Vận chuyển thụ động là gì? Sự di chuyển xuyên màng của các hợp chất đại phân tử khác nhau, các thành phần tế bào, các hạt siêu phân tử không có khả năng xâm nhập qua các kênh trong màng, được thực hiện thông qua các cơ chế đặc biệt, ví dụ, sử dụng thực bào, pinocytosis, exocytosis, truyền qua khoảng gian bào. Có nghĩa là, sự di chuyển của các chất qua màng có thể xảy ra bằng cách sử dụng các cơ chế khác nhau, được phân chia theo dấu hiệu của sự tham gia của các chất mang cụ thể trong chúng, cũng như tiêu thụ năng lượng. Các nhà khoa học chia quá trình vận chuyển các chất thành chủ động và thụ động.
Phương thức vận tải chính
Vận chuyển thụ động là sự chuyển một chất qua màng sinh học dọc theo một gradient (thẩm thấu, nồng độ, thủy động lực học và các chất khác), không cần tiêu thụ năng lượng.
Vận chuyển tích cực là sự chuyển một chất qua màng sinh học chống lại một gradient. Trong đónăng lượng bị tiêu hao. Khoảng 30 - 40% năng lượng được hình thành từ các phản ứng trao đổi chất trong cơ thể con người được sử dụng để thực hiện quá trình vận chuyển tích cực các chất. Nếu chúng ta xem xét hoạt động của thận con người, thì khoảng 70 - 80% lượng oxy tiêu thụ được dành cho quá trình vận chuyển tích cực.
Vận chuyển thụ động các chất
nó liên quan đến việc chuyển các chất khác nhau qua màng sinh học theo nhiều độ dốc khác nhau. Các gradient này có thể là:
- gradient thế điện hóa;
- gradient nồng độ chất;
- gradient điện trường;
- gradient áp suất thẩm thấu và các loại khác.
Quá trình thực hiện vận chuyển thụ động không cần tiêu hao năng lượng. Nó có thể xảy ra bằng cách khuếch tán thuận lợi và đơn giản. Như chúng ta đã biết, sự khuếch tán là sự chuyển động hỗn loạn của các phân tử của một chất trong nhiều môi trường khác nhau, đó là do năng lượng của dao động nhiệt của một chất.
Nếu một hạt của một chất là trung hòa về điện, thì hướng của quá trình khuếch tán sẽ xảy ra được xác định bởi sự khác biệt về nồng độ của các chất chứa trong môi trường được ngăn cách bởi màng. Ví dụ, giữa các ngăn của tế bào, bên trong tế bào và bên ngoài nó. Nếu các hạt của một chất, các ion của nó có điện tích, thì sự khuếch tán sẽ không chỉ phụ thuộc vào sự chênh lệch nồng độ, mà còn phụ thuộc vào độ lớn điện tích của chất đó, sự hiện diện và dấu hiệu của điện tích trên cả hai mặt của màng.. Độ lớn của gradien điện hóađược xác định bằng tổng đại số của gradient điện và nồng độ qua màng.
Điều gì cung cấp sự vận chuyển qua màng?
Vận chuyển thụ động qua màng có thể do sự hiện diện của gradient nồng độ chất, áp suất thẩm thấu phát sinh giữa các mặt khác nhau của màng tế bào hoặc điện tích. Ví dụ, mức trung bình của ion Na + chứa trong huyết tương là khoảng 140 mM / l, và hàm lượng của nó trong hồng cầu cao hơn khoảng 12 lần. Một gradient như vậy, được biểu thị bằng sự chênh lệch về nồng độ, có thể tạo ra động lực đảm bảo việc chuyển các phân tử natri đến các tế bào hồng cầu từ huyết tương.
Cần lưu ý rằng tốc độ chuyển đổi như vậy là rất thấp do thực tế là màng tế bào có tính thấm thấp đối với các ion của chất này. Màng này có tính thấm lớn hơn nhiều so với các ion kali. Năng lượng của quá trình trao đổi chất tế bào không được sử dụng để hoàn thành quá trình khuếch tán đơn giản.
Tỷ lệ khuếch tán
Vận chuyển chủ động và thụ động của các chất qua màng được đặc trưng bởi tốc độ khuếch tán. Nó có thể được mô tả bằng phương trình Fick: dm / dt=-kSΔC / x.
Trong trường hợp này, dm / dt là lượng chất khuếch tán trong một đơn vị thời gian và k là hệ số của quá trình khuếch tán, đặc trưng cho tính thấm của màng sinh học đối với chất khuếch tán. S bằng diện tích mà quá trình khuếch tán xảy ra, và ΔC biểu thị sự khác biệtnồng độ của các chất từ các phía khác nhau của màng sinh học, trong khi x đặc trưng cho khoảng cách giữa các điểm khuếch tán.
Rõ ràng, những chất khuếch tán đồng thời theo độ dốc của nồng độ và điện trường sẽ dễ dàng di chuyển qua màng nhất. Điều kiện quan trọng cho sự khuếch tán của một chất qua màng là các đặc tính vật lý của màng, tính thấm của nó đối với từng chất cụ thể.
