Wat is passief transport? Transmembraanbeweging van verschillende macromoleculaire verbindingen, cellulaire componenten, supramoleculaire deeltjes die niet door de kanalen in het membraan kunnen doordringen, wordt uitgevoerd via speciale mechanismen, bijvoorbeeld met behulp van fagocytose, pinocytose, exocytose, overdracht door de intercellulaire ruimte. Dat wil zeggen, de beweging van stoffen door het membraan kan plaatsvinden met behulp van verschillende mechanismen, die zijn onderverdeeld volgens de tekenen van de deelname van specifieke dragers daarin, evenals energieverbruik. Wetenschappers verdelen het transport van stoffen in actief en passief.
Belangrijkste vervoersmiddelen
Passief transport is de overdracht van een stof door een biologisch membraan langs een gradiënt (osmotisch, concentratie, hydrodynamisch en andere), waarvoor geen energieverbruik nodig is.
Actief transport is de overdracht van een stof over een biologisch membraan tegen een gradiënt. Waarinenergie wordt verbruikt. Ongeveer 30 - 40% van de energie die wordt gevormd als gevolg van metabolische reacties in het menselijk lichaam, wordt besteed aan het implementeren van actief transport van stoffen. Als we kijken naar het functioneren van de menselijke nieren, dan wordt ongeveer 70 - 80% van de verbruikte zuurstof besteed aan actief transport.
Passief transport van stoffen
het omvat de overdracht van verschillende stoffen door biologische membranen langs verschillende gradiënten. Deze verlopen kunnen zijn:
- elektrochemische potentiaalgradiënt;
- stofconcentratiegradiënt;
- elektrisch veld verloop;
- osmotische drukgradiënt en andere.
Het proces van het implementeren van passief transport vereist geen energieverbruik. Het kan optreden door gefaciliteerde en eenvoudige diffusie. Zoals we weten, is diffusie een chaotische beweging van moleculen van een stof in verschillende media, die te wijten is aan de energie van thermische trillingen van een stof.
Als een deeltje van een stof elektrisch neutraal is, dan wordt de richting waarin diffusie plaatsvindt bepaald door het verschil in de concentratie van stoffen in de media die worden gescheiden door het membraan. Bijvoorbeeld tussen compartimenten van de cel, binnen en buiten de cel. Als de deeltjes van een stof, zijn ionen een elektrische lading hebben, dan zal de diffusie niet alleen afhangen van het concentratieverschil, maar ook van de grootte van de lading van de gegeven stof, de aanwezigheid en tekenen van lading aan beide zijden van het membraan. De grootte van de elektrochemische gradiëntwordt bepaald door de algebraïsche som van de elektrische en concentratiegradiënten over het membraan.
Wat zorgt voor transport over het membraan?
Passief membraantransport is mogelijk door de aanwezigheid van stofconcentratiegradiënten, osmotische druk die ontstaat tussen verschillende zijden van het celmembraan of elektrische lading. Het gemiddelde niveau van Na+-ionen in het bloedplasma is bijvoorbeeld ongeveer 140 mM/l en het geh alte aan erytrocyten is ongeveer 12 keer hoger. Zo'n gradiënt, uitgedrukt als een verschil in concentratie, kan een drijvende kracht creëren die zorgt voor de overdracht van natriummoleculen naar rode bloedcellen vanuit bloedplasma.
Opgemerkt moet worden dat de snelheid van een dergelijke overgang erg laag is vanwege het feit dat het celmembraan wordt gekenmerkt door een lage permeabiliteit voor de ionen van deze stof. Dit membraan heeft een veel grotere permeabiliteit ten opzichte van kaliumionen. De energie van het cellulaire metabolisme wordt niet gebruikt om het proces van eenvoudige diffusie te voltooien.
Diffusiesnelheid
Actief en passief transport van stoffen door het membraan wordt gekenmerkt door de diffusiesnelheid. Het kan worden beschreven met behulp van de Fick-vergelijking: dm/dt=-kSΔC/x.
In dit geval is dm/dt de hoeveelheid van de stof die in één tijdseenheid diffundeert, en is k de coëfficiënt van het diffusieproces, dat de doorlaatbaarheid van het biomembraan voor de verspreidende stof kenmerkt. S is gelijk aan het gebied waarover diffusie plaatsvindt, en ΔC drukt het verschil uitconcentratie van stoffen van verschillende kanten van het biologische membraan, terwijl x de afstand tussen de diffusiepunten karakteriseert.
Het is duidelijk dat die stoffen die gelijktijdig diffunderen langs de gradiënten van concentraties en elektrische velden, het gemakkelijkst door het membraan zullen bewegen. Een belangrijke voorwaarde voor de diffusie van een stof door een membraan zijn de fysische eigenschappen van het membraan zelf, de permeabiliteit ervan voor elke specifieke stof.
