Məlumat

Nə üçün plazma membranının qütb tərəfi qeyri-polyar diffuziyanı bloklamır?

Nə üçün plazma membranının qütb tərəfi qeyri-polyar diffuziyanı bloklamır?


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.

Tez-tez deyilir ki, kiçik molekullar və ya qeyri-qütb molekulları plazma membranı vasitəsilə yayıla bilər, çünki onlar orta qeyri-qütb bitindən keçə bilirlər, lakin niyə qütb tərəfləri bu qeyri-qütb molekullarını bloklamır. Estrogen qeyri-polyardır və membrana yayıla bilər, elə deyilmi? Niyə fosfolipidlərin qütb başları onu maneə törətmir? Və ya H+-a baxın. H+ yüklü olduğu üçün membrana yayıla bilmir (qütbsüz molekulun ona qarşı itələyici qüvvəyə malik olması kimi deyil, bildiyim qədər neytral cisimlər yüklü olanları dəf etmir, mən başa düşmürəm ki, niyə qütblü və qeyri-qütblü deyirik? bir-birlərini dəf edirlər, anladığım kimi onlar bir-birindən daha yaxşı yapışırlar). Nə olursa olsun, H+ kiçik bir yüklü molekul hidrofilik başlıqlardan keçə bilər, elə deyilmi? Estrogen olmazdı. Mən harada səhv edirəm? Təşəkkürlər!


Qütblü və qeyri-qütblü molekullar əslində “dəf” etmirlər, qütb molekulları bir-birini qeyri-qütblü molekullardan daha çox cəlb edir. Buna görə də membranın bir tərəfindəki (qütb) sudan qütb molekulunu götürüb onu membranın ortasındakı qeyri-qütb bölgəsinə basdırmaq çətindir, çünki bu, yeni molekullar əmələ gətirmədən onun qütb su molekulları ilə nisbətən güclü qarşılıqlı təsirini pozmaq deməkdir. kompensasiya etmək üçün güclü qarşılıqlı əlaqə.

Qeyri-qütblü molekulun membrandan keçməsi halında, o, membrana yaxınlaşdıqda artıq suda olur və onun qütb baş qruplarından keçməsi o qədər də "pis" deyil (çox güman ki, tez-tez yüklənən baş qruplarının cüzi təsiri var). onları bir-birinə bağlayan ionları cəlb etmək, lakin bu kiçik olardı). Qeyri-qütblü olmasının böyük təsiri, onunla qarşılıqlı əlaqədə olmaq üçün qütb qruplarının olmadığı membranın orta təbəqəsinə köçürülməsini daha az əlverişsiz etməkdir.


Nə üçün plazma membranının qütb tərəfi qeyri-polyar diffuziyanı bloklamır? - Biologiya

Diffuziya, molekulların daha yüksək konsentrasiyalı bir sahədən daha aşağı konsentrasiyalı birinə keçdiyi passiv daşınma prosesidir.

Öyrənmə Məqsədləri

Diffuziyanı və materialların hüceyrə membranı boyunca hərəkət etməsinə təsir edən amilləri təsvir edin.

Əsas Çıxarışlar

Əsas Nöqtələr

  • Maddələr sistem daxilində konsentrasiya qradiyentinə görə yayılır, mühitdəki müxtəlif maddələrin hər biri fərdi qradientlərinə uyğun olaraq müxtəlif sürətlə yayılacaq.
  • Bir maddə kosmosda tamamilə yayıldıqdan sonra, konsentrasiya qradiyenti aradan qaldırıldıqdan sonra, molekullar hələ də kosmosda hərəkət edəcəklər, lakin molekulların sayının bir sahədən digərinə, dinamik tarazlıq kimi tanınan bir vəziyyətə xalis hərəkəti olmayacaqdır.
  • Məhlulun diffuziya sürətinə bir neçə amil təsir göstərir, o cümlədən məhlulun kütləsi, ətraf mühitin temperaturu, həlledicinin sıxlığı və qət edilən məsafə.

Əsas Şərtlər

  • diffuziya: məhlulun keçirici membran boyunca passiv hərəkəti
  • konsentrasiya qradiyenti: Membran iki müxtəlif konsentrasiyalı molekulları ayırdıqda konsentrasiya qradiyenti mövcuddur.

Nümunələr

Mətbəxdə kimsə yemək bişirəndə qoxu evə yayılmağa başlayır və nəticədə hamı nahar üçün nə olduğunu deyə bilər! Bu, qoxu molekullarının yüksək konsentrasiyalı ərazidən (mətbəx) aşağı konsentrasiyalı ərazilərə (yuxarı mərtəbədəki yataq otağınız) hava vasitəsilə yayılması ilə əlaqədardır.

Diffuziya passiv nəqliyyat prosesidir. Tək bir maddə konsentrasiyası bir məkanda bərabər olana qədər yüksək konsentrasiyalı bir sahədən aşağı konsentrasiyalı bir sahəyə keçməyə meyllidir. Siz maddələrin hava ilə yayılması ilə tanışsınız. Məsələn, insanlarla dolu bir otaqda ammiak şüşəsini açan biri haqqında düşünün. Ammonyak qazı şüşədəki ən yüksək konsentrasiyadadır, ən aşağı konsentrasiyası otağın kənarlarındadır. Ammonyak buxarı tədricən şüşədən yayılacaq və ya yayılacaq, yayıldıqca getdikcə daha çox insan ammonyakın iyini hiss edəcək. Materiallar diffuziya yolu ilə hüceyrə ‘s sitozolunda hərəkət edir, bəzi materiallar isə diffuziya yolu ilə plazma membranından keçir. Diffuziya enerji sərf etmir. Əksinə, konsentrasiya qradiyenti potensial enerjinin bir formasıdır və qradiyent aradan qalxdıqca dağılır.

