7 lutego, 2021
Transport aktywny, transport bierny. Antyport, uniport, symport.
Transport substancji przez membrany biologiczne warunkuje życie i funkcjonowania komórek. Półprzepuszczalność błony, czyli jej zdolność do transportu pewnych cząsteczek przy jednoczesnym zatrzymywaniu innych, stwarza możliwość selekcji związków, które opuszczają komórkę oraz tych, które pretendują do wniknięcia do jej wnętrza.
Aby zrozumieć odpowiadające za to mechanizmy, należy przede wszystkim wiedzieć, w jaki sposób zbudowana jest błona komórkowa i znać elementy, składające się na jej strukturę.
Błona komórkowa jest złożona głównie z fosfolipidów – cząsteczek o charakterze amfipatycznym. Najłatwiej wytłumaczyć to przyjmując, że składają się one z dwóch komponentów znacząco różniących się polarnością – hydrofilowych głów i hydrofobowych ogonów. Głowy – jako że są „wodolubne”- ustawiają się tak, by sąsiadować ze środowiskiem wodnym, czyli wnętrzem komórki lub jej otoczeniem. „Tłuszczolubne” ogony pozostają tym samym odizolowane od środowiska, do którego nie wykazują powinowactwa i zostają zamknięte pomiędzy dwiema warstwami zbudowanymi z silnie polarnych głów. Układ ten określa się pojęciem dwuwarstwy lipidowej.
Tylko nieliczne molekuły mogą swobodnie migrować przez błony. Zjawisko takie nazywa się transportem biernym – nie wymaga on bowiem od komórki żadnych nakładów energetycznych; odbywa się stale i samoistnie, zgodnie z gradientem (różnicą) stężeń, na drodze dyfuzji prostej i osmozy. Rodzajem transportu biernego jest także tzw. dyfuzja ułatwiona.
Dyfuzja prosta polega na przenikaniu substancji ze środowiska, w którym jest jej więcej, do środowiska o niższym stężeniu w celu ich wyrównania; w ten sposób transportowane są małe cząsteczki o neutralnym ładunku elektrycznym – np. tlen i dwutlenek węgla.
Osmoza to zjawisko przenikania wody przez błonę oddzielającą roztwory o różnych stężeniach, prowadzące do ich wyrównania. Innymi słowy woda migruje przez błonę w celu rozcieńczenia bardziej stężonego roztworu.
Pojęcie osmozy jest ściśle związane ze zjawiskiem plazmolizy – na skutek umieszczenia komórki w roztworze hipertonicznym (o wyższym stężeniu) następuje odpływ wody z jej wnętrza. Komórka traci turgor, a protoplast zaczyna odstawać od sztywnej ściany komórkowej. Plazmolizę można odwrócić poprzez zmianę środowiska na hipotoniczne, w wyniku czego cząsteczki wody zgodnie z gradientem stężeń ponownie napływają do komórki.
Dyfuzja ułatwiona opiera się na transporcie hydrofilowych, większych cząsteczek za pośrednictwem odpowiednich transporterów bądź kanałów występujących w błonie (należy zaznaczyć, że transport ten wciąż zgodny jest z gradientem stężeń); za pośrednictwem dyfuzji ułatwionej do komórki może się dostawać np. glukoza i jony wapnia.
W przypadku transportu glukozy jej cząsteczka łączy się po jednej stronie błony z białkiem przenośnikowym zmieniając jego konformację; następnie może dzięki temu zostać uwolniona (odłączona) po drugiej stronie błony.
Ca2+(i inne jony) przedostają się na drugą stronę membrany za pośrednictwem selektywnych kanałów jonowych, które służą transportowi konkretnych jonów i otwierają się tylko, gdy istnieje taka potrzeba.
Nie wszystkie substancje mogą się jednak przemieszczać zgodnie z gradientem stężeń. Zakładając, że wewnątrz komórki panuje stężenie danej substancji wyższe niż w jej otoczeniu, ale zapotrzebowanie na dany składnik wciąż nie zostało zaspokojone, znajdziemy się w sytuacji, gdy transport zgodny z gradientem stężeń stanie się niemożliwy. W takim przypadku komórka zaprzęga do pracy mechanizmy związane z transportem aktywnym – czyli takim, który wymaga dostarczenia energii w celu wykonania pewnej pracy, aby niejako “zmusić” cząsteczki do migracji.
Kluczowa dla tego procesu jest obecność w błonie tzw. pomp jonowych, które wykorzystując energię pochodzącą z hydrolizy cząsteczek ATP, umożliwiają transport aktywny. Najlepiej poznanym i opisanym mechanizmem tego typu jest pompa sodowo – potasowa. Jej działanie zapewnia utrzymanie różnicy stężeń jonów sodowych (na zewnątrz) i potasowych (wewnątrz membrany), co jest niezbędne do zaistnienia potencjału błonowego.
Transport aktywny rozróżnia się ponadto na trzy typy, za kryterium uznając ilość i kierunek przepływu cząsteczek:
Makrocząsteczki z uwagi na swoje wymiary nie mogą zostać przetransportowane w wyniku żadnego z powyższych mechanizmów. Służą temu inne procesy, do przeprowadzenia których niezbędna jest obecność błony komórkowej.
Endocytoza polega na wchłanianiu makrocząsteczek ze środowiska do wnętrza komórki wraz z fragmentem membrany. Dzieje się tak, ponieważ nie są one w stanie samodzielnie przeniknąć przez błonę. W wyniku tego formują się tzw. pęcherzyki endocytarne, we wnętrzu których podróżują wchłaniane cząstki.
Endocytoza obejmuje dwa procesy:
Egzocytozą nazywa się natomiast proces, w którym obłonione pęcherzyki, zawierające najczęściej produkty syntezy zachodzącej na siateczce śródplazmatycznej, niejednokrotnie poddanych także modyfikacji przez aparat Golgiego, ulegają „zlaniu się” z błoną komórkową, w wyniku czego zostają wydzielone z wnętrza komórki do przestrzeni międzykomórkowej.
Transport substancji przez błonę komórkową jest tematem dosyć obszernym i zróżnicowanym – tak samo, jak zróżnicowana bywa budowa cząsteczek które mu podlegają. Niektóre z mechanizmów umożliwiających migrację molekuł opierają się na najbardziej podstawowych prawach fizyki jak dyfuzja czy osmoza; inne bywają wieloetapowe i wymagają od komórki wytworzenia specjalistycznych struktur. Warto jednak pamiętać, że każdy z nich jest niezbędny do poprawnego i wydajnego funkcjonowania nie tylko komórek, ale także tkanek, narządów i całych organizmów.
8 0 komentarze