Čo je pasívna doprava? Transmembránový pohyb rôznych makromolekulárnych zlúčenín, bunkových zložiek, supramolekulových častíc, ktoré nie sú schopné preniknúť cez kanály v membráne, sa uskutočňuje pomocou špeciálnych mechanizmov, napríklad pomocou fagocytózy, pinocytózy, exocytózy, prenosu cez medzibunkový priestor. To znamená, že pohyb látok cez membránu môže nastať pomocou rôznych mechanizmov, ktoré sú rozdelené podľa znakov účasti konkrétnych nosičov v nich, ako aj spotreby energie. Vedci rozdeľujú transport látok na aktívny a pasívny.
Hlavný spôsob dopravy
Pasívny transport je prenos látky cez biologickú membránu po gradiente (osmotický, koncentračný, hydrodynamický a iné), ktorý si nevyžaduje spotrebu energie.
Aktívny transport je prenos látky cez biologickú membránu proti gradientu. V čomspotrebúva sa energia. Približne 30 - 40% energie, ktorá vzniká v dôsledku metabolických reakcií v ľudskom tele, sa vynakladá na realizáciu aktívneho transportu látok. Ak vezmeme do úvahy fungovanie ľudských obličiek, potom asi 70 - 80% spotrebovaného kyslíka sa minie na aktívny transport.
Pasívny transport látok
zahŕňa prenos rôznych látok cez biologické membrány v rôznych gradientoch. Tieto prechody môžu byť:
- gradient elektrochemického potenciálu;
- gradient koncentrácie látky;
- gradient elektrického poľa;
- gradient osmotického tlaku a iné.
Proces implementácie pasívnej dopravy si nevyžaduje žiadnu spotrebu energie. Môže sa vyskytnúť uľahčenou a jednoduchou difúziou. Ako vieme, difúzia je chaotický pohyb molekúl látky v rôznych médiách, ktorý je spôsobený energiou tepelných vibrácií látky.
Ak je častica látky elektricky neutrálna, potom smer, v ktorom dôjde k difúzii, je určený rozdielom v koncentrácii látok obsiahnutých v médiách, ktoré sú oddelené membránou. Napríklad medzi priehradkami bunky, vnútri bunky a mimo nej. Ak častice látky, jej ióny majú elektrický náboj, potom bude difúzia závisieť nielen od koncentračného rozdielu, ale aj od veľkosti náboja danej látky, prítomnosti a známok náboja na oboch stranách membrány.. Veľkosť elektrochemického gradientuje určený algebraickým súčtom elektrických a koncentračných gradientov cez membránu.
Čo zabezpečuje transport cez membránu?
Pasívny membránový transport je možný v dôsledku prítomnosti gradientov koncentrácie látok, osmotického tlaku vznikajúceho medzi rôznymi stranami bunkovej membrány alebo elektrického náboja. Napríklad priemerná hladina iónov Na+ obsiahnutých v krvnej plazme je asi 140 mM/l a jeho obsah v erytrocytoch je asi 12-krát vyšší. Takýto gradient, vyjadrený ako rozdiel v koncentrácii, je schopný vytvoriť hnaciu silu, ktorá zabezpečí prenos molekúl sodíka do červených krviniek z krvnej plazmy.
Treba poznamenať, že rýchlosť takéhoto prechodu je veľmi nízka vzhľadom na skutočnosť, že bunková membrána sa vyznačuje nízkou priepustnosťou pre ióny tejto látky. Táto membrána má oveľa väčšiu priepustnosť v porovnaní s iónmi draslíka. Energia bunkového metabolizmu sa nepoužíva na dokončenie procesu jednoduchej difúzie.
Rýchlosť difúzie
Aktívny a pasívny transport látok cez membránu je charakterizovaný rýchlosťou difúzie. Dá sa opísať pomocou Fickovej rovnice: dm/dt=-kSΔC/x.
V tomto prípade dm/dt je množstvo látky, ktoré difunduje za jednu jednotku času, a k je koeficient difúzneho procesu, ktorý charakterizuje priepustnosť biomembrány pre difúznu látku. S sa rovná ploche, cez ktorú dochádza k difúzii, a AC vyjadruje rozdielkoncentrácia látok z rôznych strán biologickej membrány, pričom x charakterizuje vzdialenosť medzi bodmi difúzie.
Je zrejmé, že tie látky, ktoré súčasne difundujú pozdĺž gradientov koncentrácií a elektrických polí, sa budú najľahšie pohybovať cez membránu. Dôležitou podmienkou pre difúziu látky cez membránu sú fyzikálne vlastnosti samotnej membrány, jej priepustnosť pre každú konkrétnu látku.
Vzhľadom na to, že dvojvrstvu membrány tvoria uhľovodíkové radikály fosfolipidov s hydrofóbnymi vlastnosťami, ľahko cez ňu difundujú látky hydrofóbneho charakteru. Týka sa to najmä látok, ktoré sa ľahko rozpúšťajú v lipidoch, ako sú hormóny štítnej žľazy a steroidné hormóny, ako aj niektoré omamné látky.
