gradient de concentrație (de la, GRADU, lat.gradi gradus - mișcarea în timpul cursei de aproximare; con - s, împreună + împreună centrum - centru) sau gradientul de concentrație - această valoare vektornayafizicheskaya. caracterizează magnitudinea și direcția celei mai mari schimbări în concentrația unei substanțe în mediu. De exemplu, dacă luăm în considerare două regiuni cu diferite concentrații ale unei substanțe, separate printr-o membrană semipermeabilă, gradientul de concentrație a câmpului vor fi îndreptate la concentrații în regiune, cu o mai mare concentrare acesteia.
transport activ - transferul substanței prin (transmembranar AT) cu membrana celulară sau intracelulară sau prin stratul celular (transcelular AT) care curge împotriva gradientul de concentrație a regiunii de concentrație scăzută la mare, adică, cu cheltuielile de energie liberă a organismului .. . În cele mai multe cazuri, dar nu întotdeauna, sursa de energie este energia de obligațiuni de mare energie de ATP.
Diverse ATPase de transport localizate în membranele celulare și a mecanismelor implicate în transferul de substanțe sunt elementul principal al dispozitivelor moleculare - pompa care asigură absorbția selectivă și pompare anumite substanțe (de exemplu, electroliți) celule. specific de transport activ non-electroliți (transport molecular) este implementat folosind mai multe tipuri de mașini moleculare - pompe si transportori. nonelectrolytes Transport (monozaharide, aminoacizi și alți monomeri) pot fi interfațat cu symport - un alt transport de substanță, care mișcarea împotriva gradientului de concentrație este o sursă de energie pentru primul proces. Symport gradiente ionice pot fi furnizate (de exemplu, sodiu), fără implicarea directă a ATP.
transport pasivă - transferul substanțelor în funcție de gradientul de concentrație a regiunii concentrație ridicată la costuri reduse fără energie (de exemplu, prin difuzie osmoză.). Diffusion - mișcarea pasivă a unei substanțe din porțiunea de concentrație mai mare la o porțiune de concentrație mai mică. Osmoza - mișcarea pasivă a anumitor substanțe prin membrana semipermeabilă (în mod tipic molecule mici testate, mari nu a fost testat).
Există trei tipuri de substanțe care pătrund în celulă prin membrană: difuzie simplă, difuzie ușoară, de transport activ.
In simpla difuzie particulele de substanță sunt deplasate prin stratul bilipidny. Direcție este determinat prin simpla difuzie doar o diferență de concentrație a substanței pe ambele părți ale membranei. Prin intermediul simpla difuzie într-o cușcă penetrează agentul hidrofob (O2, N2, benzen) și molecule mici polare (CO2. H2O, uree). Nu penetrează molecule relativ mari polare (aminoacizi, monozaharide), particule incarcate (ioni) și macromolecule (ADN, proteine).
Cele mai multe dintre substanțele transportate prin membrana prin scufundată în ea proteinele de transport (proteine purtătoare). Toate proteinele de transport formează un pasaj continuu al proteinei prin membrană. Folosind proteine purtătoare se realizează atât transportul pasivă și activă a substanțelor. Substanțe polare (aminoacizi, monozaharide), particule incarcate (ioni) trec prin membrana prin difuziune facilitată, cu participarea unor canale de proteine sau proteine purtătoare. Proteinele purtătoare de participare furniza viteză mai mare facilitate de difuziune în comparație cu o simplă difuziune pasivă. Viteza de difuzie facilitată depinde de mai mulți factori: gradientul concentrației transmembranară a substanței transportate, pe cantitatea de purtător, care se leagă la substanța care urmează să fie transferate de la purtător substanță de legare viteza pe o suprafață a membranei (de exemplu, pe exterior) cu privire la rata modificărilor conformaționale în purtătorul moleculă, în rezultatul cărora substanța este transferată prin membrană și descărcat de pe cealaltă parte a membranei. difuzie facilitata nu necesită cheltuieli speciale de energie din cauza hidroliza ATP. Această caracteristică distinge difuzia facilitată a transportului transmembranar activ.
