindelijk in het waterige gedeelte van het celbinnenland. Hetzelfde kan gebeuren in de tegenovergestelde richting, van de binnenkant van de cel naar de buitenkant..
De efficiënte doorgang door het membraan wordt bepaald door het niveau van thermische energie waarover het systeem beschikt. Als het hoog genoeg is, kan het molecuul het membraan passeren.
Meer in detail bezien, moet het molecuul alle waterstofbruggen die in de waterfase worden gevormd, verbreken om naar de lipidefase te kunnen gaan. Deze gebeurtenis vereist 5 kcal kinetische energie voor elke aanwezige link.
De volgende factor waarmee rekening moet worden gehouden, is de oplosbaarheid van het molecuul in de lipidenzone. Mobiliteit wordt beïnvloed door verschillende factoren, zoals het molecuulgewicht en de vorm van het molecuul.
De eenvoudige kinetiek van diffusiedoorgang vertoont een niet-verzadigingskinetiek. Dit betekent dat de invoer evenredig toeneemt met de concentratie van de te transporteren opgeloste stof in het extracellulaire gebied..
Het tweede alternatief voor de passage van moleculen via de passieve route is via een waterig kanaal dat zich in het membraan bevindt. Deze kanalen zijn een soort poriën die de doorgang van het molecuul mogelijk maken, waardoor contact met het hydrofobe gebied wordt vermeden.
Bepaalde geladen moleculen slagen erin de cel binnen te komen door hun concentratiegradiënt te volgen. Dankzij dit systeem van met water gevulde kanalen zijn de membranen zeer ongevoelig voor ionen. Onder deze moleculen vallen natrium, kalium, calcium en chloor op..
Het laatste alternatief is de combinatie van de betreffende opgeloste stof met een dragermolecuul dat de hydrofiele aard ervan maskeert, zodat het door het lipide-rijke deel van het membraan gaat..
De transporter verhoogt de oplosbaarheid in lipiden van het te transporteren molecuul en bevordert de doorgang ervan ten gunste van de concentratiegradiënt of de elektrochemische gradiënt..
Deze dragereiwitten werken op verschillende manieren. In het eenvoudigste geval wordt een opgeloste stof van de ene kant van het membraan naar de andere overgebracht. Dit type wordt een uniport genoemd. Integendeel, als een andere opgeloste stof gelijktijdig of gekoppeld wordt getransporteerd, wordt de transporter gekoppeld genoemd.
Als de gekoppelde transporter de twee moleculen in dezelfde richting mobiliseert, is het een symport en als het dit in tegengestelde richtingen doet, is de transporter anti-support.
Het is het type cellulair transport waarbij een oplosmiddel selectief door het semipermeabele membraan gaat.
Water heeft bijvoorbeeld de neiging om naar de zijkant van de cel te gaan waar de concentratie lager is. De beweging van water in dit pad genereert een druk die osmotische druk wordt genoemd.
Deze druk is nodig om de concentratie van stoffen in de cel te reguleren, wat vervolgens de vorm van de cel beïnvloedt..
In dit geval wordt de beweging van sommige opgeloste stoffen veroorzaakt door het effect van een hydrostatische druk, van het gebied met de grootste druk naar het gebied met de minste druk. In het menselijk lichaam vindt dit proces plaats in de nieren dankzij de bloeddruk die door het hart wordt gegenereerd.
Op deze manier gaan water, ureum enz. Van de cellen naar de urine; en hormonen, vitamines, enz., blijven in het bloed. Dit mechanisme wordt ook wel dialyse genoemd..
Er zijn stoffen met zeer grote moleculen (zoals glucose en andere monosacchariden), die een dragereiwit nodig hebben om te diffunderen. Deze diffusie is sneller dan eenvoudige diffusie en hangt af van:
Een van deze transporteiwitten is insuline, dat de diffusie van glucose vergemakkelijkt en de concentratie in het bloed verlaagt.
Tot dusver hebben we de passage van verschillende moleculen door kanalen zonder energiekosten besproken. In deze gevallen zijn de enige kosten het genereren van de potentiële energie in de vorm van differentiële concentraties aan beide zijden van het membraan..
De transportrichting wordt dus bepaald door de bestaande hellingshoek. De opgeloste stoffen beginnen te worden getransporteerd volgens de bovengenoemde principes van diffusie, totdat ze een punt bereiken waarop de netto diffusie eindigt - op dit punt is een evenwicht bereikt. Bij ionen wordt de beweging ook beïnvloed door lading.
Het enige geval waarin de verdeling van de ionen aan beide zijden van het membraan echt in evenwicht is, is wanneer de cel dood is. Alle levende cellen investeren een grote hoeveelheid chemische energie om de concentraties opgeloste stoffen uit evenwicht te houden..
De energie die wordt gebruikt om deze processen actief te houden, is over het algemeen het ATP-molecuul. Adenosinetrifosfaat, afgekort als ATP, is een fundamenteel energiemolecuul in cellulaire processen.
Actief transport kan optreden tegen concentratiegradiënten, hoe steil ze ook zijn - deze eigenschap zal duidelijk worden met de uitleg van de natrium-kaliumpomp (zie hieronder).
