Összegzés - közlekedés anyagok biológiai membránokon kérdésekre felkészülési osztályok
Anyagok szállítására át a biológiai membránokon
Kérdések felkészülni az osztály:
1. A szerkezet, a fizikai-kémiai tulajdonságai és funkciói a biológiai membránok.
2. biofizikai mechanizmusai transzmembrán anyagátadási. Különösen a közlekedés sejtmembránon keresztüli hidrofób és hidrofil anyagok.
3. Szabad diffúzió.
4. Facilitált diffúzió és jellegzetes tulajdonságait.
A szerepe transzporterek és a csatornák a passzív transzport hidrofil anyagok keresztül egy biológiai membránon.
5. Hatóanyagok közlekedés. Alkatrészek és tulajdonságait az aktív közlekedési rendszerek.
Kálium-nátrium-szivattyú, mint egy példa egy aktív transzport rendszer.
Minden sejtet körülvett membránok, továbbá, sok közülük (különösen eukarióta) kiterjedt belső membrán rendszerek hálózat. Megkülönböztetni a külső sejtmembránban (plasmalemma vagy plazma membrán) és a belső membrán, mint például a nukleáris membránon, a membránt a mielin membránok, mitokondrium, endoplazmatikus retikulum, stb A fő funkciók elvégzésére különféle membrán - az akadály, mátrix, mechanikus, bioelektromos, receptor.
A szerkezet a biológiai membránok elsősorban foszfolipidek és fehérjék, a tömegaránya, amely változik a különböző típusú membránok meglehetősen széles. A foszfolipidek - a fő komponense a membrán lipid frakciók - amfipatikus vegyületek, azaz vegyületek, amelyek az összetételében a két, funkcionálisan jól elkülöníthető részből - a poláris hidrofil fejet és egy hidrofób farok. Mivel a poláris fej kinyúlik foszforsav maradék, és a kapcsolódó csoport, amely lehet a különböző jellegű. Leggyakrabban ezek a gyökök a kolin, etanol-amin, szerin, treonin, glicerin, inozint és oligoszacharidok. Ahogy hidrofób jár zsírsav-maradék (sztearinsav, palmitinsav, olajsav, linolsav, stb), amelyek egy-észter glicerinnel. A vizes oldatokat egyesítjük egy komplex foszfolipid kettősréteg szerkezete, amely az egyik a fajták a folyadékkristályok. Ez a kettős réteg, amely alapján bármilyen biológiai membrán, a poláros fej kifelé irányul, és a zsírsav-farok belemerülnek a membrán vastagsága. A membrán vastagsága átlagosan 7-10 nm.
számos szerkezeti modellt javasoltak a biológiai membránok, a legmegfelelőbb tekinthető folyadék-mozaik. E modell szerint, a membrán - mozog mozaik kialakítva foszfolipidek amelyben a proteineket merítjük, és amelyben biztosított a citoszkeleton. Az ilyen fehérjéket említett integrált membránproteinek. Némelyikük áthatolnak a membránon, gyakran több integráns fehérjék egyesítik egységek. Ez a modell is rendelkezik, hogy a foszfolipid molekulák elegendő, hogy szabadon mozogjanak a membrán síkjában. Ez a mozgás az úgynevezett laterális diffúzió. Ebben az esetben, a mozgását molekulák egyik rétegből a másik meglehetősen ritka esemény.
Mivel a membrán választja el a belső sejt tartalmát a külső környezettől, van egy külső és belső oldalán, és így beszélhetünk membrán jelenléte révén aszimmetria. A szerkezet a aszimmetria, és a különbséget kapcsolatos funkciók végre a fehérjéket a külső és belső felületén a membrán.
A fő funkciói membrán fehérjék: először, úgy viselkednek, mint egy építőelem, hogy fokozza az erőt a lipid csontváz. Másodszor, ott vannak a fehérjék, amelyek alkotják az úgynevezett membrán csatornák transzportjára a sejtbe a szükséges anyagok, és fehérjék, amelyek szerepet játszhatnak a hordozók. Harmadszor, a membrán-integrált fehérjék, enzimek és a fehérje receptorok.
A merevségét és áteresztőképességét a membrán típusától függ a zsírsavak belép a készítmény foszfolipidek. Minél több membrán telítetlen zsírsavak, annál alacsonyabb a merevség és a magasabb permeabilitás. Az egyik membrán lipid koleszterin. A membránokat tartalmazó megnövelt mennyiségű koleszterint, jellemzi nagy szilárdság és csekély áteresztőképesség.
A koncepció az anyagok szállítására révén biológiai membrán egyesíti a mechanizmusok a sejt érkezés és váladékozás a sejtek különböző anyagok. Ebben az esetben két fő típusa a közlekedés, azaz a passzív és aktív. Passzív anyagok szállítására az úgynevezett transzfer területén a magas koncentráció alacsony koncentrációban. Munka elvégzésére a játékos ebben az esetben fordított szabad energia társított nem egyensúlyi anyageloszlásban a rendszerben. Ha az anyag által hordozott elektromos töltés, szükséges, hogy figyelembe vegyék a potenciális energia az elektromos mező.
