Az "Endocitózis. Exocitózis. A sejtfunkciók szabályozása" témakör tartalomjegyzéke:
1. A Na/K pumpa (nátrium-káliumpumpa) hatása a membránpotenciálra és a sejttérfogatra. Állandó cellatérfogat.

3. Endocitózis. Exocitózis.
4. Diffúzió az anyagok sejten belüli szállításában. A diffúzió jelentősége az endocitózisban és az exocitózisban.
5. Aktív transzport organellummembránokban.
6. Szállítás sejtvezikulákban.
7. Szállítás az organellumok képződésén és elpusztításán keresztül. Mikrofilamentumok.
8. Mikrotubulusok. A citoszkeleton aktív mozgásai.
9. Axon transzport. Gyors axonszállítás. Lassú axontranszport.
10. A sejtfunkciók szabályozása. Szabályozó hatások a sejtmembránra. Membránpotenciál.
11. Extracelluláris szabályozó anyagok. Szinaptikus közvetítők. Helyi vegyi anyagok (hisztamin, növekedési faktor, hormonok, antigének).
12. Intracelluláris kommunikáció másodlagos hírvivők részvételével. Kalcium.
13. Ciklikus adenozin-monofoszfát, cAMP. cAMP a sejtműködés szabályozásában.
14. Inozitol-foszfát "IF3". Inozitol-trifoszfát. Diacil-glicerin.

Jelentése Na/K szivattyú cellához Nem korlátozódik a normál K+ és Na+ gradiensek stabilizálására a membránon keresztül. A membrán Na+ gradiensben tárolt energiát gyakran használják más anyagok membrántranszportjának elősegítésére. Például az ábrán. Az 1.10. ábra a Na+ és egy cukormolekula „szimportját” mutatja a sejtbe. Membrán transzport fehérje cukormolekulát szállít a sejtbe akár koncentrációgradiens ellenében is, ugyanakkor Na+ koncentráció és potenciál gradiensek mentén mozog, energiát biztosít a cukrok szállításához. Szaharov ilyen szállítása teljes mértékben a létezéstől függ magas nátrium-gradiensÉN; ha az intracelluláris nátriumkoncentráció jelentősen megnő, a cukrok szállítása leáll.

Rizs. 1.8. A molekulák szállítási sebessége és koncentrációjuk (a csatorna bejáratánál vagy a pumpa kötőhelyén) közötti kapcsolat a csatornán keresztüli diffúzió vagy a pumpás transzport során. Ez utóbbi nagy koncentrációban telítődik (maximális sebesség, V max); az x tengelyen a maximális szivattyú fordulatszám felének megfelelő érték (Vmax/2) a Kt egyensúlyi koncentrációja

A különböző cukrokhoz különböző szimportrendszerek léteznek. Aminosav transzportábrán látható cukrok szállításához hasonló. 1,10; a Na+ gradiens is biztosítja; Legalább öt különböző szimportrendszer létezik, amelyek mindegyike a rokon aminosavak egy-egy csoportjára specializálódott.

Rizs. 1.10. A membrán lipid kettős rétegébe merülő fehérjék közvetítik a glükóz és a Na szimportját a sejtbe, valamint a Ca/Na antiportot, amelyben a hajtóerő a sejtmembrán Na-gradiense.

kívül Simport rendszerek vannak még " portékaellenesek" Egyikük például egy ciklus alatt egy kalciumiont visz ki a sejtből három bejövő nátriumionért cserébe (1.10. ábra). A Ca2+ transzport energiáját három nátriumion bejutása állítja elő a koncentráció és a potenciál gradiens mentén. Ez az energia elegendő (nyugalmi potenciálon) a magas kalciumion-gradiens fenntartásához (kevesebb, mint 10-7 mol/l-től a sejten belül körülbelül 2 mmol/l-ig a sejten kívül).

Koncentráció gradiens(tól től lat. grady, gradu, gradus- haladás, mozgás, áramlás, megközelítés; con- együtt, együtt, közösen + centrum- középpont) vagy koncentráció gradiens az vektor fizikai mennyiség, amely a legnagyobb változás mértékét és irányát jellemzi koncentrációk bármilyen anyag a környezetben. Például, ha egy anyag két különböző koncentrációjú, félig áteresztő membránnal elválasztott régióját tekintjük, akkor a koncentrációgradiens az anyag alacsonyabb koncentrációjú tartományából a magasabb koncentrációjú régióba irányul.