Door het feit dat de dubbellaag van het membraan wordt gevormd door koolwaterstofradicalen van fosfolipiden met hydrofobe eigenschappen, diffunderen stoffen van hydrofobe aard er gemakkelijk doorheen. Dit geldt met name voor stoffen die gemakkelijk in lipiden oplossen, zoals schildklier- en steroïdhormonen, en ook voor sommige verdovende middelen.
Minerale ionen en stoffen met een laag molecuulgewicht die van nature hydrofiel zijn, diffunderen door passieve membraan-ionkanalen, die worden gevormd uit kanaalvormende eiwitmoleculen, en soms door defecten in de membraanpakking van fosfolipidemoleculen die in het celmembraan ontstaan als een resultaat van thermische fluctuatie.
Passief transport over het membraan is een zeer interessant proces. Als de omstandigheden normaal zijn, kunnen significante hoeveelheden van een stof het dubbelgelaagde membraan alleen binnendringen als ze niet-polair zijn en een kleine omvang hebben. Anders vindt de overdracht plaats via dragereiwitten. Vergelijkbare processen met betrekking tot:dragereiwit wordt geen diffusie genoemd, maar het transport van een stof door het membraan.
Gefaciliteerde diffusie
Gefaciliteerde diffusie vindt, net als eenvoudige diffusie, plaats langs de concentratiegradiënt van een stof. Het belangrijkste verschil is dat een speciaal eiwitmolecuul, een drager genaamd, deelneemt aan het proces van stofoverdracht.
Gefaciliteerde diffusie is een soort passieve overdracht van moleculen van een stof door biomembranen, uitgevoerd langs een concentratiegradiënt met behulp van een drager.
Transfer eiwittoestanden
Het dragereiwit kan zich in twee conformatietoestanden bevinden. In toestand A kan dit eiwit bijvoorbeeld een affiniteit hebben voor de stof die het draagt, de bindingsplaatsen voor de stof zijn naar binnen gekeerd, waardoor een porie wordt gevormd die aan één kant van het membraan open is.
Nadat het eiwit zich aan de overgedragen stof heeft gebonden, verandert zijn conformatie en gaat het over in toestand B. Met deze transformatie verliest de drager zijn affiniteit voor de stof. Vanuit de verbinding met de drager wordt het losgelaten en verplaatst het zich naar de porie al aan de andere kant van het membraan. Nadat de stof is overgebracht, verandert het dragereiwit weer van conformatie en keert terug naar toestand A. Dit transport van de stof over het membraan wordt een uniport genoemd.
Gefaciliteerde diffusiesnelheid
Stoffen met een klein molecuulgewicht zoals glucose kunnen er doorheen worden getransporteerdmembraan door gefaciliteerde diffusie. Dergelijk transport kan plaatsvinden van het bloed naar de hersenen, naar cellen vanuit de interstitiële ruimten. De overdrachtssnelheid van materie met dit type diffusie kan in één seconde tot 108 deeltjes door het kanaal bereiken.
Zoals we al weten, is de snelheid van actief en passief transport van stoffen in eenvoudige diffusie evenredig met het verschil in de concentraties van de stof aan beide zijden van het membraan. Bij gefaciliteerde diffusie neemt deze snelheid evenredig toe met het toenemende verschil in de concentratie van de stof tot een bepaalde maximale waarde. Boven deze waarde neemt de snelheid niet toe, hoewel het verschil in concentraties van verschillende kanten van het membraan steeds groter wordt. Het bereiken van een dergelijk maximumsnelheidspunt in het proces van gefaciliteerde diffusie kan worden verklaard door het feit dat de maximale snelheid de betrokkenheid van alle beschikbare dragereiwitten bij het overdrachtsproces impliceert.
Welk ander concept omvat actief en passief transport door membranen?
Exchange diffusie
Dit type transport van stofmoleculen door het celmembraan wordt gekenmerkt door het feit dat moleculen van dezelfde stof die zich aan verschillende zijden van het biologische membraan bevinden, deelnemen aan de uitwisseling. Opgemerkt moet worden dat bij een dergelijk transport van stoffen de concentratie van moleculen aan beide zijden van het membraan helemaal niet verandert.
Een soort uitwisselingsdiffusie
Een van de varianten van uitwisselingsdiffusie is een uitwisseling waarineen molecuul van een stof wordt uitgewisseld voor twee of meer moleculen van een andere stof. Een van de manieren waarop positieve calciumionen bijvoorbeeld worden verwijderd uit de gladde spiercellen van de bronchiën en bloedvaten uit de samentrekkende myocyten van het hart, is hun uitwisseling voor natriumionen die zich buiten de cel bevinden. Eén natriumion wordt in dit geval uitgewisseld voor drie calciumionen. Er is dus een beweging van natrium en calcium door het membraan, die onderling afhankelijk is. Dit type passief transport door het celmembraan wordt een antipoort genoemd. Op deze manier kan de cel zich ontdoen van calciumionen, die in overmaat aanwezig zijn. Dit proces is nodig om gladde myocyten en cardiomyocyten te laten ontspannen.
Dit artikel onderzocht het actieve en passieve transport van stoffen door het membraan.
