Cos'è il trasporto passivo? Il movimento transmembrana di vari composti macromolecolari, componenti cellulari, particelle supramolecolari che non sono in grado di penetrare attraverso i canali nella membrana, viene effettuato attraverso meccanismi speciali, ad esempio mediante fagocitosi, pinocitosi, esocitosi, trasferimento attraverso lo spazio intercellulare. Cioè, il movimento di sostanze attraverso la membrana può avvenire utilizzando vari meccanismi, che sono suddivisi in base ai segni della partecipazione di vettori specifici in essi, nonché al consumo di energia. Gli scienziati dividono il trasporto di sostanze in attivo e passivo.
Modalità di trasporto principali
Il trasporto passivo è il trasferimento di una sostanza attraverso una membrana biologica lungo un gradiente (osmotico, di concentrazione, idrodinamico e altro), che non richiede consumo di energia.
Il trasporto attivo è il trasferimento di una sostanza attraverso una membrana biologica contro un gradiente. in cuisi consuma energia. Circa il 30 - 40% dell'energia che si forma a seguito delle reazioni metaboliche nel corpo umano viene spesa per l'implementazione del trasporto attivo di sostanze. Se consideriamo il funzionamento dei reni umani, circa il 70 - 80% dell'ossigeno consumato viene speso per il trasporto attivo.
Trasporto passivo di sostanze
comporta il trasferimento di varie sostanze attraverso membrane biologiche lungo una varietà di gradienti. Questi gradienti possono essere:
- gradiente potenziale elettrochimico;
- gradiente di concentrazione della sostanza;
- gradiente del campo elettrico;
- gradiente di pressione osmotica e altri.
Il processo di implementazione del trasporto passivo non richiede alcun consumo di energia. Può avvenire per diffusione facilitata e semplice. Come sappiamo, la diffusione è un movimento caotico di molecole di una sostanza in una varietà di mezzi, dovuto all'energia delle vibrazioni termiche di una sostanza.
Se una particella di una sostanza è elettricamente neutra, la direzione in cui avverrà la diffusione è determinata dalla differenza nella concentrazione delle sostanze contenute nel mezzo che sono separate dalla membrana. Ad esempio, tra i compartimenti della cella, all'interno della cella e all'esterno di essa. Se le particelle di una sostanza, i suoi ioni hanno una carica elettrica, la diffusione dipenderà non solo dalla differenza di concentrazione, ma anche dall'entità della carica della sostanza data, dalla presenza e dai segni di carica su entrambi i lati della membrana. L'entità del gradiente elettrochimicoè determinato dalla somma algebrica dei gradienti elettrici e di concentrazione attraverso la membrana.
Cosa fornisce il trasporto attraverso la membrana?
Il trasporto passivo di membrana è possibile a causa della presenza di gradienti di concentrazione della sostanza, pressione osmotica che si forma tra i diversi lati della membrana cellulare o carica elettrica. Ad esempio, il livello medio di ioni Na+ contenuti nel plasma sanguigno è di circa 140 mM/l e il suo contenuto negli eritrociti è circa 12 volte superiore. Tale gradiente, espresso come differenza di concentrazione, è in grado di creare una forza motrice che assicura il trasferimento di molecole di sodio ai globuli rossi dal plasma sanguigno.
Va notato che la velocità di tale transizione è molto bassa a causa del fatto che la membrana cellulare è caratterizzata da una bassa permeabilità agli ioni di questa sostanza. Questa membrana ha una permeabilità molto maggiore rispetto agli ioni potassio. L'energia del metabolismo cellulare non viene utilizzata per completare il processo di semplice diffusione.
Velocità di diffusione
Il trasporto attivo e passivo di sostanze attraverso la membrana è caratterizzato dalla velocità di diffusione. Può essere descritto usando l'equazione di Fick: dm/dt=-kSΔC/x.
In questo caso, dm/dt è la quantità di sostanza che diffonde in un'unità di tempo, e k è il coefficiente del processo di diffusione, che caratterizza la permeabilità della biomembrana alla sostanza diffondente. S è uguale all'area su cui si verifica la diffusione e ΔC esprime la differenzaconcentrazione di sostanze dai diversi lati della membrana biologica, mentre x caratterizza la distanza tra i punti di diffusione.
Ovviamente, quelle sostanze che si diffondono simultaneamente lungo i gradienti di concentrazione e di campi elettrici si muoveranno più facilmente attraverso la membrana. Una condizione importante per la diffusione di una sostanza attraverso una membrana sono le proprietà fisiche della membrana stessa, la sua permeabilità per ciascuna sostanza specifica.