Actieve transportmechanismen kunnen meer dan één klasse moleculen tegelijk verplaatsen. Voor actief transport wordt dezelfde classificatie gebruikt die wordt genoemd voor het transport van meerdere moleculen tegelijkertijd bij passief transport: symport en anti-support..
Het transport door deze pompen kan worden geremd door moleculen toe te passen die specifiek cruciale plaatsen op het eiwit blokkeren..
De transportkinetiek is van het Michaelis-Menten-type. Beide gedragingen - geremd door een molecuul en kinetiek - zijn typische kenmerken van enzymatische reacties..
Ten slotte moet het systeem specifieke enzymen hebben die het ATP-molecuul kunnen hydrolyseren, zoals ATPases. Dit is het mechanisme waarmee het systeem de energie verkrijgt die het kenmerkt..
De betrokken pompen zijn uiterst selectief in de moleculen die worden getransporteerd. Als de pomp bijvoorbeeld een drager van natriumionen is, zal deze geen lithiumionen opnemen, hoewel beide ionen qua grootte zeer vergelijkbaar zijn..
Aangenomen wordt dat de eiwitten twee diagnostische kenmerken kunnen onderscheiden: het gemak van uitdroging van het molecuul en de interactie met de ladingen in de porie van de transporter..
Het is bekend dat grote ionen gemakkelijk worden gedehydrateerd in vergelijking met een klein ion. Een porie met zwakke polaire centra zal dus bij voorkeur grote ionen gebruiken.
Integendeel, in de kanalen met sterk geladen centra overheerst de interactie met het gedehydrateerde ion..
Om de mechanismen van actief transport uit te leggen, kun je dit het beste doen met het best bestudeerde model: de natrium-kaliumpomp..
Een opvallend kenmerk van cellen is het vermogen om steile gradiënten van natriumionen (Na+) en kalium (K+.
In de fysiologische omgeving is de kaliumconcentratie in cellen 10-20 keer hoger dan in cellen buiten. Natriumionen zijn daarentegen veel meer geconcentreerd in de extracellulaire omgeving..
Met de principes die de beweging van ionen op een passieve manier regelen, zou het onmogelijk zijn om deze concentraties te behouden, daarom hebben cellen een actief transportsysteem nodig en dit is de natrium-kaliumpomp.
De pomp wordt gevormd door een eiwitcomplex van het ATPase-type dat is verankerd aan het plasmamembraan van alle dierlijke cellen. Deze heeft bindingsplaatsen voor beide ionen en is verantwoordelijk voor transport met injectie van energie.
In dit systeem zijn er twee factoren die de beweging van ionen tussen de cellulaire en extracellulaire compartimenten bepalen. De eerste is de snelheid waarmee de natrium-kaliumpomp werkt, en de tweede factor is de snelheid waarmee het ion de cel weer kan binnendringen (in het geval van natrium) als gevolg van passieve diffusiegebeurtenissen..
Op deze manier bepaalt de snelheid waarmee de ionen de cel binnenkomen, de snelheid waarmee de pomp moet werken om een geschikte ionenconcentratie te behouden..
De werking van de pomp hangt af van een reeks conformatieveranderingen in het eiwit dat verantwoordelijk is voor het transport van de ionen. Elk ATP-molecuul wordt direct gehydrolyseerd, waarbij drie natriumionen de cel verlaten en tegelijkertijd twee kaliumionen de celomgeving binnenkomen..
Het is een ander type actief transport dat helpt bij de beweging van macromoleculen, zoals polysacchariden en eiwitten. Het kan worden gegeven door:
Er zijn drie processen van endocytose: fagocytose, pinocytose en ligand-gemedieerde endocytose:
Fagocytose het type transport waarbij een vast deeltje wordt bedekt door een blaasje of fagosoom dat bestaat uit gefuseerde pseudopoden. Dat vaste deeltje dat in het blaasje achterblijft, wordt verteerd door enzymen en bereikt zo het binnenste van de cel.
Dit is hoe de witte bloedcellen in het lichaam werken; verzwelgen bacteriën en vreemde lichamen als een afweermechanisme.
Pinocytose treedt op wanneer de te transporteren stof een druppel of blaasje van extracellulaire vloeistof is en het membraan een pinocytisch blaasje vormt waarin de inhoud van het blaasje of de druppel wordt verwerkt zodat het terugkeert naar het oppervlak van de cel..
Het is een proces vergelijkbaar met pinocytose, maar in dit geval vindt de invaginatie van het membraan plaats wanneer een bepaald molecuul (ligand) zich bindt aan de membraanreceptor..
Verschillende endocytische blaasjes komen samen en vormen een grotere structuur die het endosoom wordt genoemd, waar het ligand is gescheiden van de receptor. De receptor keert vervolgens terug naar het membraan en het ligand bindt zich aan een liposoom waar het wordt verteerd door enzymen..
Het is een soort cellulair transport waarbij de stof buiten de cel moet worden vervoerd. Tijdens dit proces bindt het secretoire vesikelmembraan zich aan het celmembraan en geeft het de inhoud van het blaasje vrij..
Op deze manier elimineren de cellen gesynthetiseerde stoffen of afvalstoffen. Dit is ook hoe ze hormonen, enzymen of neurotransmitters afgeven.
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.