Ի՞նչ է պասիվ տրանսպորտը: Տարբեր մակրոմոլեկուլային միացությունների, բջջային բաղադրիչների, վերմոլեկուլային մասնիկների տրանսմեմբրանային շարժումը, որոնք ի վիճակի չեն ներթափանցել մեմբրանի ալիքներով, իրականացվում է հատուկ մեխանիզմների միջոցով, օրինակ՝ օգտագործելով ֆագոցիտոզ, պինոցիտոզ, էկզոցիտոզ, փոխանցում միջբջջային տարածությամբ: Այսինքն՝ նյութերի շարժումը մեմբրանի միջով կարող է տեղի ունենալ՝ օգտագործելով տարբեր մեխանիզմներ, որոնք բաժանվում են ըստ դրանցում կոնկրետ կրիչների մասնակցության, ինչպես նաև էներգիայի սպառման նշանների։ Գիտնականները նյութերի տեղափոխումը բաժանում են ակտիվ և պասիվ:
Տրանսպորտի հիմնական եղանակները
Պասիվ տրանսպորտը նյութի փոխանցումն է կենսաբանական թաղանթով գրադիենտի երկայնքով (օսմոտիկ, կոնցենտրացիոն, հիդրոդինամիկ և այլն), որը չի պահանջում էներգիայի սպառում:
Ակտիվ տրանսպորտը նյութի փոխանցումն է կենսաբանական թաղանթով գրադիենտի դեմ: Որտեղէներգիան սպառվում է. Մոտավորապես 30-40% էներգիայի, որը ձևավորվում է մարդու մարմնում նյութափոխանակության ռեակցիաների արդյունքում, ծախսվում է նյութերի ակտիվ տեղափոխման վրա: Եթե հաշվի առնենք մարդու երիկամների աշխատանքը, ապա սպառված թթվածնի մոտ 70-80%-ը ծախսվում է ակտիվ տրանսպորտի վրա։
Նյութերի պասիվ տեղափոխում
այն ներառում է տարբեր նյութերի փոխանցում կենսաբանական թաղանթների միջոցով տարբեր գրադիենտներով: Այս գրադիենտները կարող են լինել՝
- էլեկտրաքիմիական պոտենցիալ գրադիենտ;
- նյութի կոնցենտրացիայի գրադիենտ;
- էլեկտրական դաշտի գրադիենտ;
- օսմոտիկ ճնշման գրադիենտ և այլն:
Պասիվ տրանսպորտի իրականացման գործընթացը չի պահանջում էներգիայի սպառում. Այն կարող է առաջանալ հեշտացված և պարզ դիֆուզիայի միջոցով: Ինչպես գիտենք, դիֆուզիան նյութի մոլեկուլների քաոսային շարժումն է տարբեր միջավայրերում, որը պայմանավորված է նյութի ջերմային թրթիռների էներգիայով։
Եթե նյութի մասնիկը էլեկտրականորեն չեզոք է, ապա այն ուղղությունը, որով տեղի կունենա դիֆուզիոն, որոշվում է մեդիայում պարունակվող նյութերի կոնցենտրացիայի տարբերությամբ, որոնք առանձնացված են թաղանթով: Օրինակ՝ բջջի բաժանմունքների միջև՝ բջիջի ներսում և դրանից դուրս: Եթե նյութի մասնիկները, նրա իոնները ունեն էլեկտրական լիցք, ապա դիֆուզիան կախված կլինի ոչ միայն կոնցենտրացիայի տարբերությունից, այլև տվյալ նյութի լիցքի մեծությունից, մեմբրանի երկու կողմերում լիցքի առկայությունից և նշաններից։. Էլեկտրաքիմիական գրադիենտի մեծությունըորոշվում է մեմբրանի վրայի էլեկտրական և կոնցենտրացիայի գրադիենտների հանրահաշվական գումարով։
Ի՞նչն է ապահովում տեղափոխումը թաղանթով:
Պասիվ մեմբրանի տեղափոխումը հնարավոր է նյութի կոնցենտրացիայի գրադիենտների առկայության, բջջաթաղանթի տարբեր կողմերի միջև առաջացող օսմոտիկ ճնշման կամ էլեկտրական լիցքի առկայության պատճառով: Օրինակ՝ արյան պլազմայում պարունակվող Na+ իոնների միջին մակարդակը մոտ 140 մՄ/լ է, իսկ էրիթրոցիտներում դրա պարունակությունը մոտ 12 անգամ ավելի է։ Նման գրադիենտը, որն արտահայտվում է որպես կոնցենտրացիայի տարբերություն, կարող է ստեղծել շարժիչ ուժ, որն ապահովում է արյան պլազմայից նատրիումի մոլեկուլների փոխանցումը կարմիր արյան բջիջներին:
Հարկ է նշել, որ նման անցման արագությունը շատ ցածր է՝ պայմանավորված այն հանգամանքով, որ բջջային թաղանթին բնորոշ է այս նյութի իոնների ցածր թափանցելիությունը։ Այս թաղանթը շատ ավելի մեծ թափանցելիություն ունի կալիումի իոնների նկատմամբ։ Բջջային նյութափոխանակության էներգիան չի օգտագործվում պարզ դիֆուզիայի գործընթացն ավարտելու համար։
Դիֆուզիայի արագություն
Նյութերի ակտիվ և պասիվ տեղափոխումը թաղանթով բնութագրվում է դիֆուզիայի արագությամբ: Այն կարելի է նկարագրել օգտագործելով Fick հավասարումը. dm/dt=-kSΔC/x:
Այս դեպքում dm/dt-ն այն նյութի քանակն է, որը ցրվում է ժամանակի մեկ միավորում, իսկ k-ն՝ դիֆուզիոն պրոցեսի գործակիցը, որը բնութագրում է կենսամեմբրանի թափանցելիությունը ցրող նյութի համար։ S-ը հավասար է այն տարածքին, որի վրա տեղի է ունենում դիֆուզիոն, իսկ ΔC-ն արտահայտում է տարբերությունընյութերի կոնցենտրացիան կենսաբանական թաղանթի տարբեր կողմերից, մինչդեռ x-ը բնութագրում է դիֆուզիոն կետերի միջև հեռավորությունը:
Ակնհայտ է, որ այն նյութերը, որոնք միաժամանակ ցրվում են կոնցենտրացիաների գրադիենտների և էլեկտրական դաշտերի երկայնքով, ամենահեշտ կշարժվեն թաղանթով: Թաղանթով նյութի տարածման կարևոր պայմանը հենց մեմբրանի ֆիզիկական հատկություններն են, դրա թափանցելիությունը յուրաքանչյուր կոնկրետ նյութի համար:
Պայմանավորված է նրանով, որ թաղանթի երկշերտը ձևավորվում է հիդրոֆոբ հատկություններ ունեցող ֆոսֆոլիպիդների ածխաջրածնային ռադիկալներից, դրա միջով հեշտությամբ ցրվում են հիդրոֆոբ բնույթի նյութեր։ Մասնավորապես, դա վերաբերում է այն նյութերին, որոնք հեշտությամբ լուծվում են լիպիդներում, ինչպիսիք են վահանաձև գեղձը և ստերոիդ հորմոնները, ինչպես նաև որոշ թմրամիջոցներ:
Հանքային իոնները և ցածր մոլեկուլային քաշի նյութերը, որոնք իրենց բնույթով հիդրոֆիլ են, ցրվում են պասիվ թաղանթային իոնային ուղիներով, որոնք ձևավորվում են կապուղի ձևավորող սպիտակուցի մոլեկուլներից, իսկ երբեմն էլ ֆոսֆոլիպիդային մոլեկուլների թաղանթային արատների միջոցով, որոնք առաջանում են բջջի թաղանթում: ջերմային տատանումների արդյունք։
Մեմբրանի միջով պասիվ փոխադրումը շատ հետաքրքիր գործընթաց է: Եթե պայմանները նորմալ են, ապա նյութի զգալի քանակությունը կարող է թափանցել երկշերտ թաղանթ միայն այն դեպքում, եթե դրանք ոչ բևեռային են և ունեն փոքր չափսեր։ Հակառակ դեպքում փոխանցումը տեղի է ունենում կրող սպիտակուցների միջոցով։ Նմանատիպ գործընթացներ, որոնք ներառում ենկրող սպիտակուցը կոչվում է ոչ թե դիֆուզիա, այլ նյութի տեղափոխում թաղանթով:
Հեշտացված դիֆուզիոն
Հեշտացված դիֆուզիան, ինչպես պարզ դիֆուզիան, տեղի է ունենում նյութի կոնցենտրացիայի գրադիենտի երկայնքով: Հիմնական տարբերությունն այն է, որ նյութի տեղափոխման գործընթացին մասնակցում է հատուկ սպիտակուցի մոլեկուլ, որը կոչվում է կրող։
Հեշտացված դիֆուզիոն նյութի մոլեկուլների պասիվ տեղափոխման տեսակ է կենսամեմբրաններով, որն իրականացվում է կոնցենտրացիայի գրադիենտի երկայնքով՝ կրիչի միջոցով:
Փոխանցել սպիտակուցային վիճակներ
