Informácie

2020_SS1_Bis2a_Facciotti_Reading_10 - biológia

2020_SS1_Bis2a_Facciotti_Reading_10 - biológia


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Vzdelávacie ciele súvisiace s 2020_SS1_Bis2a_Facciotti_Reading_10

  • Porovnajte a porovnajte pasívnu difúziu, uľahčenú difúziu a aktívny transport.
  • Diskutujte o výhodách a kompromisoch spojených s pasívnou difúziou, uľahčenou difúziou a aktívnym transportom.
  • Predpovedajte vlastnosti R-skupín na aminokyselinách Nachádza na rôznych miestach v rámci transmembránových transportérov.
  • Predpovedajte, ako zmena konkrétnej aminokyseliny alebo skupiny aminokyselín v transmembránovom transportnom proteíne môže ovplyvniť jeho funkciu.
  • Pochopte úlohu plazmatickej membrány pri udržiavaní chemických a elektrických gradientov.

Energetika dopravy

Všetky látky, ktoré sa pohybujú cez membránu, to robia jednou z dvoch všeobecných metód, ktorású kategorizovanéna základe toho, či je transportný proces exergonický alebo endergonický. Pasívna doprava je exergonický pohyb látok cez membránu. naproti tomu aktívny transport je endergonický pohyb látok cez membránu, ktoráje spojenýna exergonickú reakciu.

Pasívna doprava

Pasívna doprava bunka nevyžadujevynaložiťenergie. V pasívnom transporte sa látky pohybujú z oblasti s vyššou koncentráciou do oblasti s nižšou koncentráciou, nadol koncentračný gradient.V závislosti od chemickej povahy látky môžeme spájať rôzne procesy s pasívnym transportom.

Difúzia

Difúzia je pasívny dopravný proces. Jedna látka sa pohybuje z oblasti s vysokou koncentráciou do oblasti s nízkou koncentráciou, kým nie je koncentrácia v celom priestore rovnaká. Poznáte difúziu látok vzduchom. Predstavte si napríklad, že niekto otvorí fľašu amoniaku v miestnosti plnej ľudí. Plynný amoniak je vo fľaši v najvyššej koncentrácii; jeho najnižšia koncentrácia je na okrajoch miestnosti. Pary amoniaku budú difundovať alebo sa šíria z fľaše; postupne bude čoraz viac ľudí cítiť čpavok, ako sa šíri. Materiály sa v cytosole bunky pohybujú difúziou a niektoré materiály sa difúziou pohybujú plazmatickou membránou.

Obrázok 2. Difúzia cez priepustnú membránu presúva látku z oblasti s vysokou koncentráciou (v tomto prípade extracelulárna tekutina) po koncentračnom gradiente (do cytoplazmy). Každá oddelená látka v médiu, ako je extracelulárna tekutina, má svoj vlastný koncentračný gradient, nezávislý od koncentračných gradientov iných materiálov. Okrem toho bude každá látka difundovať podľa tohto gradientu. V rámci systému budú existovať rôzne rýchlosti difúzie rôznych látok v médiu.(zápočet: úprava práce doMariana RuizováVillareal)
Faktory, ktoré ovplyvňujú difúziu

Ak nie sú obmedzené, molekuly sa budú pohybovať a skúmať priestor náhodne rýchlosťou, ktorá závisí od ich veľkosti, tvaru, prostredia a tepelnej energie. Toto

Typ

pohyb je základom difúzneho pohybu molekúl akýmkoľvek médiom, v ktorom sa nachádzajú. Absencia koncentračného gradientu neznamená, že sa tento pohyb zastaví, iba že nemusí dôjsť k žiadnemu pohybu. čistý pohyb počtu molekúl z jednej oblasti do druhej, stav známy ako a dynamická rovnováha.

Faktory ovplyvňujúce difúziu zahŕňajú:

  • Rozsah koncentračného gradientu: Čím väčší je rozdiel v koncentrácii, tým rýchlejšia je difúzia. Čím bližšie je distribúcia materiálu k rovnováhe, tým pomalšia je rýchlosť difúzie.
  • Tvar, veľkosť a hmotnosť molekúl difundujúcich: Veľké a ťažšie molekuly sa pohybujú pomalšie; preto difundujú pomalšie. Opak je typický pre menšie, ľahšie molekuly.
  • Teplota: Vyššie teploty zvyšujú energiu a tým aj pohyb molekúl, čím sa zvyšuje rýchlosť difúzie. Nižšie teploty znižujú energiu molekúl, čím sa znižuje rýchlosť difúzie.
  • Hustota rozpúšťadla: So zvyšovaním hustoty rozpúšťadla klesá rýchlosť difúzie. Molekuly sa spomaľujú, pretože sa ťažšie dostanú cez hustejšie médium. Ak je médium menej husté, rýchlosť difúzie sa zvýši. Pretože bunky primárne používajú difúziu na pohyb materiálov v cytoplazme, akékoľvek zvýšenie hustoty cytoplazmy zníži rýchlosť pohybu materiálov v cytoplazme.
  • Rozpustnosť: Ako bolo uvedené vyššie, nepolárne alebo v lipidoch rozpustné materiály prechádzajú cez plazmatické membrány ľahšie ako polárne materiály, čo umožňuje rýchlejšiu rýchlosť difúzie.
  • Povrch a hrúbka plazmatickej membrány: Zväčšený povrch zvyšuje rýchlosť difúzie, zatiaľ čo hrubšia membrána ju znižuje.
  • Prejdená vzdialenosť: Čím väčšia je vzdialenosť, ktorú musí látka prejsť, tým pomalšia je rýchlosť difúzie. Toto obmedzuje veľkosť bunky. Veľká, guľovitá bunka odumrie, pretože živiny alebo odpad nemôžu dosiahnuť alebo opustiť stred bunky, resp. Bunky teda musia byť buďmalá veľkosť, ako u mnohých prokaryotov, prípbyť sploštený, ako u mnohých jednobunkových eukaryotov.

Zjednodušený transport

In uľahčená doprava, tiež nazývaná uľahčená difúzia, materiály difundujú cez plazmatickú membránu pomocou membránových proteínov. Existuje koncentračný gradient, ktorý umožňuje týmto materiálom difundovať do bunky alebo von z bunky bez nejvýdajbunkovej energie. Ak sú materiálmi ióny alebo polárne molekuly (zlúčeniny, ktorésú odpudzovanéhydrofóbnymi časťami bunkovej membrány), uľahčené transportné proteíny pomáhajú chrániť tieto materiály pred odpudivou silou membrány a umožňujú im difundovať do bunky.

Kanály

Integrálne proteíny zahrnuté v uľahčenom transporte sú súhrnne uvádzanéako transportné proteínya fungujú ako kanály pre materiál alebo nosiče. V oboch prípadoch ide o transmembránové proteíny. Rôzne kanálové proteíny majú rôzne transportné vlastnosti. Niektoré sa vyvinuli tak, aby mali veľmi vysokú špecificitu pre látku, ktorá sa prepravuje, zatiaľ čo iné transportujú rôzne molekuly, ktoré majú niektoré spoločné vlastnosti.(s). Vnútorný "priechod" z kanálové proteíny sa vyvinuli tak, aby poskytovali nízkoenergetickú bariéru pre transport látok cez membránu prostredníctvom komplementárneho usporiadania funkčných skupín aminokyselín (hlavného reťazca aj bočných reťazcov). Prechod kanálom umožňuje polárnym zlúčeninám vyhnúť sa nepolárnej centrálnej vrstve plazmatickej membrány, ktorá by inak spomalila alebo zabránila ich vstupu do bunky. Aj keď v každom okamihu významné množstvo vody prechádza membránou dovnútra aj von, rýchlosť transportu jednotlivých molekúl vody nemusí byť dostatočne rýchla na to, aby sa prispôsobila meniacim sa podmienkam prostredia. Pre takéto prípady príroda vyvinula špeciálnu triedu membránových proteínov tzv akvaporíny ktoré umožňujú vode prechádzať cez membránu veľmi vysokou rýchlosťou.

Obrázok 3. Uľahčený transport posúva látky dole ich koncentračnými gradientmi. Môžu prechádzať cez plazmatickú membránu pomocou kanálových proteínov. (kredit: úprava práce doMariana RuizováVillareal)
Kanálové proteíny sú buď vždy otvorené, alebo sú „uzavreté“. Ten ovláda otvorenie kanála.Môžu byť zapojené rôzne mechanizmy

v mechanizme brány. Zmeny v „napätí“ miestnej membrány alebo zmeny napätia na membráne môžu byť tiež spúšťačom otvorenia alebo zatvorenia kanála.

Rôzne organizmy a tkanivá v mnohobunkových druhoch exprimujú rôzne kanálové proteíny vo svojich membránach v závislosti od prostredia, v ktorom žijú, alebo od špecializovanej funkcie, ktorú hrajú v organizme. To poskytuje každému typu bunky jedinečný profil priepustnosti membrány, ktorý sa vyvíja tak, aby zodpovedal jeho „potrebám“ (všimnite si antropomorfizmus). V niektorých tkanivách napríklad ióny sodíka a chloridu voľne prechádzajú otvorenými kanálmi, zatiaľ čo v iných tkanivách sa musí brána otvoriť, aby umožnila priechod. K tomu dochádza v obličkách, kde sa obe formy kanálov nachádzajú v rôznych častiach obličkových tubulov. Bunky zapojené do prenosu elektrických impulzov, ako sú nervové a svalové bunky, majú vo svojich membránach kanály pre sodík, draslík a vápnik. Otváranie a zatváranie týchto kanálov mení relatívne koncentrácie na opačných stranách membrány týchto iónov, čo vedie k zmene elektrického potenciálu cez membránu, čo vedie k šíreniu správy nervovými bunkami alebo svalovej kontrakcii svalovými bunkami.

Nosné proteíny

Ďalším typom proteínu vloženého do plazmatickej membrány je a nosný proteín. Tento výstižne nazvaný proteín viaže látku a tým spúšťa zmenu svojho vlastného tvaru, presúvajúc naviazanú molekulu z vonkajšej strany bunky do jej vnútra; v závislosti od gradientu sa materiál môže pohybovať v opačnom smere. Nosné proteíny sú typicky špecifické pre jednu látku. Táto selektivita prispieva k celkovej selektivite plazmatickej membrány. Mechanizmus fungovania týchto proteínov v molekulárnom meradle zostáva nedostatočne pochopený.

Obrázok 4. Niektoré látkysú schopníposúvajú svoj koncentračný gradient cez plazmatickú membránu pomocou nosných proteínov. Nosné proteíny menia tvar, keď pohybujú molekuly cez membránu.(kredit: úprava práce doMariana RuizVillareal)

Nosný proteín hrá dôležitú úlohu vo funkcii obličiek. Telo potrebuje glukózu, vodu, soli, ióny a aminokyselinysú filtrovanév jednej časti obličky. Tento filtrát, ktorý obsahuje glukózu,sa potom reabsorbujev inej časti obličky pomocou nosných bielkovín. Pretože pre glukózu existuje len konečný počet proteínových nosičov, ak je vo filtráte prítomných viac glukózy, ako dokážu proteíny zvládnuť, nadbytoknie je reabsorbovanýavylučuje saz tela v moči. U diabetikatoto je popísanéako „rozliatie glukózy do moču“. Iná skupina nosných proteínov nazývaných proteíny transportujúce glukózu alebo GLUT,sú zahrnutépri transporte glukózy a iných hexózových cukrov cez plazmatické membrány v tele.

Kanálové a nosné proteíny transportujú materiál rôznymi rýchlosťami. Kanálové proteíny sa transportujú oveľa rýchlejšie ako nosné proteíny. Kanálové proteíny uľahčujú difúziu rýchlosťou desiatok miliónov molekúl za sekundu, zatiaľ čo nosné proteíny pracujú rýchlosťou tisíc až miliónov molekúl za sekundu.