Protein-purtători - sunt proteine transmembranare care se leagă în mod specific o moleculă de material transportat și schimbarea conformației, efectuează transferul moleculei prin stratul lipidic al membranei. Proteinele purtătoare de toate tipurile sunt definite situri pentru molecula de legare transportat. Ele pot furniza servicii de transport cu membrană pasivă și activă.
Toate celulele vii sunt separate de mediul numit suprafața membranei celulare. Mai mult, pentru eucariotele formează în mod tipic mai multe compartimente din interiorul celulelor. Acestea sunt reprezentate de un număr de organite subcelulare, membrana delimitată, de exemplu, nucleul si mitocondriile. Membranele sunt organizate nu interfață numai static, ci includ de asemenea sisteme biochimice active responsabile de procese, cum ar fi transportul selectiv de substanțe în interiorul și în afara celulelor, legarea de hormoni si alte molecule de reglementare, reacția enzimatică, transmiterea impulsurilor nervoase ale sistemului, etc. . Există diferite tipuri de membrane diferă în funcțiile pe care le îndeplinesc. Funcția de membrane datorită structurii lor.
Membranele constau din molecule de lipide și proteine, care variază cantitatea relativă de (1/5 - 4/5 + proteine - lipide la 3/4 - 1/4 din proteină + - lipide) la membrane diferite. Hidrocarburile cuprinse în formă de glicoproteine și glicolipide constituie 0,5-10% din materialul membranei.
Principala parte a lipidelor din membranele prezentate fosfolipide, glicolipide și colesterol. Structura acestor lipide este prezentată mai jos:
Structura lipidelor membranare
lipidelor membranare sunt două părți diferite ale structurii: nepolar „coadă“ hidrofobă și un polar „cap“ hidrofilă. Aceasta natura duală a compușilor numit amfifil. Lipidele formează o structură membrană bistratificată. Fiecare strat este format din lipide complexe, aranjate astfel încât nepolari „cozile“ hidrofobe ale moleculelor sunt în contact apropiat unul cu celălalt. Doar fragmente de contact hidrofile. Toate interacțiunile sunt non-covalentă în natură. Două monostraturi orientează „coadă la coadă“, astfel încât structura stratului dublu rezultat având o porțiune interioară și două suprafețe polare nepolare. proteine cu membrana incorporate în stratul dublu lipidic din următoarele două moduri:
asociată cu suprafața hidrofilă a bistratului lipidic - proteinele suprafeței membranei
cufundat în regiunea hidrofobă a bistrat - integral proteinelor membranei.
Proteinele de suprafață ale acestora cu radicali de aminoacizi hidrofili sunt legați prin legături necovalente cu grupările hidrofile ale bistratul lipidic. Proteinele integrale diferă în gradul de absorbție în partea hidrofobă a bistratului. Acestea pot fi amplasate pe ambele părți ale membranei și fie imersate parțial într-o membrană sau perforat prin membrana. Porțiunea imersată proteine integrale conține o cantitate mare de aminoacizi cu radicali hidrofobi care asigură o interacțiune hidrofobă cu membranele lipidice. interacțiune hidrofobă este menținută într-un anumit proteine membrana de orientare. porțiune proeminentă hidrofile a proteinei nu se pot deplasa în stratul hidrofob. proteine membranare sunt legate covalent O parte resturile de monozaharidă și lanțuri oligozaharidice sau sunt glicoproteine. Exemple de proteine și lipide din aranjamentul de membrană prezentată în figură:
Structura membranei plasmatice
Deși fiecare dintre monostratului lipidic este format, orientat în același mod, cu toate acestea, compoziția lipidică a monostraturilor sunt diferite. De exemplu, membrana plasmatică a fosfatidilcoline eritrocite predomină în stratul exterior și fosfatidin în stratul interior al membranei. Partea carbohidrat a proteinelor și lipidelor sunt aranjate pe exteriorul membranei. Mai mult, proteinele de suprafață a membranei diferă în compoziție. Gradul de astfel de asimetrie a membranelor este diferită în diferite tipuri de membrane și pot varia în timpul activității celulei și învechire. Mobilitate (rigiditate) si membrana fluiditatea depinde și de compoziția sa. rigiditate crescută este cauzată de o creștere a raportului de acizi grași saturați și nesaturați și colesterolul. Proprietăți fizice ale membranelor depind de localizarea proteinelor din stratul lipidic. lipidelor membranare sunt capabile să difuzeze în interiorul stratului paralel cu suprafața membranei (difuzie laterală). Proteinele sunt de asemenea capabile de difuzie laterală. Difuzia transversal este sever limitată în membranele.