A causa del fatto che il doppio strato della membrana è formato da radicali idrocarburici di fosfolipidi con proprietà idrofobiche, sostanze di natura idrofoba si diffondono facilmente attraverso di essa. In particolare, questo vale per le sostanze che si dissolvono facilmente nei lipidi, come gli ormoni tiroidei e steroidei, nonché per alcune sostanze narcotiche.
Gli ioni minerali e le sostanze a basso peso molecolare che sono di natura idrofila si diffondono attraverso i canali ionici della membrana passiva, che sono formati da molecole proteiche che formano canali, e talvolta attraverso difetti di impaccamento della membrana delle molecole fosfolipidiche che sorgono nella membrana cellulare come a causa della fluttuazione termica.
Il trasporto passivo attraverso la membrana è un processo molto interessante. Se le condizioni sono normali, quantità significative di una sostanza possono penetrare nella membrana a doppio strato solo se non sono polari e hanno dimensioni ridotte. In caso contrario, il trasferimento avviene attraverso proteine di trasporto. Processi simili che coinvolgonoproteina vettore non è chiamata diffusione, ma trasporto di una sostanza attraverso la membrana.
Diffusione facilitata
La diffusione facilitata, come la diffusione semplice, avviene lungo il gradiente di concentrazione di una sostanza. La differenza principale è che una speciale molecola proteica, chiamata vettore, prende parte al processo di trasferimento della sostanza.
La diffusione facilitata è un tipo di trasferimento passivo di molecole di una sostanza attraverso biomembrane, effettuato lungo un gradiente di concentrazione utilizzando un vettore.
Trasferisci gli stati proteici
La proteina vettore può trovarsi in due stati conformazionali. Ad esempio, nello stato A, questa proteina può avere un'affinità per la sostanza che trasporta, i suoi siti di legame per la sostanza sono rivolti verso l'interno, per cui si forma un poro che è aperto su un lato della membrana.
Dopo che la proteina si è legata alla sostanza trasferita, la sua conformazione cambia e passa allo stato B. Con questa trasformazione, il vettore perde la sua affinità per la sostanza. Dalla connessione con il vettore, viene rilasciato e si sposta nel poro già dall' altro lato della membrana. Dopo che la sostanza è stata trasferita, la proteina vettore cambia nuovamente la sua conformazione, tornando allo stato A. Questo trasporto della sostanza attraverso la membrana è chiamato uniport.
Velocità di diffusione facilitata
Sostanze di piccolo peso molecolare come il glucosio possono essere trasportate attraversomembrana per diffusione facilitata. Tale trasporto può avvenire dal sangue al cervello, alle cellule dagli spazi interstiziali. La velocità di trasferimento della materia con questo tipo di diffusione può raggiungere fino a 108 particelle attraverso il canale in un secondo.
Come già sappiamo, la velocità di trasporto attivo e passivo di sostanze in diffusione semplice è proporzionale alla differenza nelle concentrazioni della sostanza su entrambi i lati della membrana. Nel caso di diffusione facilitata, tale velocità aumenta proporzionalmente alla differenza crescente della concentrazione della sostanza fino ad un certo valore massimo. Al di sopra di questo valore, la velocità non aumenta, anche se la differenza di concentrazione dai diversi lati della membrana continua ad aumentare. Il raggiungimento di tale punto di velocità massima nel processo di diffusione facilitata può essere spiegato dal fatto che la velocità massima implica il coinvolgimento di tutte le proteine carrier disponibili nel processo di trasferimento.
Quale altro concetto include il trasporto attivo e passivo attraverso le membrane?
Diffusione dello scambio
Questo tipo di trasporto di molecole di sostanza attraverso la membrana cellulare è caratterizzato dal fatto che allo scambio partecipano molecole della stessa sostanza che si trovano su lati diversi della membrana biologica. Va notato che con tale trasporto di sostanze, la concentrazione di molecole su entrambi i lati della membrana non cambia affatto.
Un tipo di diffusione dello scambio
Una delle varietà di diffusione dello scambio è uno scambio in cuiuna molecola di una sostanza viene scambiata con due o più molecole di un' altra sostanza. Ad esempio, uno dei modi in cui gli ioni calcio positivi vengono rimossi dalle cellule muscolari lisce dei bronchi e dai vasi sanguigni dai miociti contrattili del cuore è il loro scambio con gli ioni sodio situati all'esterno della cellula. Uno ione sodio in questo caso viene scambiato con tre ioni calcio. Quindi, c'è un movimento di sodio e calcio attraverso la membrana, che è interdipendente. Questo tipo di trasporto passivo attraverso la membrana cellulare è chiamato antiporto. È in questo modo che la cellula è in grado di liberarsi degli ioni calcio, che sono presenti in eccesso. Questo processo è necessario per il rilassamento dei miociti e dei cardiomiociti lisci.
Questo articolo ha esaminato il trasporto attivo e passivo di sostanze attraverso la membrana.