Փոխադրող սպիտակուցը կարող է լինել երկու կոնֆորմացիոն վիճակում: Օրինակ, A վիճակում այս սպիտակուցը կարող է կապ ունենալ այն նյութի հետ, որը կրում է, նյութի հետ կապող վայրերը շրջված են դեպի ներս, ինչի պատճառով առաջանում է ծակոտի, որը բաց է մեմբրանի մի կողմում։
Սպիտակուցը փոխանցված նյութի հետ կապվելուց հետո նրա կոնֆորմացիան փոխվում է և այն անցնում է B վիճակի: Այս փոխակերպմամբ կրիչը կորցնում է իր կապը նյութի նկատմամբ: Կրիչի հետ կապից այն ազատ է արձակվում և շարժվում դեպի ծակոտիը՝ արդեն թաղանթի մյուս կողմում։ Նյութի տեղափոխումից հետո փոխադրող սպիտակուցը կրկին փոխում է իր կոնֆորմացիան՝ վերադառնալով A վիճակին: Նյութի այս տեղափոխումը մեմբրանի միջով կոչվում է uniport::
Հեշտացված դիֆուզիոն արագություն
Փոքր մոլեկուլային քաշի նյութերը, ինչպիսին է գլյուկոզան, կարող են փոխադրվել միջովթաղանթ հեշտացված դիֆուզիայի միջոցով: Նման փոխադրումը կարող է տեղի ունենալ արյունից դեպի ուղեղ, միջքաղաքային տարածություններից բջիջներ։ Այս տեսակի դիֆուզիայի միջոցով նյութի փոխանցման արագությունը կարող է հասնել մինչև 108 մասնիկ ալիքով մեկ վայրկյանում:
Ինչպես արդեն գիտենք, պարզ դիֆուզիայում նյութերի ակտիվ և պասիվ փոխադրման արագությունը համաչափ է թաղանթի երկու կողմերում նյութի կոնցենտրացիաների տարբերությանը: Հեշտացված դիֆուզիայի դեպքում այս արագությունը մեծանում է նյութի կոնցենտրացիայի աճող տարբերությանը համամասնորեն մինչև որոշակի առավելագույն արժեք: Այս արժեքից բարձր արագությունը չի աճում, թեև մեմբրանի տարբեր կողմերից կոնցենտրացիաների տարբերությունը շարունակում է աճել: Հեշտացված դիֆուզիայի գործընթացում նման առավելագույն արագության կետի ձեռքբերումը կարելի է բացատրել նրանով, որ առավելագույն արագությունը ենթադրում է բոլոր հասանելի փոխադրող սպիտակուցների ներգրավվածությունը փոխանցման գործընթացում:
Ի՞նչ այլ հասկացություն է ներառում ակտիվ և պասիվ փոխադրումը թաղանթների միջով:
Փոխանակման դիֆուզիա
Նյութի մոլեկուլների տեղափոխման այս տեսակը բջջային թաղանթով բնութագրվում է նրանով, որ փոխանակմանը մասնակցում են նույն նյութի մոլեկուլները, որոնք գտնվում են կենսաբանական թաղանթի տարբեր կողմերում։ Հարկ է նշել, որ նյութերի նման տեղափոխման դեպքում մեմբրանի երկու կողմերում մոլեկուլների կոնցենտրացիան ընդհանրապես չի փոխվում։
Փոխանակման դիֆուզիայի տեսակ
Փոխանակման դիֆուզիայի տեսակներից մեկը փոխանակումն է, որումմի նյութի մոլեկուլը փոխանակվում է մեկ այլ նյութի երկու կամ ավելի մոլեկուլների հետ: Օրինակ, դրական կալցիումի իոնների հեռացման եղանակներից մեկը բրոնխների հարթ մկանային բջիջներից և սրտի կծկվող միոցիտներից անոթներից դրանք փոխանակումն է բջիջից դուրս գտնվող նատրիումի իոնների հետ: Նատրիումի մեկ իոնն այս դեպքում փոխանակվում է երեք կալցիումի իոնների հետ։ Այսպիսով, մեմբրանի միջոցով կա նատրիումի և կալցիումի շարժում, որը փոխկապակցված է: Բջջային թաղանթով պասիվ տրանսպորտի այս տեսակը կոչվում է հակապորտ: Հենց այս կերպ է բջիջը կարողանում ազատվել կալցիումի իոններից, որոնք առկա են ավելցուկից։ Այս գործընթացը անհրաժեշտ է հարթ միոցիտների և կարդիոմիոցիտների հանգստանալու համար:
Այս հոդվածը ուսումնասիրել է նյութերի ակտիվ և պասիվ տեղափոխումը թաղանթով:
