Transport pasywny - Passive transport

Bierna dyfuzja przez błonę komórkową .

Transport pasywny to rodzaj transportu błonowego , który nie wymaga energii do przemieszczania substancji przez błony komórkowe . Zamiast wykorzystywać energię komórkową , tak jak transport aktywny, transport pasywny opiera się na drugiej zasadzie termodynamiki do kierowania ruchem substancji przez błony komórkowe. Zasadniczo substancje podążają za pierwszym prawem Ficka i przemieszczają się z obszaru o wysokim stężeniu do obszaru o niskim stężeniu, ponieważ ten ruch zwiększa entropię całego układu . Szybkość transportu biernego zależy od przepuszczalności błony komórkowej, która z kolei zależy od organizacji i właściwości lipidów i białek błonowych . Cztery główne rodzaje transportem biernym są proste dyfuzji , ułatwiona dyfuzja , filtracja i / lub osmozę . Transport pasywny jest zgodny z pierwszą zasadą Ficka i drugą zasadą termodynamiki

Dyfuzja

Pasywna dyfuzja na błonie komórkowej.

Dyfuzja to ruch netto materiału z obszaru o wysokim stężeniu do obszaru o niższym stężeniu. Różnica stężeń między tymi dwoma obszarami jest często określana jako gradient stężenia i dyfuzja będzie trwała do momentu wyeliminowania tego gradientu. Ponieważ dyfuzja przenosi materiały z obszaru o wyższym stężeniu do obszaru o niższym stężeniu, opisuje się ją jako przemieszczanie substancji rozpuszczonych „w dół gradientu stężenia” (w porównaniu z transportem aktywnym , który często przenosi materiał z obszaru o niskim stężeniu do obszaru o wyższym stężeniu, i dlatego określa się je jako przesuwanie materiału „przeciwko gradientowi stężenia”). Jednak w wielu przypadkach (np. bierny transport leków) siła napędowa transportu biernego nie może być uproszczona do gradientu stężeń. Jeżeli po obu stronach błony występują różne roztwory o różnej równowagowej rozpuszczalności leku, różnica w stopniu nasycenia jest siłą napędową biernego transportu błonowego. Dotyczy to również roztworów przesyconych, które mają coraz większe znaczenie ze względu na rozpowszechnienie stosowania amorficznych dyspersji stałych w celu zwiększenia biodostępności leków.

Prosta dyfuzja i osmoza są pod pewnymi względami podobne. Prosta dyfuzja to bierny ruch substancji rozpuszczonej od wysokiego stężenia do niższego stężenia, aż stężenie substancji rozpuszczonej będzie jednolite i osiągnie równowagę. Osmoza jest bardzo podobna do prostej dyfuzji, ale w szczególności opisuje ruch wody (nie substancji rozpuszczonej) przez selektywnie przepuszczalną membranę, aż do uzyskania równego stężenia wody i substancji rozpuszczonej po obu stronach membrany. Prosta dyfuzja i osmoza są formami transportu biernego i nie wymagają energii ATP komórki .

Przykład dyfuzji: Wymiana gazu

Biologicznym przykładem dyfuzji jest wymiana gazowa zachodząca podczas oddychania w ludzkim ciele. Po inhalacji tlen jest wprowadzany do płuc i szybko dyfunduje przez błonę pęcherzyków płucnych i wchodzi do układu krążenia poprzez dyfuzję przez błonę naczyń włosowatych płuc . Jednocześnie dwutlenek węgla porusza się w przeciwnym kierunku, dyfundując przez błonę naczyń włosowatych i wnikając do pęcherzyków, gdzie może być wydychany. Proces przenoszenia tlenu do komórek i dwutlenku węgla na zewnątrz zachodzi z powodu gradientu stężeń tych substancji, z których każda oddala się od swoich obszarów o wyższym stężeniu w kierunku obszarów o niższym stężeniu. Oddychanie komórkowe jest przyczyną niskiego stężenia tlenu i wysokiego stężenia dwutlenku węgla we krwi, co tworzy gradient stężeń. Ponieważ gazy są małe i nienaładowane, mogą przejść bezpośrednio przez błonę komórkową bez żadnych specjalnych białek błonowych. Energia nie jest wymagana, ponieważ ruch gazów jest zgodny z pierwszą zasadą Ficka i drugą zasadą termodynamiki .

Ułatwiona dyfuzja

Przedstawienie ułatwionej dyfuzji.

