Was ist passiver Transport? Die Transmembranbewegung verschiedener makromolekularer Verbindungen, Zellkomponenten, supramolekularer Partikel, die nicht durch die Kanäle in der Membran eindringen können, erfolgt durch spezielle Mechanismen, beispielsweise durch Phagozytose, Pinozytose, Exozytose, Übertragung durch den Interzellularraum. Das heißt, die Bewegung von Substanzen durch die Membran kann unter Verwendung verschiedener Mechanismen erfolgen, die nach den Anzeichen der Beteiligung bestimmter Träger an ihnen sowie nach dem Energieverbrauch unterteilt sind. Wissenschaftler teilen den Stofftransport in aktiv und passiv ein.
Hauptverkehrsmittel
Passiver Transport ist der Transport einer Substanz durch eine biologische Membran entlang eines Gradienten (osmotisch, Konzentration, hydrodynamisch und andere), der keinen Energieverbrauch erfordert.
Aktiver Transport ist der Transfer einer Substanz durch eine biologische Membran gegen einen Gradienten. DabeiEnergie verbraucht wird. Etwa 30 - 40 % der Energie, die durch Stoffwechselreaktionen im menschlichen Körper gebildet wird, wird für die Durchführung des aktiven Stofftransports aufgewendet. Wenn wir die Funktion der menschlichen Nieren betrachten, dann werden etwa 70 - 80 % des verbrauchten Sauerstoffs für den aktiven Transport verbraucht.
Passiver Stofftransport
es beinh altet den Transfer verschiedener Substanzen durch biologische Membranen entlang einer Vielzahl von Gradienten. Diese Gradienten können sein:
- Elektrochemischer Potentialgradient;
- Stoffkonzentrationsgradient;
- elektrischer Feldgradient;
- osmotischer Druckgradient und andere.
Der Prozess der Umsetzung des passiven Transports erfordert keinen Energieverbrauch. Dies kann durch erleichterte und einfache Diffusion erfolgen. Wie wir wissen, ist Diffusion eine chaotische Bewegung von Molekülen einer Substanz in einer Vielzahl von Medien, die auf die Energie der thermischen Schwingungen einer Substanz zurückzuführen ist.
Wenn ein Teilchen eines Stoffes elektrisch neutral ist, wird die Diffusionsrichtung durch den Konzentrationsunterschied der in den durch die Membran getrennten Medien enth altenen Stoffe bestimmt. Beispielsweise zwischen Abteilen der Zelle, innerhalb der Zelle und außerhalb derselben. Wenn die Teilchen einer Substanz, ihre Ionen eine elektrische Ladung haben, hängt die Diffusion nicht nur von der Konzentrationsdifferenz ab, sondern auch von der Größe der Ladung der gegebenen Substanz, dem Vorhandensein und den Anzeichen von Ladung auf beiden Seiten der Membran. Die Größe des elektrochemischen Gradientenwird durch die algebraische Summe der elektrischen und Konzentrationsgradienten über die Membran bestimmt.
Was sorgt für den Transport durch die Membran?
Passiver Membrantransport ist möglich aufgrund des Vorhandenseins von Substanzkonzentrationsgradienten, osmotischem Druck, der zwischen verschiedenen Seiten der Zellmembran entsteht, oder elektrischer Ladung. Beispielsweise beträgt der durchschnittliche Geh alt an Na+-Ionen im Blutplasma etwa 140 mM/l, und sein Geh alt in Erythrozyten ist etwa 12-mal höher. Ein solcher Gradient, ausgedrückt als Konzentrationsunterschied, kann eine treibende Kraft erzeugen, die den Transfer von Natriummolekülen zu roten Blutkörperchen aus dem Blutplasma sicherstellt.
Es ist zu beachten, dass die Geschwindigkeit eines solchen Übergangs sehr gering ist, da die Zellmembran eine geringe Durchlässigkeit für die Ionen dieser Substanz aufweist. Diese Membran hat eine viel größere Permeabilität in Bezug auf Kaliumionen. Die Energie des Zellstoffwechsels wird nicht verwendet, um den Prozess der einfachen Diffusion zu vervollständigen.
Diffusionsrate
Aktiver und passiver Stofftransport durch die Membran wird durch die Diffusionsgeschwindigkeit charakterisiert. Sie lässt sich mit der Fick-Gleichung beschreiben: dm/dt=-kSΔC/x.
Dabei ist dm/dt die in einer Zeiteinheit diffundierende Stoffmenge und k der Koeffizient des Diffusionsprozesses, der die Durchlässigkeit der Biomembran für den diffundierenden Stoff charakterisiert. S ist gleich der Fläche, über die Diffusion auftritt, und ΔC drückt die Differenz ausKonzentration von Stoffen von verschiedenen Seiten der biologischen Membran, wobei x den Abstand zwischen den Diffusionspunkten charakterisiert.
Offensichtlich bewegen sich die Substanzen, die gleichzeitig entlang der Gradienten von Konzentrationen und elektrischen Feldern diffundieren, am leichtesten durch die Membran. Eine wichtige Bedingung für die Diffusion eines Stoffes durch eine Membran sind die physikalischen Eigenschaften der Membran selbst, ihre Durchlässigkeit für jeden spezifischen Stoff.
Aufgrund der Tatsache, dass die Doppelschicht der Membran aus Kohlenwasserstoffresten von Phospholipiden mit hydrophoben Eigenschaften besteht, diffundieren Substanzen mit hydrophober Natur leicht durch sie hindurch. Dies gilt insbesondere für leicht fettlösliche Stoffe wie Schilddrüsen- und Steroidhormone sowie einige Betäubungsmittel.
Mineralionen und niedermolekulare Substanzen, die von Natur aus hydrophil sind, diffundieren durch passive Membranionenkanäle, die aus kanalbildenden Proteinmolekülen gebildet werden, und manchmal durch Membranpackungsdefekte von Phospholipidmolekülen, die in der Zellmembran als entstehen ein Ergebnis thermischer Schwankungen.
Passiver Transport durch die Membran ist ein sehr interessanter Prozess. Unter normalen Bedingungen können erhebliche Mengen einer Substanz die Doppelschichtmembran nur dann durchdringen, wenn sie unpolar und klein sind. Ansonsten erfolgt die Übertragung durch Trägerproteine. Ähnliche Prozesse mitTrägerprotein nennt man nicht Diffusion, sondern den Transport eines Stoffes durch die Membran.
Erleichterte Verbreitung
Erleichterte Diffusion findet wie einfache Diffusion entlang des Konzentrationsgradienten einer Substanz statt. Der Hauptunterschied besteht darin, dass ein spezielles Proteinmolekül, das als Träger bezeichnet wird, am Prozess des Stofftransfers beteiligt ist.
Erleichterte Diffusion ist eine Art passive Übertragung von Molekülen einer Substanz durch Biomembranen, die entlang eines Konzentrationsgradienten unter Verwendung eines Trägers durchgeführt wird.
Proteinzustände übertragen
Das Trägerprotein kann in zwei Konformationszuständen vorliegen. Beispielsweise kann dieses Protein im Zustand A eine Affinität zu der Substanz haben, die es trägt, seine Bindungsstellen für die Substanz sind nach innen gedreht, wodurch eine Pore gebildet wird, die zu einer Seite der Membran offen ist.
Nachdem das Protein an die übertragene Substanz gebunden hat, ändert sich seine Konformation und es geht in den Zustand B über. Bei dieser Umwandlung verliert der Träger seine Affinität zur Substanz. Aus der Verbindung mit dem Träger wird es gelöst und wandert zur Pore bereits auf der anderen Seite der Membran. Nachdem die Substanz übertragen wurde, ändert das Trägerprotein erneut seine Konformation und kehrt in den Zustand A zurück. Dieser Transport der Substanz durch die Membran wird als Uniport bezeichnet.
Erleichterte Diffusionsgeschwindigkeit
Substanzen mit kleinem Molekulargewicht wie Glukose können durchtransportiert werdenMembran durch erleichterte Diffusion. Ein solcher Transport kann vom Blut zum Gehirn zu Zellen aus den Zwischenräumen erfolgen. Die Materialübertragungsrate bei dieser Art der Diffusion kann bis zu 108 Partikel durch den Kanal in einer Sekunde erreichen.
Wie wir bereits wissen, ist die Geschwindigkeit des aktiven und passiven Transports von Substanzen bei der einfachen Diffusion proportional zum Konzentrationsunterschied der Substanz auf beiden Seiten der Membran. Bei erleichterter Diffusion steigt diese Rate proportional zur zunehmenden Konzentrationsdifferenz des Stoffes bis zu einem bestimmten Maximalwert. Oberhalb dieses Wertes steigt die Geschwindigkeit nicht an, obwohl der Konzentrationsunterschied von verschiedenen Seiten der Membran weiter zunimmt. Das Erreichen eines solchen maximalen Geschwindigkeitspunkts im Prozess der erleichterten Diffusion kann durch die Tatsache erklärt werden, dass die maximale Geschwindigkeit die Beteiligung aller verfügbaren Trägerproteine am Transferprozess impliziert.
Welches andere Konzept umfasst der aktive und passive Transport durch Membranen?
Austauschverbreitung
Diese Art des Transports von Stoffmolekülen durch die Zellmembran ist dadurch gekennzeichnet, dass am Austausch Moleküle desselben Stoffes teilnehmen, die sich auf verschiedenen Seiten der biologischen Membran befinden. Es ist zu beachten, dass sich bei einem solchen Stofftransport die Konzentration der Moleküle auf beiden Seiten der Membran überhaupt nicht ändert.
Eine Art Austauschdiffusion
Eine der Varianten der Austauschdiffusion ist ein Austausch, bei demein Molekül einer Substanz wird gegen zwei oder mehr Moleküle einer anderen Substanz ausgetauscht. Beispielsweise ist einer der Wege, auf dem positive Calciumionen aus den glatten Muskelzellen der Bronchien und Gefäße aus den kontraktilen Myozyten des Herzens entfernt werden, ihr Austausch gegen außerhalb der Zelle befindliche Natriumionen. Dabei wird ein Natriumion gegen drei Calciumionen ausgetauscht. Somit gibt es eine Bewegung von Natrium und Calcium durch die Membran, die voneinander abhängig ist. Diese Art des passiven Transports durch die Zellmembran wird als Antiport bezeichnet. Auf diese Weise ist die Zelle in der Lage, die im Überschuss vorhandenen Calciumionen loszuwerden. Dieser Prozess ist notwendig, damit sich glatte Myozyten und Kardiomyozyten entspannen können.
Dieser Artikel untersuchte den aktiven und passiven Stofftransport durch die Membran.