Aktívna doprava

Aktívna doprava mechanizmy vyžadujú využitie energie bunky, zvyčajne vo forme adenozíntrifosfátu (ATP). Ak sa látka musí pohybovať do bunky proti jej koncentračnému gradientu – to znamená, ak je koncentrácia látky vo vnútri bunky väčšia ako jej koncentrácia v extracelulárnej tekutine (a naopak) – bunka musí použiť energiu na pohyb látky. Niektoré aktívne transportné mechanizmy presúvajú cez membránu materiály s malou molekulovou hmotnosťou, ako sú ióny. Iné mechanizmy transportujú oveľa väčšie molekuly.

Pohyb proti gradientu

Na pohyb látok proti koncentračnému alebo elektrochemickému gradientu musí článok využívať energiu. Transportéry zbierajú túto energiu z ATP generovaného bunkovým metabolizmom. Aktívne transportné mechanizmy, súhrnne nazývané čerpadlá, práca proti elektrochemickým gradientom. Malé látky neustále prechádzajú plazmatickými membránami. Aktívny transport udržiava koncentrácie iónov a ďalších látok potrebných pre živé bunky tvárou v tvár týmto pasívnym pohybom. Veľká časť bunkovej zásoby metabolickej energie môžestráviťzachovanie týchto procesov. (Väčšina metabolickej energie červených krviniek sa používa na udržanie nerovnováhy medzi vonkajšími a vnútornými hladinami sodíka a draslíka požadovanými bunkou.) Pretože aktívne transportné mechanizmy závisia od energetického metabolizmu bunky, sú citlivé na mnohé metabolické jedy, ktoré interferujú s dodávkou ATP.

Na transport materiálu s malou molekulovou hmotnosťou a malých molekúl existujú dva mechanizmy. Primárny aktívny transport presúva ióny cez membránu a vytvára rozdiel v náboji cez túto membránu, ktorý priamo závisí od ATP. Sekundárny aktívny transport opisuje pohyb materiálukvôlielektrochemický gradient vytvorený primárnym aktívnym transportom, ktorý priamo nevyžaduje ATP.

Nosné proteíny pre aktívny transport

Dôležitou membránovou adaptáciou pre aktívny transport sú špecifické nosné proteíny alebo pumpy na uľahčenie pohybu: existujú tri druhy týchto bielkovín alebo transportéry. A uniporter nesie jeden konkrétny ión alebo molekulu. A symportér nesie dva rôzne ióny alebo molekuly, obe v rovnakom smere. An antiportér tiež nesie dva rôzne ióny alebo molekuly, ale v rôznych smeroch. Tieto transportéry môžu tiež transportovať malé, nenabité organické molekuly, ako je glukóza.Nachádzajú sa aj tieto tri typy proteínových nosičovv uľahčenej difúzii, ale nevyžadujú ATP na prácu v tomto procese. Niektoré príklady čerpadiel na aktívny transport súNa+-K+ ATPáza, ktorá nesie ióny sodíka a draslíka, a H.+-K+ ATPáza, ktorá nesie ióny vodíka a draslíka. Oba sú nosnými proteínmi antiportora. Dva ďalšie nosné proteíny sú Ca2+ATPáza a H+ ATPáza, ktoré nesú iba ióny vápnika a iba vodíka. Obe sú čerpadlá.

Obrázok 5. Auniporternesie jednu molekulu alebo ión. Asymporternesie dve rôzne molekuly alebo ióny, obe v rovnakom smere. Anantiportérnesie tiež dve rôzne molekuly alebo ióny, ale v rôznych smeroch. (poďakovanie: úprava diela podľa „Lupask”/Wikimedia Commons)

Primárny aktívny transport

V primárnom aktívnom transporte je energiačasto- aj keď nieiba- odvodenýpriamo z hydrolýzy ATP. Primárny aktívny transport, ako je znázornený nižšie, ktorý funguje na transport sodíkových a draselných iónov, často umožňuje sekundárny aktívny transport (diskutované v časti nižšie).Druhý spôsob dopravy sa stále zvažujeaktívny, pretože závisí od použitia energie z primárneho transportu.

