Kas ir pasīvais transports? Dažādu makromolekulāro savienojumu, šūnu komponentu, supramolekulāro daļiņu, kas nespēj iekļūt caur membrānas kanāliem, transmembrānas kustība tiek veikta, izmantojot īpašus mehānismus, piemēram, izmantojot fagocitozi, pinocitozi, eksocitozi, pārnesi caur starpšūnu telpu. Tas ir, vielu kustība caur membrānu var notikt, izmantojot dažādus mehānismus, kas tiek sadalīti pēc konkrētu nesēju līdzdalības pazīmēm tajos, kā arī enerģijas patēriņa. Zinātnieki vielu transportēšanu iedala aktīvajā un pasīvajā.
Galvenie transporta veidi
Pasīvā transportēšana ir vielas pārnešana caur bioloģisko membrānu pa gradientu (osmotiskais, koncentrācijas, hidrodinamiskais un citi), kam nav nepieciešams enerģijas patēriņš.
Aktīvā transportēšana ir vielas pārvietošana pa bioloģisko membrānu pret gradientu. Kurātiek patērēta enerģija. Apmēram 30 - 40% enerģijas, kas veidojas vielmaiņas reakciju rezultātā cilvēka organismā, tiek tērēta aktīvās vielu transportēšanas īstenošanai. Ja ņemam vērā cilvēka nieru darbību, tad apmēram 70 - 80% no patērētā skābekļa tiek tērēti aktīvajam transportam.
Pasīvā vielu transportēšana
tas ietver dažādu vielu pārvietošanu caur bioloģiskām membrānām pa dažādiem gradientiem. Šie gradienti var būt:
- elektroķīmiskā potenciāla gradients;
- vielas koncentrācijas gradients;
- elektriskā lauka gradients;
- osmotiskā spiediena gradients un citi.
Pasīvā transporta ieviešanas process neprasa nekādu enerģijas patēriņu. Tas var notikt ar atvieglotu un vienkāršu difūziju. Kā zināms, difūzija ir vielas molekulu haotiska kustība dažādās vidēs, kas rodas vielas termisko vibrāciju enerģijas dēļ.
Ja vielas daļiņa ir elektriski neitrāla, tad virzienu, kurā notiks difūzija, nosaka to vielu koncentrācijas starpība, kuras atrodas vidē, ko atdala membrāna. Piemēram, starp šūnas nodalījumiem, šūnas iekšpusē un ārpus tās. Ja vielas daļiņām, tās joniem ir elektriskais lādiņš, tad difūzija būs atkarīga ne tikai no koncentrācijas starpības, bet arī no dotās vielas lādiņa lieluma, lādiņa esamības un pazīmēm abās membrānas pusēs.. Elektroķīmiskā gradienta lielumsnosaka elektrisko un koncentrācijas gradientu algebriskā summa visā membrānā.
Kas nodrošina transportēšanu cauri membrānai?
Pasīvā membrānas transportēšana iespējama vielu koncentrācijas gradientu klātbūtnes, osmotiskā spiediena, kas rodas starp dažādām šūnas membrānas pusēm, vai elektriskā lādiņa dēļ. Piemēram, vidējais Na+ jonu līmenis asins plazmā ir aptuveni 140 mM/l, un tā saturs eritrocītos ir aptuveni 12 reizes lielāks. Šāds gradients, kas izteikts kā koncentrācijas atšķirība, spēj radīt dzinējspēku, kas nodrošina nātrija molekulu pārnešanu uz sarkanajām asins šūnām no asins plazmas.
Jāatzīmē, ka šādas pārejas ātrums ir ļoti zems, jo šūnu membrānai ir raksturīga zema šīs vielas jonu caurlaidība. Šai membrānai ir daudz lielāka caurlaidība attiecībā pret kālija joniem. Šūnu metabolisma enerģija netiek izmantota, lai pabeigtu vienkāršas difūzijas procesu.
Difūzijas ātrums
Aktīvo un pasīvo vielu transportēšanu caur membrānu raksturo difūzijas ātrums. To var aprakstīt, izmantojot Fick vienādojumu: dm/dt=-kSΔC/x.
Šajā gadījumā dm/dt ir vielas daudzums, kas izkliedējas vienā laika vienībā, un k ir difūzijas procesa koeficients, kas raksturo biomembrānas caurlaidību difundējošajai vielai. S ir vienāds ar laukumu, kurā notiek difūzija, un ΔC izsaka atšķirībuvielu koncentrācija no dažādām bioloģiskās membrānas pusēm, savukārt x raksturo attālumu starp difūzijas punktiem.
Acīmredzot tās vielas, kas vienlaikus izkliedējas pa koncentrāciju gradientiem un elektriskajiem laukiem, visvieglāk pārvietosies cauri membrānai. Svarīgs nosacījums vielas difūzijai caur membrānu ir pašas membrānas fizikālās īpašības, tās caurlaidība katrai konkrētai vielai.
Sakarā ar to, ka membrānas divslāni veido fosfolipīdu ogļūdeņražu radikāļi ar hidrofobām īpašībām, caur to viegli izkliedējas hidrofoba rakstura vielas. Jo īpaši tas attiecas uz vielām, kas viegli šķīst lipīdos, piemēram, vairogdziedzera un steroīdu hormonus, kā arī uz dažām narkotiskām vielām.