Aktiv szállitás- anyagátvitel keresztül sejtes vagy intracelluláris membrán(transzmembrán A.t.) vagy egy sejtrétegen keresztül (transzcelluláris A.t.), amely ellen áramlik koncentráció gradiens az alacsony koncentrációjú területről a magas területre, azaz a test szabad energiájának felhasználásával. A legtöbb esetben, de nem mindig, az energiaforrás a nagyenergiájú kötések energiája ATP.

A sejtmembránokban lokalizált és az anyagátviteli mechanizmusokban részt vevő különféle transzport ATPázok a molekuláris eszközök fő elemei - szivattyúk, amelyek biztosítják bizonyos anyagok (például elektrolitok) szelektív felszívódását és kiszivattyúzását a sejtből. A nem elektrolitok aktív specifikus transzportja (molekuláris transzport) többféle molekuláris gép – szivattyúk és hordozók – segítségével valósul meg. A nem elektrolitok (monoszacharidok, aminosavak és egyéb monomerek) szállítása összekapcsolható szimport- egy másik anyag szállítása, amelynek a koncentráció gradienssel szembeni mozgása az első folyamat energiaforrása. A tüneteket iongradiensek (például nátrium) biztosíthatják az ATP közvetlen részvétele nélkül.

Passzív szállítás- anyagok átvitele keresztül koncentráció gradiens nagy koncentrációjú területről alacsony, energiafelhasználás nélküli területre (pl. diffúzió, ozmózis). A diffúzió egy anyag passzív mozgása egy magasabb koncentrációjú területről egy alacsonyabb koncentrációjú területre. Az ozmózis bizonyos anyagok passzív mozgása egy félig áteresztő membránon (általában a kis molekulák áthaladnak, a nagy molekulák nem).

Az anyagoknak a membránokon keresztül a sejtekbe való behatolása háromféleképpen lehetséges: egyszerű diffúzió, könnyített diffúzió, aktiv szállitás.

Egyszerű diffúzió

Az egyszerű diffúzió során az anyag részecskéi áthaladnak a lipid kettős rétegen. Az egyszerű diffúzió irányát csak az anyag koncentrációjának különbsége határozza meg a membrán mindkét oldalán. Egyszerű diffúzióval behatolnak a sejtbe hidrofób anyagok (O2, N2, benzol) és poláris kis molekulák (CO 2, H 2 O, karbamid). A viszonylag nagy poláris molekulák (aminosavak, monoszacharidok), töltött részecskék (ionok) és makromolekulák (DNS, fehérjék) nem hatolnak be.

Könnyített diffúzió

A legtöbb anyag a membránon keresztül a benne elmerült transzportfehérjék (hordozófehérjék) segítségével jut el. Minden transzportfehérje folyamatos fehérjejáratot képez a membránon keresztül. A hordozófehérjék segítségével az anyagok passzív és aktív transzportja is megvalósul. Poláris anyagok (aminosavak, monoszacharidok), töltött részecskék (ionok) könnyített diffúzióval, csatornafehérjék vagy hordozófehérjék részvételével haladnak át a membránokon. A hordozófehérjék részvétele az egyszerű passzív diffúzióhoz képest nagyobb arányú megkönnyített diffúziót biztosít. A elősegített diffúzió sebessége számos okból függ: a szállított anyag transzmembrán koncentráció-gradiensétől, a transzporter mennyiségétől, amely a szállított anyaghoz kötődik, attól, hogy a transzporter milyen sebességgel köti meg az anyagot az egyik felületen. a membránon (például a külső felületen), a transzporter molekulában bekövetkező konformációs változások sebességére, melynek eredményeként az anyag a membránon áthaladva a membrán másik oldalán szabadul fel. A könnyített diffúzió az ATP hidrolízis miatt nem igényel különösebb energiaköltséget. Ez a tulajdonság megkülönbözteti a megkönnyített diffúziót az aktív transzmembrán transzporttól.

