Što je pasivni transport? Transmembransko kretanje različitih makromolekularnih spojeva, staničnih komponenti, supramolekularnih čestica koje nisu u stanju prodrijeti kroz kanale u membrani, provodi se posebnim mehanizmima, na primjer, fagocitozom, pinocitozom, egzocitozom, prijenosom kroz međustanični prostor. Odnosno, kretanje tvari kroz membranu može se dogoditi pomoću različitih mehanizama, koji su podijeljeni prema znakovima sudjelovanja specifičnih nositelja u njima, kao i potrošnji energije. Znanstvenici dijele transport tvari na aktivni i pasivni.
Glavni načini prijevoza
Pasivni transport je prijenos tvari kroz biološku membranu duž gradijenta (osmotski, koncentracijski, hidrodinamički i drugi), koji ne zahtijeva potrošnju energije.
Aktivni transport je prijenos tvari preko biološke membrane protiv gradijenta. Pri čemuenergija se troši. Otprilike 30 - 40% energije koja nastaje kao rezultat metaboličkih reakcija u ljudskom tijelu troši se na provedbu aktivnog transporta tvari. Ako uzmemo u obzir funkcioniranje ljudskih bubrega, tada se oko 70 - 80% potrošenog kisika troši na aktivni transport.
Pasivni transport tvari
uključuje prijenos različitih tvari kroz biološke membrane duž raznih gradijenta. Ovi gradijenti mogu biti:
- elektrokemijski gradijent potencijala;
- gradijent koncentracije tvari;
- gradijent električnog polja;
- gradijent osmotskog tlaka i ostalo.
Proces implementacije pasivnog transporta ne zahtijeva nikakvu potrošnju energije. Može nastati olakšanom i jednostavnom difuzijom. Kao što znamo, difuzija je kaotično kretanje molekula tvari u različitim medijima, što je posljedica energije toplinskih vibracija tvari.
Ako je čestica tvari električni neutralna, tada je smjer u kojem će doći do difuzije određen razlikom u koncentraciji tvari sadržanih u mediju koji je odvojen membranom. Na primjer, između odjeljaka ćelije, unutar ćelije i izvan nje. Ako čestice tvari, njezini ioni imaju električni naboj, tada će difuzija ovisiti ne samo o razlici koncentracije, već i o veličini naboja dane tvari, prisutnosti i znakovima naboja s obje strane membrane.. Veličina elektrokemijskog gradijentaodređen je algebarskim zbrojem električnih i koncentracijskih gradijenta preko membrane.
Što osigurava transport kroz membranu?
Pasivni membranski transport moguć je zbog prisutnosti gradijenata koncentracije tvari, osmotskog tlaka koji nastaje između različitih strana stanične membrane ili električnog naboja. Na primjer, prosječna razina Na+ iona sadržanih u krvnoj plazmi je oko 140 mM/l, a njegov sadržaj u eritrocitima je oko 12 puta veći. Takav gradijent, izražen kao razlika u koncentraciji, može stvoriti pokretačku silu koja osigurava prijenos molekula natrija do crvenih krvnih stanica iz krvne plazme.
Treba napomenuti da je brzina takvog prijelaza vrlo niska zbog činjenice da staničnu membranu karakterizira niska propusnost za ione ove tvari. Ova membrana ima mnogo veću propusnost u odnosu na kalijeve ione. Energija staničnog metabolizma ne koristi se za završetak procesa jednostavne difuzije.
Brzina difuzije
Aktivni i pasivni transport tvari kroz membranu karakterizira brzina difuzije. Može se opisati pomoću Fickove jednadžbe: dm/dt=-kSΔC/x.
U ovom slučaju, dm/dt je količina tvari koja difundira u jednoj jedinici vremena, a k je koeficijent procesa difuzije, koji karakterizira propusnost biomembrane za difuznu tvar. S je jednaka površini na kojoj se javlja difuzija, a ΔC izražava razlikukoncentracija tvari s različitih strana biološke membrane, dok x karakterizira udaljenost između točaka difuzije.
Očito će se kroz membranu najlakše kretati one tvari koje istovremeno difundiraju duž gradijenata koncentracija i električnih polja. Važan uvjet za difuziju tvari kroz membranu su fizička svojstva same membrane, njezina propusnost za svaku specifičnu tvar.
Zbog činjenice da dvosloj membrane čine ugljikovodični radikali fosfolipida s hidrofobnim svojstvima, tvari hidrofobne prirode lako difundiraju kroz njega. To se posebno odnosi na tvari koje se lako otapaju u lipidima, kao što su hormoni štitnjače i steroidni hormoni, kao i neke narkotičke tvari.