Ułatwiona dyfuzja, zwana także osmozą za pośrednictwem nośnika, to ruch cząsteczek przez błonę komórkową za pośrednictwem specjalnych białek transportowych, które są osadzone w błonie komórkowej poprzez aktywne pobieranie lub wykluczanie jonów. Aktywny transport protonów przez H ⁺ ATPazy zmienia potencjał błonowy, umożliwiając ułatwiony pasywny transport określonych jonów, takich jak potas, w dół ich gradientu ładunku przez transportery i kanały o wysokim powinowactwie.

Przykład dyfuzji ułatwionej: GLUT2

Przykładem ułatwionej dyfuzji jest wchłanianie glukozy do komórek przez transporter glukozy 2 (GLUT2) w ludzkim ciele. Istnieje wiele innych rodzajów białek transportujących glukozę , niektóre z nich wymagają energii i dlatego nie są przykładami transportu biernego. Ponieważ glukoza jest dużą cząsteczką, wymaga określonego kanału, aby ułatwić jej przechodzenie przez błony plazmatyczne i do komórek. Podczas dyfuzji do komórki przez GLUT2 siłą napędową, która przenosi glukozę do komórki, jest nadal gradient stężenia. Główna różnica między dyfuzją prostą a dyfuzją ułatwioną polega na tym, że ułatwiona dyfuzja wymaga białka transportowego, które „ułatwia” lub wspomaga substancję przez błonę. Po posiłku komórka otrzymuje sygnał do przeniesienia GLUT2 do błon komórek wyściełających jelita zwanych enterocytami . Przy GLUT2 na miejscu po posiłku i stosunkowo wysokim stężeniu glukozy na zewnątrz tych komórek w porównaniu z nimi, gradient stężenia kieruje glukozę przez błonę komórkową przez GLUT2.

Filtrowanie

Filtrowanie.

Filtracja to ruch cząsteczek wody i substancji rozpuszczonej przez błonę komórkową dzięki ciśnieniu hydrostatycznemu wytwarzanemu przez układ sercowo-naczyniowy . W zależności od wielkości porów membrany mogą przez nią przechodzić tylko substancje rozpuszczone o określonej wielkości. Na przykład pory błonowe torebki Bowmana w nerkach są bardzo małe i tylko albuminy , najmniejsze z białek, mają jakąkolwiek szansę na przefiltrowanie. Z drugiej strony, pory błonowe komórek wątroby są niezwykle duże, ale nie zapominając, że komórki są niezwykle małe, aby umożliwić przenikanie i metabolizowanie różnych substancji rozpuszczonych.

Osmoza

Wpływ osmozy na komórki krwi pod wpływem różnych roztworów.

Osmoza to ruch cząsteczek wody przez selektywnie przepuszczalną membranę. Ruch netto cząsteczek wody przez częściowo przepuszczalną membranę z roztworu o wysokim potencjale wodnym do obszaru o niskim potencjale wodnym. Komórka o mniej ujemnym potencjale wody będzie pobierać wodę, ale zależy to również od innych czynników, takich jak potencjał substancji rozpuszczonej (ciśnienie w komórce, np. cząsteczki substancji rozpuszczonej) i potencjał ciśnienia (ciśnienie zewnętrzne, np. ściana komórkowa). Istnieją trzy rodzaje roztworów osmozy: roztwór izotoniczny, roztwór hipotoniczny i roztwór hipertoniczny. Roztwór izotoniczny ma miejsce, gdy stężenie substancji rozpuszczonej pozakomórkowej jest zrównoważone ze stężeniem wewnątrz komórki. W roztworze izotonicznym cząsteczki wody nadal poruszają się między roztworami, ale tempo jest takie samo z obu kierunków, dzięki czemu ruch wody jest zrównoważony zarówno wewnątrz komórki, jak i na zewnątrz komórki. Roztwór hipotoniczny ma miejsce, gdy stężenie substancji rozpuszczonej na zewnątrz komórki jest niższe niż stężenie wewnątrz komórki. W roztworach hipotonicznych woda przemieszcza się do komórki, zgodnie z jej gradientem stężeń (od wyższych do niższych stężeń wody). To może spowodować puchnięcie komórki. W tym roztworze mogą pęknąć komórki, które nie mają ściany komórkowej, takie jak komórki zwierzęce. Rozwiązanie hipertoniczne ma miejsce, gdy stężenie substancji rozpuszczonej jest wyższe (pomyśl o hiper - tak wysokie) niż stężenie wewnątrz komórki. W roztworze hipertonicznym woda wypłynie , powodując kurczenie się komórki.

Zobacz też

• Transport aktywny
• Zjawiska transportowe

Bibliografia