Koncentráció gradiens vagy koncentráció gradiens egy vektorfizikai mennyiség, amely a környezetben lévő anyag koncentrációjának legnagyobb változásának nagyságát és irányát jellemzi. Például, ha egy anyag két különböző koncentrációjú, félig áteresztő membránnal elválasztott régióját tekintjük, akkor a koncentrációgradiens az anyag alacsonyabb koncentrációjú tartományából a magasabb koncentrációjú régióba irányul.

Meghatározás

A koncentráció gradiens az út mentén irányul l, amely megfelel az izokoncentrációs felület normáljának (féligáteresztő membrán). Koncentráció gradiens értéke $\backslash nabla\; C$ egyenlő a koncentráció elemi változásának arányával dC az elemi úthosszra dl :

$\backslash nabla\; C\; =\; \backslash frac(dC)(dl)$

Állandó koncentráció gradiens mellett C az út mentén l :

$\backslash nabla\; C\; =\; \backslash frac(C\_1\; -\; C\_2)(l)$

Itt C 1És C 2- kezdeti és végső koncentrációérték az úthossz mentén l(normál az izokoncentrációs felületre).

A koncentráció-gradiens mértékegysége a Nemzetközi Mértékegységrendszerben (SI) a −4 érték (mol/m 4 vagy kg/m 4), valamint ennek tört vagy többszörös deriváltja.

Lásd még

Írjon véleményt a "Koncentrációs gradiens" cikkről

Irodalom

• Antonov V.F., Chernysh A.M., Pasechnik V.I. Biofizika - M.: VLADOS, 2000, 35. o. ISBN 5-691-00338-0
• Trifonov E. V.- Szentpétervár: 2011.

A Koncentrációs Gradienst jellemző részlet

Erről tájékoztattam őt. Kérem, utasítsa Leppichot, hogy gondosan ügyeljen arra a helyre, ahol először ereszkedik le, nehogy tévedjen, és ne kerüljön az ellenség kezébe. Mozgásait össze kell hangolnia a főparancsnok mozdulataival.]
Voroncovból hazatérve és a Bolotnaja téren haladva Pierre tömeget látott Lobnoje Mestónál, megállt és leszállt a droshkyról. Egy kémkedéssel vádolt francia szakács kivégzése volt. A kivégzés éppen véget ért, és a hóhér egy szánalmasan nyögdécselő kövér, vörös pajeszű, kék harisnyás és zöld kancás férfit oldott ki a kancáról. Egy másik bűnöző, sovány és sápadt állt ott. Mindketten – az arcukból ítélve – franciák voltak. Pierre ijedt, fájdalmas tekintettel, a sovány franciáéhoz hasonlatosan nyomult át a tömegen.
- Mi ez? WHO? Miért? - kérdezte. De a tömeg – hivatalnokok, városlakók, kereskedők, férfiak, köpenyes és bundás nők – figyelme annyira mohón a Lobnoje Mestóban történtekre összpontosult, hogy senki sem válaszolt neki. A kövér férfi felállt, összeráncolta a homlokát, megvonta a vállát, és nyilvánvalóan szilárdságát akarta kifejezni, anélkül, hogy körülnézett volna, felvette a dubláját; de hirtelen megremegett az ajka, és sírni kezdett, haragudott magára, ahogy a felnőtt szangvinikus emberek sírnak. A tömeg hangosan beszélt, ahogy Pierre-nek látszott, hogy elfojtsa magában a szánalom érzését.
- Valaki hercegi szakács...
– Nos, monsieur, egyértelmű, hogy az orosz zselés szósz megzavarta a franciát... a fogát is – mondta a Pierre mellett álló nyurga hivatalnok, miközben a francia sírni kezdett. A hivatalnok körülnézett, láthatóan tréfájának értékelésére számított. Volt, aki nevetett, volt, aki továbbra is ijedten nézte a hóhért, aki egy másikat vetkőzött le.
Pierre megszagolta, összeráncolta az orrát, majd gyorsan megfordult, és visszasétált a droshkyhoz, és soha nem szűnt meg magában motyogni valamit, miközben sétált és leült. Ahogy továbbment az úton, többször megborzongott, és olyan hangosan sikoltozott, hogy a kocsis megkérdezte:
- Mit rendelsz?
-Hová mész? - kiáltott rá Pierre a Lubjankába induló kocsisra.
– A főparancsnokhoz rendeltek – felelte a kocsis.