Minerāljoni un zemas molekulmasas vielas, kas pēc būtības ir hidrofilas, izkliedējas caur pasīvajiem membrānas jonu kanāliem, kas veidojas no kanālu veidojošām proteīnu molekulām, un dažreiz caur fosfolipīdu molekulu membrānas blīvēšanas defektiem, kas rodas šūnu membrānā kā termisko svārstību rezultāts.
Pasīvā transportēšana cauri membrānai ir ļoti interesants process. Ja apstākļi ir normāli, tad ievērojams daudzums vielas var iekļūt divslāņu membrānā tikai tad, ja tie nav polāri un tiem ir mazs izmērs. Pretējā gadījumā pārnešana notiek caur nesējproteīniem. Līdzīgi procesi, kas ietvernesējproteīnu sauc nevis par difūziju, bet gan par vielas transportēšanu caur membrānu.
Atvieglota difūzija
Atvieglota difūzija, tāpat kā vienkārša difūzija, notiek pa vielas koncentrācijas gradientu. Galvenā atšķirība ir tāda, ka vielas pārneses procesā piedalās īpaša proteīna molekula, ko sauc par nesēju.
Atvieglotā difūzija ir vielas molekulu pasīvas pārvietošanas veids caur biomembrānu, ko veic pa koncentrācijas gradientu, izmantojot nesēju.
Pārnes proteīnu stāvokļus
Nesējproteīns var būt divos konformācijas stāvokļos. Piemēram, stāvoklī A šim proteīnam var būt afinitāte pret vielu, ko tas pārnēsā, tā saistīšanās vietas ar vielu ir pagrieztas uz iekšu, kā rezultātā veidojas poras, kas ir atvērtas vienai membrānas pusei.
Pēc tam, kad olb altumviela ir saistījusies ar pārnesto vielu, tā konformācija mainās un pāriet stāvoklī B. Ar šo transformāciju nesējs zaudē savu afinitāti pret vielu. No savienojuma ar nesēju tas tiek atbrīvots un virzās uz poru jau membrānas otrā pusē. Pēc vielas pārnešanas nesējproteīns atkal maina savu konformāciju, atgriežoties stāvoklī A. Šo vielas transportēšanu cauri membrānai sauc par vienvirzienu.
Atvieglota difūzijas ātrums
Caur var transportēt mazas molekulmasas vielas, piemēram, glikozimembrāna caur atvieglotu difūziju. Šāds transports var notikt no asinīm uz smadzenēm, uz šūnām no intersticiālajām telpām. Vielas pārneses ātrums ar šāda veida difūziju var sasniegt līdz 108 daļiņām caur kanālu vienā sekundē.
Kā mēs jau zinām, vielu aktīvās un pasīvās transportēšanas ātrums vienkāršā difūzijā ir proporcionāls vielas koncentrācijas starpībai abās membrānas pusēs. Veicinātas difūzijas gadījumā šis ātrums palielinās proporcionāli pieaugošajai vielas koncentrācijas starpībai līdz noteiktai maksimālajai vērtībai. Virs šīs vērtības ātrums nepalielinās, lai gan koncentrāciju atšķirības no dažādām membrānas pusēm turpina palielināties. Šāda maksimālā ātruma punkta sasniegšana atvieglotās difūzijas procesā ir izskaidrojama ar to, ka maksimālais ātrums nozīmē visu pieejamo nesējproteīnu iesaistīšanos pārneses procesā.
Kāds cits jēdziens ietver aktīvo un pasīvo transportēšanu caur membrānām?
Apmaiņas difūzija
Šis vielas molekulu transportēšanas veids caur šūnu membrānu ir raksturīgs ar to, ka apmaiņā piedalās vienas un tās pašas vielas molekulas, kas atrodas dažādās bioloģiskās membrānas pusēs. Jāņem vērā, ka ar šādu vielu transportēšanu molekulu koncentrācija abās membrānas pusēs nemaz nemainās.
Apmaiņas difūzijas veids
Viena no apmaiņas difūzijas paveidiem ir apmaiņa, kurāvienas vielas molekula tiek apmainīta pret divām vai vairākām citas vielas molekulām. Piemēram, viens no veidiem, kā pozitīvie kalcija joni tiek noņemti no bronhu gludo muskuļu šūnām un asinsvadiem no sirds saraušanās miocītiem, ir to apmaiņa pret nātrija joniem, kas atrodas ārpus šūnas. Viens nātrija jons šajā gadījumā tiek apmainīts pret trim kalcija joniem. Tādējādi caur membrānu notiek nātrija un kalcija kustība, kas ir savstarpēji atkarīga. Šāda veida pasīvo transportu cauri šūnu membrānai sauc par antiportu. Tādā veidā šūna spēj atbrīvoties no kalcija joniem, kas atrodas pārpalikumā. Šis process ir nepieciešams gludai miocītu un kardiomiocītu atslābināšanai.
Šajā rakstā tika apskatīta vielu aktīvā un pasīvā transportēšana caur membrānu.