Obrázok 6. Primárny aktívny transport presúva ióny cez membránu, čím vytvára elektrochemický gradient (elektrogénny transport). (kredit: úprava práce doMariana RuizováVillareal)

Jednou z najdôležitejších púmp v živočíšnych bunkách je sodno-draselná pumpa (Na+-K+ ATPáza), ktorá udržuje elektrochemický gradient (a správne koncentrácieNa+aK+) v živých bunkách. Sodíkovo-draslíkové čerpadlo pohybuje K+ do cely pri pohybe Na+ vonv rovnakom čase,v pomere troch Na+ za každé dve K.+ ióny sa nasťahovali. Na+-K+ATPáza existuje v dvoch formách v závislosti od jej orientácie smerom dovnútra alebo von z bunky a jej afinity k sodným alebo draselným iónom. Proces zahŕňa nasledujúcich šesť krokov.

  1. S enzýmom orientovaným smerom do vnútra bunky má nosič vysokú afinitu k sodíkovým iónom. Na proteín sa viažu tri ióny.
  2. ATPje hydrolyzovanýproteínovým nosičom a naviaže sa na ňu nízkoenergetická fosfátová skupina.
  3. V dôsledku toho nosič zmení tvar a preorientuje sa smerom von z membrány. Afinita proteínu k sodíku klesá a tri ióny sodíka opúšťajú nosič.
  4. Zmena tvaru zvyšuje afinitu nosiča k iónom draslíka a dva také ióny sa viažu na proteín. Následne sa nízkoenergetická fosfátová skupina odpojí od nosiča.
  5. S odstránenou fosfátovou skupinou a pripojenými draselnými iónmi sa nosný proteín premiestni smerom do vnútra bunky.
  6. Nosný proteín v novej konfigurácii má zníženú afinitu k draslíku a uvoľňuje dva ióny do cytoplazmy. Proteín má teraz vyššiu afinitu k sodíkovým iónom a proces začína znova.

Kvôli tomuto procesu sa stalo niekoľko vecí. Mimo bunky je viac sodíkových iónov ako vo vnútri a viac iónov draslíka vo vnútri ako zvonku. Na každé tri ióny sodíka, ktoré sa odsťahujú, sa nasťahujú dva ióny draslíka. Výsledkom je, že interiér je v porovnaní s exteriérom o niečo negatívnejší. Tento rozdiel v poplatku je dôležitý pri vytváraní podmienok potrebných pre sekundárny proces. Sodno-draselná pumpa je preto an elektrogénna pumpa (čerpadlo, ktoré vytvára nerovnováhu náboja), vytvára elektrickú nerovnováhu cez membránu a prispieva k membránovému potenciálu.

Odkaz na učenie

Navštívte stránku a prezrite si simuláciu aktívneho transportu v sodno-draselnej ATPáze.

Sekundárny aktívny transport (spol-doprava)

Sekundárny aktívny transport prináša do bunky ióny sodíka a možno aj ďalšie zlúčeniny. Keď sa koncentrácie sodíkových iónov budujú mimo plazmatickú membránu v dôsledku pôsobenia primárneho aktívneho transportného procesu, vzniká elektrochemický gradient. Ak kanálový proteín existuje a je otvorený, sodné ióny sa vrátia cez membránu nadol po gradiente. Tento pohyb sa používa na transport iných látok, ktoré sa môžu pripojiť k transportnému proteínu cez membránu. Mnoho aminokyselín a glukózy vstupuje do bunky týmto spôsobom. Tento sekundárny proces sa používa aj na skladovanie vysokoenergetických vodíkových iónov v mitochondriách rastlinných a živočíšnych buniek na výrobu ATP. Potenciálna energia, ktorá sa hromadí v uložených vodíkových iónoch, sa pri prechode iónov kanálovou proteínovou ATP syntázou transformuje na kinetickú energiu a táto energia sa používa na premenu ADP na ATP.

Obrázok 7. Elektrochemický gradient, vytvorený primárnym aktívnym transportom, môže pohybovať inými látkami proti ich koncentračným gradientom, proces tzvspol-doprava alebo sekundárna aktívna doprava. (zápočet: úprava diela oMariana RuizVillareal)