Helló! A definíció szerint a koncentrációgradiens az alacsonyabb koncentrációjú oldalról a magasabb koncentrációjú oldalra irányul. Ezért a diffúzióról mindig azt mondjuk, hogy a koncentráció gradiens ellen irányul, azaz. a nagyobb koncentrációjú oldalról a kisebb koncentrációjú oldalra.
Azonban amikor az ember a sejt élettevékenységéről, a fotoszintézisről olvassa a szakirodalmat, mindig azt írja, hogy „a koncentráció gradiens mentén” – ez a koncentráció csökkenésének irányába, a „koncentrációs gradienssel szemben” pedig a növekedés irányába. koncentráció és így például az egyszerű diffúzió a sejtekben (vagy egyébként a közönséges diffúzió) a koncentráció gradiens mentén irányul.
De felmerül egy ellentmondás. Kiderült, hogy a „koncentrációs gradiens mentén” kifejezés valójában a koncentráció gradiens irányával ellentétes mozgás. Hogy lehet ez?

Ez a tartós és széles körben elterjedt hiba a koncentráció gradiens vektor irányának megértésében mutatkozó különbségekkel függ össze a fizikában és a biológiában. A biológusok szívesebben beszélnek a koncentráció gradiens vektorának irányáról egy nagyobb értékről egy kisebb értékre, a fizikusok pedig a kisebbről a nagyobb értékre.

Dx - koncentráció gradiens,

T – abszolút hőmérséklet

M mol

Jm = ––- ––––(–- ––––) ; m - anyagmennyiség

S × t m s Jm – (jay) – anyagáramlási sűrűség.

Elektrokémiai potenciál– energiával egyenlő mennyiség Gibbs G elektromos térbe helyezett adott anyag egy móljára vetítve.

Gibbs-szabadenergia (vagy egyszerűen Gibbs-energia, vagy szűkebb értelemben Gibbs-potenciál vagy termodinamikai potenciál) olyan mennyiség, amely egy kémiai reakció során az energia változását mutatja, és így választ ad a kémiai reakció alapvető lehetőségére vonatkozó kérdésre. előforduló; ez a következő alak termodinamikai potenciálja:

G=U+PV–T.S.

ahol U a belső energia, P a nyomás, V a térfogat, T az abszolút hőmérséklet, S az entrópia.

(Az S termodinamikai entrópia, amelyet gyakran egyszerűen entrópiának neveznek, a kémiában és a termodinamikában a termodinamikai rendszer állapotának függvénye)

A Gibbs-energia egy rendszer (kristály, folyadék stb.) teljes kémiai energiájaként értelmezhető.

A Gibbs-energia fogalmát széles körben használják a termodinamikában és a kémiában.

A termodinamikai entrópia S, amelyet gyakran egyszerűen entrópiának neveznek, a kémiában és a termodinamikában a termodinamikai rendszer állapotának függvénye.

Híg oldatok esetén az anyag áramlási sűrűségét kell meghatározni Nernst-Planck egyenlet.

d×C d×φ

Jm=–U×R×T––––- –U×C×Z×F––––- ;

d×x d×x

U–részecskék mobilitása,

R- gázállandó 8,31 J/mol,

dC

z–elektrolit ion töltés,

F-Faraday szám 96500 kg/mol,

dφ-elektromos térpotenciál,

dφ

A passzív szállítás során az anyag átadásának két oka van: koncentráció gradiens és elektromos potenciál gradiens. (A gradiens előtti mínusz jelek azt jelzik, hogy a koncentrációgradiens hatására egy anyag nagyobb koncentrációjú helyekről alacsonyabb koncentrációjú helyre kerül.) Az elektromos potenciálgradiens pozitív töltések átvitelét idézi elő a nagyobb potenciállal rendelkező helyekről az alacsonyabb potenciálú helyekre.