Do lớp kép của màng được tạo thành bởi các gốc hydrocacbon của phospholipid có tính chất kỵ nước, các chất có tính chất kỵ nước dễ dàng khuếch tán qua nó. Đặc biệt, điều này áp dụng cho các chất dễ hòa tan trong lipid, chẳng hạn như hormone tuyến giáp và steroid, cũng như một số chất gây nghiện.
Các ion khoáng và các chất có trọng lượng phân tử thấp có bản chất là ưa nước khuếch tán qua các kênh ion màng thụ động, được hình thành từ các phân tử protein tạo kênh, và đôi khi thông qua các khuyết tật đóng gói màng của các phân tử phospholipid phát sinh trong màng tế bào như kết quả của sự dao động nhiệt.
Vận chuyển thụ động qua màng là một quá trình rất thú vị. Nếu các điều kiện bình thường, thì một lượng đáng kể của một chất có thể xuyên qua màng hai lớp chỉ khi chúng không phân cực và có kích thước nhỏ. Nếu không, sự chuyển giao xảy ra thông qua các protein mang. Các quy trình tương tự liên quan đếnprotein mang không được gọi là sự khuếch tán, mà là sự vận chuyển một chất qua màng.
Tạo điều kiện khuếch tán
Khuếch tán có điều kiện, giống như khuếch tán đơn giản, xảy ra dọc theo gradien nồng độ của một chất. Sự khác biệt chính là một phân tử protein đặc biệt, được gọi là chất mang, tham gia vào quá trình chuyển chất.
Khuếch tán có điều kiện là một kiểu truyền thụ động các phân tử của một chất qua màng sinh học, được thực hiện dọc theo một gradient nồng độ bằng cách sử dụng chất mang.
Chuyển trạng thái protein
Protein mang có thể ở hai trạng thái cấu trúc. Ví dụ, ở trạng thái A, protein này có thể có ái lực với chất mà nó mang theo, các vị trí liên kết của nó đối với chất bị quay vào trong, do đó một lỗ được hình thành mở ra một phía của màng.
Sau khi protein liên kết với chất được chuyển, cấu trúc của nó thay đổi và nó chuyển sang trạng thái B. Với sự biến đổi này, chất mang mất ái lực với chất. Từ kết nối với chất mang, nó được giải phóng và di chuyển đến lỗ đã có ở phía bên kia của màng. Sau khi chất đã được chuyển đi, protein mang lại thay đổi hình dạng, trở lại trạng thái A. Sự vận chuyển chất qua màng này được gọi là uniport.
Vận tốc khuếch tán thuận lợi
Các chất có trọng lượng phân tử nhỏ như glucose có thể được vận chuyển quamàng qua khuếch tán tạo điều kiện. Sự vận chuyển như vậy có thể xảy ra từ máu đến não, đến các tế bào từ các khoảng kẽ. Tốc độ truyền vật chất với kiểu khuếch tán này có thể đạt tới 10 hạt8qua kênh trong một giây.
Như chúng ta đã biết, tốc độ vận chuyển chủ động và thụ động của các chất trong quá trình khuếch tán đơn giản tỷ lệ với sự chênh lệch nồng độ của chất ở hai bên màng. Trong trường hợp khuếch tán được tạo điều kiện, tốc độ này tăng tương ứng với sự chênh lệch ngày càng tăng của nồng độ chất lên đến một giá trị cực đại nhất định. Trên giá trị này, tỷ lệ không tăng, mặc dù sự khác biệt về nồng độ từ các phía khác nhau của màng tiếp tục tăng. Việc đạt được điểm tốc độ tối đa như vậy trong quá trình khuếch tán được tạo điều kiện có thể được giải thích bởi thực tế là tốc độ tối đa ngụ ý sự tham gia của tất cả các protein mang sẵn có trong quá trình chuyển giao.
Vận chuyển chủ động và thụ động qua màng bao gồm khái niệm nào khác?
Giao lưu khuếch tán
Kiểu vận chuyển phân tử chất qua màng tế bào này có đặc điểm là các phân tử của cùng một chất nằm ở các phía khác nhau của màng sinh học tham gia trao đổi. Cần lưu ý rằng với sự vận chuyển các chất như vậy, nồng độ của các phân tử trên cả hai mặt của màng hoàn toàn không thay đổi.
Một kiểu khuếch tán trao đổi
Một trong những hình thức khuếch tán trao đổi là sự trao đổi trong đómột phân tử của một chất được trao đổi cho hai hoặc nhiều phân tử của chất khác. Ví dụ, một trong những cách mà các ion canxi dương được loại bỏ khỏi các tế bào cơ trơn của phế quản và mạch khỏi các tế bào co bóp của tim là sự trao đổi của chúng với các ion natri nằm bên ngoài tế bào. Một ion natri trong trường hợp này được đổi lấy ba ion canxi. Do đó, có sự di chuyển của natri và canxi qua màng, điều này phụ thuộc lẫn nhau. Loại vận chuyển thụ động qua màng tế bào này được gọi là phản vận. Bằng cách này, tế bào có thể loại bỏ các ion canxi dư thừa. Quá trình này là cần thiết để các tế bào cơ trơn và tế bào cơ tim thư giãn.
Bài báo này kiểm tra sự vận chuyển chủ động và thụ động của các chất qua màng.