Minerálne ióny a látky s nízkou molekulovou hmotnosťou, ktoré sú svojou povahou hydrofilné, difundujú cez pasívne membránové iónové kanály, ktoré sa tvoria z molekúl proteínu tvoriacich kanál, a niekedy cez defekty membránového balenia molekúl fosfolipidov, ktoré vznikajú v bunkovej membráne ako v dôsledku tepelných výkyvov.
Pasívny transport cez membránu je veľmi zaujímavý proces. Ak sú podmienky normálne, potom významné množstvá látky môžu preniknúť cez dvojvrstvovú membránu iba vtedy, ak sú nepolárne a majú malú veľkosť. V opačnom prípade dochádza k prenosu prostredníctvom nosných proteínov. Podobné procesy zahŕňajúcenosný proteín sa nenazýva difúzia, ale transport látky cez membránu.
Uľahčená difúzia
Uľahčená difúzia, podobne ako jednoduchá difúzia, prebieha pozdĺž koncentračného gradientu látky. Hlavný rozdiel je v tom, že na procese prenosu látky sa zúčastňuje špeciálna molekula proteínu, nazývaná nosič.
Facilitovaná difúzia je typ pasívneho prenosu molekúl látky cez biomembrány, ktorý sa uskutočňuje pozdĺž koncentračného gradientu pomocou nosiča.
Prenos proteínových stavov
Nosný proteín môže byť v dvoch konformačných stavoch. Napríklad v stave A môže mať tento proteín afinitu k látke, ktorú nesie, jeho väzbové miesta pre látku sú otočené dovnútra, vďaka čomu sa vytvorí pór, ktorý je otvorený na jednu stranu membrány.
Po naviazaní proteínu na prenášanú látku sa mení jej konformácia a prechádza do stavu B. Touto premenou stráca nosič svoju afinitu k látke. Zo spojenia s nosičom sa uvoľní a presunie sa do póru už na druhej strane membrány. Po prenose látky nosičový proteín opäť zmení svoju konformáciu a vráti sa do stavu A. Tento transport látky cez membránu sa nazýva uniport.
Uľahčená difúzna rýchlosť
Látky s nízkou molekulovou hmotnosťou, ako je glukóza, môžu byť transportovanémembrána prostredníctvom uľahčenej difúzie. K takémuto transportu môže dôjsť z krvi do mozgu, do buniek z intersticiálnych priestorov. Rýchlosť prenosu hmoty pri tomto type difúzie môže dosiahnuť až 108 častíc kanálom za jednu sekundu.
Ako už vieme, rýchlosť aktívneho a pasívneho transportu látok pri jednoduchej difúzii je úmerná rozdielu v koncentráciách látky na oboch stranách membrány. V prípade uľahčenej difúzie sa táto rýchlosť zvyšuje úmerne so zvyšujúcim sa rozdielom koncentrácie látky až po určitú maximálnu hodnotu. Nad túto hodnotu sa rýchlosť nezvyšuje, aj keď sa rozdiel v koncentráciách z rôznych strán membrány naďalej zväčšuje. Dosiahnutie takého bodu maximálnej rýchlosti v procese uľahčenej difúzie možno vysvetliť skutočnosťou, že maximálna rýchlosť znamená zapojenie všetkých dostupných nosných proteínov do procesu prenosu.
Aký ďalší koncept zahŕňa aktívny a pasívny transport cez membrány?
Rozširovanie výmeny
Tento typ transportu molekúl látok cez bunkovú membránu sa vyznačuje tým, že na výmene sa podieľajú molekuly tej istej látky, ktoré sa nachádzajú na rôznych stranách biologickej membrány. Treba si uvedomiť, že pri takomto transporte látok sa koncentrácia molekúl na oboch stranách membrány vôbec nemení.
Typ šírenia výmeny
Jednou z odrôd výmennej difúzie je výmena, v ktorejmolekula jednej látky sa vymení za dve alebo viac molekúl inej látky. Napríklad jedným zo spôsobov, ako sa kladné ióny vápnika odstraňujú z buniek hladkého svalstva priedušiek a ciev z kontraktilných myocytov srdca, je ich výmena za ióny sodíka umiestnené mimo bunky. Jeden ión sodíka sa v tomto prípade vymení za tri ióny vápnika. Dochádza teda k pohybu sodíka a vápnika cez membránu, ktorý je vzájomne závislý. Tento typ pasívneho transportu cez bunkovú membránu sa nazýva antiport. Práve týmto spôsobom sa bunka dokáže zbaviť iónov vápnika, ktoré sú prítomné v nadbytku. Tento proces je nevyhnutný na uvoľnenie hladkých myocytov a kardiomyocytov.
Tento článok skúmal aktívny a pasívny transport látok cez membránu.