A hajtóerő az ion átutalás generalizált gradiens amely összege a koncentráció és elektromos. Átviteléhez a víz a sejtmembránon keresztül is jelentős gradiensek ozmotikus és hidrosztatikus nyomás. Az eredmény a passzív közlekedés kiegyenlíteni koncentrációját. A anyagátadási eredményeként fellépő kumulatív hatásának ozmotikus színátmenetek és szűrés, az úgynevezett konvektív áramlás. Ez a transzmembrán fluxus víz oldott anyagok. Konvekciós áramlási lehetővé teszi a metabolizmus a kapillárisokban a vér és az intercelluláris folyadék, a formáció elsődleges vizelet és mások. A passzív transzport mechanizmus a következő három fő anyagok áthaladását a membránon keresztül. Ez egyrészt diffúzióját lipid oldódó anyagok keresztül a lipid fázis, és másrészt, diffúzió révén speciális csatornákon (pórusok) és az úgynevezett könnyített diffúzió - a átadása ionok a membránon keresztül-specifikus vektor molekulák.
Aktív közlekedés, az úgynevezett transzfer anyag ellentétes irányban, hogy meghatározott termodinamikai konjugáció minden színátmenetek. Ez a folyamat a kiadások szabadság tárolt energia ATP molekulákat. Aktív közlekedési rendszer is nevezik biológiai pumpa.
Diffúziós úgynevezett kölcsönös penetráció anyagok érintkeznek egymással hőhatás következtében mozgást a szemcsés anyagot. Az anyagok diffúzióját zajlik irányában csökkenő koncentrációban, és vezet az egyenletes eloszlást az elfoglalt térfogat. A fluxus-sűrűség a diffundáló anyagok j az X-tengely arányos a koncentráció gradiensének dC / dx, Fick törvény: J = -DdC / dx. anyag fluxussűrűség J = (dm / dt) / S, C - koncentráció anyag. Az arányossági tényező D az úgynevezett diffúziós együttható. A sűrűség számításához anyagok átfolyik a Biomembranes során diffúziós egyenlet is használják: J = - Dk (Ci - Ce) / L = Dk (Ce - Ci) / l, és j = P (Ce - Ci), ahol a Ci és CE a részecskék koncentrációja közelében a sejtmembrán a sejtek külső és belső, illetve L - a membrán vastagságát. Az arány P = Dk / l nevezett permeabilitási együttható, k - a együtthatója eloszlása az anyag közötti közötti lipid és a vizes fázis.
Átáramlik biomembránokban nemcsak elektromosan semleges vegyületek, hanem ionok, különösen a nátrium és kálium-kationok. A töltött részecske átviteli folyamat jelentősen befolyásolja a jelenléte az elektromos mező a membránon belül miatt a potenciális különbség közötti intra- és extracelluláris közegben. Ez azt jelenti, hogy a szállítása ionok elsősorban úgy határoztuk meg két gradiens - koncentráció gradiens és a gradiens a potenciális.
A jelenlétében egyaránt gradiensek ion diffúziós eljárást ismertetnek a Nernst-egyenlet electrodiffusion-Planck: J = - DdC / dx - SuzFd / dx, ahol u - a szemcsék mozgási, z - vegyérték részecskék, F - Faraday-állandó, φ - elektromos potenciál.
Módszereket és eszközöket, anyagok áthaladását keresztül a biológiai membrán függően kémiai természetétől és a molekuláris méretet. A zsírban oldódó anyag, amely képes áthatolni egy réteg bilipidny egyszerűen feloldjuk, és diffúziós ott. A hidrofil anyagok áthaladnak speciális csatornák vagy átmenő vektor molekulák. A csatornák vannak kialakítva, kiterjesztve rostok a membrán, amelyen keresztül ionok áthaladhat hidratált. Ezek specifikus az ionok áthaladását. szállítási sebessége az anyag a csatornán keresztül 5-6 nagyságrenddel lassabb, mint a normál eredményeként diffúzió ugyanazon anyag vizes oldatban, de 100-1000-szer magasabb, mint a szállítási hordozóval. Fontos megjegyezni, hogy a közlekedési ionok csatornákon keresztül szabályozza egyenletek diffúzió és nem igényel ATP energia.