Mineralni ioni i tvari male molekularne težine koje su hidrofilne prirode difundiraju kroz pasivne membranske ionske kanale, koji nastaju od proteinskih molekula koje formiraju kanale, a ponekad i kroz defekte membranskog pakiranja molekula fosfolipida koji nastaju u staničnoj membrani kao rezultat toplinskih fluktuacija.
Pasivni transport kroz membranu vrlo je zanimljiv proces. Ako su uvjeti normalni, tada značajne količine tvari mogu prodrijeti u dvoslojnu membranu samo ako su nepolarne i male veličine. Inače, prijenos se događa preko proteina nosača. Slični procesi koji uključujuprotein nosač se ne naziva difuzijom, već transportom tvari kroz membranu.
Olakšana difuzija
Olakšana difuzija, poput jednostavne difuzije, događa se duž gradijenta koncentracije tvari. Glavna razlika je u tome što posebna proteinska molekula, nazvana nosač, sudjeluje u procesu prijenosa tvari.
Olakšana difuzija je vrsta pasivnog prijenosa molekula tvari kroz biomembrane, koji se provodi duž gradijenta koncentracije pomoću nosača.
Prijenos proteinskih stanja
Protein nosač može biti u dva konformacijska stanja. Na primjer, u stanju A, ovaj protein može imati afinitet prema tvari koju nosi, njegova mjesta vezanja za tvar su okrenuta prema unutra, zbog čega se formira pora koja je otvorena s jedne strane membrane.
Nakon što se protein veže na prenesenu tvar, njegova se konformacija mijenja i prelazi u stanje B. Ovom transformacijom nositelj gubi afinitet za tvar. Iz veze s nosačem oslobađa se i kreće se u pore već na drugoj strani membrane. Nakon što je tvar prenesena, protein nosač ponovno mijenja svoju konformaciju, vraćajući se u stanje A. Ovaj transport tvari kroz membranu naziva se uniport.
Olakšana brzina difuzije
Tvari male molekularne težine poput glukoze mogu se transportiratimembrane kroz olakšanu difuziju. Takav transport može se dogoditi iz krvi u mozak, do stanica iz intersticijskih prostora. Brzina prijenosa tvari s ovom vrstom difuzije može doseći do 108 čestica kroz kanal u jednoj sekundi.
Kao što već znamo, brzina aktivnog i pasivnog transporta tvari u jednostavnoj difuziji proporcionalna je razlici u koncentracijama tvari na obje strane membrane. U slučaju olakšane difuzije, ova brzina raste proporcionalno rastućoj razlici u koncentraciji tvari do određene maksimalne vrijednosti. Iznad ove vrijednosti, brzina se ne povećava, iako se razlika u koncentracijama s različitih strana membrane nastavlja povećavati. Postizanje takve točke najveće brzine u procesu olakšane difuzije može se objasniti činjenicom da maksimalna brzina podrazumijeva uključenost svih dostupnih proteina nosača u proces prijenosa.
Koji drugi koncept uključuje aktivni i pasivni transport kroz membrane?
Difuzija razmjene
Ovu vrstu transporta molekula tvari kroz staničnu membranu karakterizira činjenica da u razmjeni sudjeluju molekule iste tvari koje se nalaze na različitim stranama biološke membrane. Treba napomenuti da se takvim transportom tvari koncentracija molekula s obje strane membrane uopće ne mijenja.
Vrsta difuzije razmjene
Jedna od varijanti razmjene difuzije je razmjena u kojojmolekula jedne tvari zamjenjuje se za dvije ili više molekula druge tvari. Na primjer, jedan od načina na koji se pozitivni ioni kalcija uklanjaju iz glatkih mišićnih stanica bronha i žila iz kontraktilnih miocita srca je njihova izmjena za natrijeve ione koji se nalaze izvan stanice. Jedan natrijev ion u ovom slučaju zamjenjuje se za tri iona kalcija. Dakle, dolazi do kretanja natrija i kalcija kroz membranu, što je međusobno ovisno. Ova vrsta pasivnog transporta kroz staničnu membranu naziva se antiport. Na taj se način stanica može riješiti kalcijevih iona kojih ima u višku. Ovaj proces je neophodan da bi se glatki miociti i kardiomiociti opustili.
Ovaj članak ispitao je aktivni i pasivni transport tvari kroz membranu.