Az anyagok passzív átvitele történhet alacsonyabb koncentrációjú helyekről magasabb koncentrációjú helyekre (ha az egyenlet második tagja abszolút értékben nagyobb, mint az első).

Ha nem elektrolitokat Z=0; vagy nincs elektromos tér, akkor egyszerű diffúzió következik be - Fick törvénye.

Jm =–- D×––––;

D – diffúziós együttható;

- –- ––– koncentráció gradiens;

diffúzió – anyagok spontán mozgása nagyobb koncentrációjú helyekről alacsonyabb anyagkoncentrációjú helyekre, a molekulák kaotikus hőmozgása miatt.

Az anyag diffúzióját a lipid kettős rétegen a membrán koncentrációgradiense okozza. A membrán permeabilitási együtthatója a membrán és az átvitt anyagok tulajdonságaitól függ. (Ha egy anyag koncentrációja a membrán felületén egyenesen arányos a membránon kívüli felületi koncentrációkkal).

P=-–- ––- – permeabilitási együttható

K–eloszlási együttható, amely egy anyag membránon kívüli és azon belüli koncentrációjának arányát mutatja.

L–membrán vastagsága;

D – diffúziós együttható;

Együttható Minél nagyobb a diffúziós együttható (minél kisebb a membrán viszkozitása), annál vékonyabb a membrán, és minél jobban oldódik az anyag a membránban, annál nagyobb a permeabilitás.

A nem poláris anyagok - szerves zsírsavak - jól behatolnak a membránon, de a poláris vízoldható anyagok - sók, bázisok, cukrok, aminosavak - rosszul.

A hőmozgás során a farok között kis szabad síkok képződnek - úgynevezett pengék -, amelyeken keresztül a poláris molekulák behatolhatnak. Minél nagyobb a molekula, annál kevésbé permeábilis a membrán ezzel az anyaggal szemben. Az átviteli szelektivitást a membránban a behatoló részecske méretének megfelelő, meghatározott sugarú póruskészlet biztosítja.

Könnyített diffúzió– hordozómolekulák részvételével történik. A káliumion transzporter a valinomycin, amely mandzsetta alakú; belül poláris csoportokkal, kívül pedig nem poláris csoportokkal bélelve. Magas szelektivitás jellemzi. A valinomycin a mandzsettába jutó káliumionokkal komplexet képez, és a membrán lipidfázisában is oldódik, mivel molekulája kívülről nem poláris.

A membrán felszínén található valinomicin molekulák megkötik a káliumionokat, és a membránon keresztül szállítják. Az átvitel mindkét irányba történhet.

A megkönnyített diffúzió olyan helyekről történik, ahol nagyobb az átvitt anyag koncentrációja a kisebb koncentrációjú helyekre.

A könnyített és az egyszerű diffúzió közötti különbségek:

1) az anyag hordozóanyaggal való átvitele gyorsabban megy végbe.

2) A megkönnyített diffúzió telítettségi tulajdonsággal rendelkezik; a membrán egyik oldalán növekvő koncentrációval a fluxussűrűség addig növekszik, amíg az összes hordozómolekulát el nem foglalják.

3) Könnyített diffúzió esetén a szállított anyagok versenye figyelhető meg, amikor különböző anyagokat szállít a hordozó; Ugyanakkor egyes anyagok jobban tolerálhatók, mint mások, és egyes anyagok hozzáadása megnehezíti mások szállítását, így a cukrok közül a glükóz jobban tolerálható, mint a fruktóz, a fruktóz a xilóznál, a xilóz pedig az arabinóznál.

4) Vannak olyan anyagok, amelyek gátolják a megkönnyített diffúziót – erős komplexet képeznek a hordozó molekulákkal. Az álló molekulák olyan hordozók, amelyek a membránon keresztül rögzítve vannak, és molekuláról molekulára kerülnek át.

Szűrés- oldat mozgása a membrán pórusain keresztül nyomásgradiens hatására. A szűrés során az átviteli sebesség megfelel a Poiseuille-törvénynek.

D v P1 – P2

–- –– = - ––––––;