Facilitált diffúzióval fajok úgynevezett passzív anyagok szállítására a membránon keresztül, amely akkor fordul elő ugyanabban az irányban, mint a szabad diffúzióját, de keresztül speciális hordozó-proteinekhez. Könnyített diffúzió egy lényegesen magasabb anyagátadási sebesség, mint a szabad diffúzió, de ellentétben az ATP-t igényel energiát. Ezt az energiát létrehozni és fenntartani kedvező színátmenetek, amelynek jelenlétét, sőt, lehet segíteni diffúzió. Facilitált diffúzióval eljárást ismertetnek a Michaelis-Menten egyenlet: j. Ebben az egyenletben, J - anyag a membránon át, J m - maximális értéket, Ce - koncentrációja diffundáló anyag sejtek, K - állandó képességének meghatározására az anyag belépését a sejtbe (értéke 1 / K meghatározza affinitást transzporter, hogy az anyag, hogy át). Ez az állandó számszerűen egyenlő a koncentrációja az anyag sejteket Ce, amelyben áramlás egyenlő fele a maximális sűrűség, azaz J = 0,5jm. Ebből a képletből következik, hogy az értékek az anyag koncentrációja a sejtek Ce, sokkal kisebb értékeket K (Ce <
Mozgó hatása ellenében egy anyag fizikai-kémiai gradiensek kulcsfontosságú különbség aktív transzport anyagátadási passzív transzport folyamatok fent tárgyalt. Nyilvánvaló, hogy egy ilyen átadás is lehetséges, mert a termodinamikai párosítás biológiai folyamatok a sejtben. Megjegyezzük, hogy az ember egyedül (30 40)% energiát során kapott anyagcsere folyamatok töltött aktív transzport, vagyis fenntartani koncentráció és elektromos gradiensek a sejtmembránokon. Energiafelhasználása az aktív szállítási mól anyag lehet becsülni a változás a elektrokémiai potenciál az átvitt ionok: W = RTlnC2 / C1 + ZFΔφ.
A jellemző aktív transzport specificitás. Minden az aktív közlekedési rendszerek csak az átadás a membránon keresztül az anyag (vagy anyagok csoportjainak) és nincs szállítás. Azonban, lehetséges konjugációs aktív anyagok szállítására más passzív transzport (Na + - glükóz).
Így a fő komponenseket az aktív anyagok szállítására a membránon keresztül rendszerek: az energiaforrás - ATP, specifikus transzporter - egy fehérje molekula, része a membrán, csatolási tényező a munka hordozó egy áramforráshoz (enzim - ATPáz).
Ismeretes, hogy a normál sejtek fenntartásához szükséges egy bizonyos koncentráció-gradiens a kálium és a nátrium-a sejt és a külső környezet. Nevezetesen, a kálium koncentráció a sejtek belsejében nagyobb, mint azon kívül. Így a nátrium- koncentrációja sejt nagyobb, mint a belsejében. Kálium-úgynevezett nátrium-szivattyú rendszer, amely folyamatosan működik a kálium transzportjára a sejtbe, és eltávolítjuk a nátrium belőle, azaz a Ez támogat koncentrációesése ezek a kationok a sejtmembránban, ellensúlyozva a kiegyenlítési a koncentráció passzív transzport.
Amikor koncentráció változtatása kálium- vagy nátrium-ionok a citoplazmában kedvezőtlen irányban (azaz a növekvő nátrium-koncentráció vagy a kálium-koncentráció csökkenésével) aktiválva a kálium-nátrium-függő ATPáz (más néven nátrium--kálium-ATPáz). Ez az enzim megtalálható a plazmamembrán.
Továbbá, aktivált ATPáz katalizálja hasítását ATP-foszfát-csoport HPO3, amely csatlakozik a transzporter, amelynek szerepe ebben a rendszerben nagyon ATPáz. Más szóval, áz foszforilált.
A foszforilezett ATF-aza szerez affinitása a nátrium-ionok, és társítja a három Na + -ion a citoplazmában. Kötődése ezek az ionok megváltozásához vezet a konformációját az enzim és annak orientációját a membránban, ahol a foszfát-csoportot nátrium-ionok a külső oldalán a membrán. Elválasztására Na + ionok a hordozó ráfordítást igényel energiát. Ez az energia kapjuk átvitelével egy foszfátcsoportnak ATP-áz, hogy egy molekula víz (HPO3 + H2O = H3PO4). A felszabadult nátriumionok át az extracelluláris közegbe.
Defoszforilált vektort szerez az affinitása a kálium-ionok és kötődik két K + ion. Ez a kötődés hatására megváltozik a konformációját a hordozó és a következő változást az orientáció a membránban, ahol a kálium-ionok összefüggő enzim átvisszük a belső membrán felülete, azaz, a sejt belsejébe. Ezután egy új ciklus kezdődik.
Így három szivattyúk Na + ion a sejtből, hogy a külső és a két külső K + ion a sejtbe ciklusonként kálium-nátrium-szivattyú. Szükség van egy energia egy molekula ATP. Megjegyezzük, hogy a kálium-nátrium pumpa nagyon magas hatásfok.
Bővebben az eltérő munka
Összefoglaló a különböző