Transportul substanțelor în interiorul și în afara celulei, iar între citoplasmă și diversele organite subcelulare (mitocondrii, nucleu, etc.) furnizate de membrane. Dacă membrana au fost bariera surd, spațiul intracelular ar fi fost indisponibil pentru nutrienți și deșeuri care nu au putut fi eliminate din celulă. În același timp, ar fi imposibil de acumularea anumitor substanțe în celula de la penetrare completă. Proprietățile de transport ale membranei semipermeabile caracterizate. unii dintre compușii pot pătrunde prin ea, în timp ce altele - nu:
permeabilitatea membranei pentru diferite substanțe
Una dintre funcțiile principale ale membranelor - reglementarea transferului de substanțe. Există două metode de transport al substanțelor prin membrana: transportul pasiv și activ:
Transportul substanțelor prin membrana
Transport pasiv. Dacă substanța se mișcă prin membrană din regiunea de concentrație ridicată la o parte concentrație scăzută (adică, gradientul concentrației substanței) fără consumul de energie de către celulă, atunci aceasta se numește transportul pasiv sau difuziune. Există două tipuri de difuzie: simple și ușoare.
Caracteristica simpla difuzie a moleculelor neutre mici (H2O, CO2. O2) și un hidrofob de substanțe organice cu greutate moleculară mică. Aceste molecule pot avea loc fără nici o interacțiune cu proteinele membranei prin porii membranei sau canale, cu un gradient de concentrație va fi menținută.
difuzie facilitata. Caracteristic pentru molecule hidrofile care sunt transportate prin membrana ca gradientul de concentrație, dar prin intermediul proteinelor speciale cu membrana - vectori. Pentru a facilita difuzarea, spre deosebire de simplu, caracterizat prin selectivitate ridicată, ca situs de legare o proteină purtător este complementară cu substanța transportată, iar transferul este însoțit de modificări conformaționale ale proteinei. Un posibil mecanism de difuziune facilitată poate fi după cum urmează: proteina de transport (translocase) agenți de legare, apoi se apropie de partea opusă a membranei, fără a unei substanțe care ia din nou conformație originală și este gata pentru a îndeplini funcția de transport. Se cunosc puține lucruri despre modul în care mișcarea proteinei în sine. Un alt mecanism posibil implică transferul de mai multe dintre proteinele transportoare. În acest caz, compusul legat inițial se trece de la o proteină la alta, secvențial în contact mai întâi cu una și apoi cu o altă proteină, până când este pe partea opusă a membranei.
transport activ are loc în cazul în care transferul se efectuează împotriva gradientului de concentrație. Un astfel de transfer necesită cheltuieli de energie de către celula. Transportul activ, este utilizat pentru acumularea de substanțe în interiorul celulei. Sursa de energie este adesea regiunea Asia-Pacific. Pentru transport activ, cu excepția furnizării de energie trebuie să facă parte din proteine cu membrana. Unul dintre sistemele de transport active în celula animală este responsabil pentru transferul ionilor de Na + și K + prin membrana celulară. Acest sistem este numit Na + - K + - pompa. Acesta este responsabil pentru menținerea compoziției mediului intracelular, în care concentrația de K + este mai mare decât Na +.
Mecanismul de acțiune al Na +. K + -ATPazei