Diffuziya: keçirici membran vasitəsilə diffuziya maddəni yüksək konsentrasiyalı ərazidən (hüceyrədənkənar maye, bu halda) konsentrasiya qradiyenti ilə aşağıya (sitoplazmaya) hərəkət etdirir.

Hüceyrədənkənar maye kimi mühitdəki hər bir ayrı maddənin digər materialların konsentrasiya qradiyentindən asılı olmayaraq öz konsentrasiya qradiyenti var. Bundan əlavə, hər bir maddə həmin gradientə uyğun olaraq yayılacaq. Sistem daxilində mühitdə müxtəlif maddələrin müxtəlif diffuziya dərəcələri olacaq.

Diffuziyaya təsir edən amillər

Molekullar öz kütlələrindən, ətraf mühitdən və sahib olduqları istilik enerjisinin miqdarından asılı olan sürətlə təsadüfi bir şəkildə daim hərəkət edirlər ki, bu da öz növbəsində temperaturun funksiyasıdır. Bu hərəkət molekulların hansı mühitdə lokallaşdırılmış olmasından asılı olmayaraq diffuziyasını təşkil edir. Maddə onun daxilində bərabər paylanana qədər onun üçün mövcud olan hər hansı bir məkana keçməyə meylli olacaq. Maddənin konsentrasiya qradiyenti aradan qaldırılaraq kosmosda tamamilə diffuziya edildikdən sonra molekullar hələ də fəzada hərəkət edəcək, lakin molekulların sayının bir sahədən digərinə xalis hərəkəti olmayacaq. Maddənin xalis hərəkətinin olmadığı bu konsentrasiya qradiyentinin olmaması dinamik tarazlıq kimi tanınır. Bir maddənin konsentrasiya qradiyenti olduqda diffuziya irəliləsə də, diffuziya sürətinə bir neçə amil təsir göstərir:

  • Konsentrasiya qradiyenti miqyası: Konsentrasiya fərqi nə qədər böyükdürsə, diffuziya bir o qədər sürətli olur. Materialın paylanması tarazlığa nə qədər yaxın olarsa, diffuziya sürəti bir o qədər yavaş olur.
  • Diffuziya edən molekulların kütləsi: Daha ağır molekullar daha yavaş hərəkət edir, buna görə də daha yavaş yayılırlar. Yüngül molekullar üçün bunun əksi doğrudur.
  • Temperatur: Daha yüksək temperaturlar enerjini və buna görə də molekulların hərəkətini artırır, diffuziya sürətini artırır. Aşağı temperaturlar molekulların enerjisini azaldır, beləliklə diffuziya sürətini azaldır.
  • Həlledicinin sıxlığı: Həlledicinin sıxlığı artdıqca diffuziya sürəti azalır. Molekullar yavaşlayır, çünki daha sıx mühitdən keçmək daha çətin olur. Əgər mühit daha az sıxdırsa, diffuziya artır. Hüceyrələr materialları sitoplazma daxilində hərəkət etdirmək üçün ilk növbədə diffuziyadan istifadə etdikləri üçün sitoplazmanın sıxlığında hər hansı bir artım materialların hərəkətini maneə törədəcək. Buna misal olaraq susuzlaşdırma yaşayan bir insanı göstərmək olar. Bədənin hüceyrələri su itirdikcə sitoplazmada diffuziya sürəti azalır və hüceyrələrin funksiyaları pisləşir. Neyronlar bu təsirə çox həssas olurlar. Dehidrasiya tez-tez huşun itirilməsinə və hüceyrələrdə diffuziya sürətinin azalması səbəbindən komaya səbəb olur.
  • Həll qabiliyyəti: Daha əvvəl müzakirə edildiyi kimi, qeyri-qütblü və ya lipiddə həll olunan materiallar plazma membranlarından qütb materiallarına nisbətən daha asan keçir və daha sürətli diffuziya sürətinə imkan verir.
  • Səth sahəsi və plazma membranının qalınlığı: Artan səth sahəsi diffuziya sürətini artırır, daha qalın membran isə onu azaldır.
  • Qət olunmuş məsafə: Maddənin getməli olduğu məsafə nə qədər çox olarsa, diffuziya sürəti bir o qədər yavaş olar. Bu hüceyrə ölçüsünə yuxarı məhdudiyyət qoyur. Böyük, sferik hüceyrə qida və ya tullantılar hüceyrənin mərkəzinə çata və ya onu tərk edə bilmədiyi üçün öləcək. Buna görə də hüceyrələr ya bir çox prokariotlarda olduğu kimi kiçik ölçüdə olmalıdır, ya da bir çox təkhüceyrəli eukariotlarda olduğu kimi yastı olmalıdır.

Diffuziyanın dəyişməsi filtrasiya prosesidir. Filtrləmə zamanı material konsentrasiya qradiyentinə uyğun olaraq membran vasitəsilə hərəkət edir, bəzən diffuziya sürəti təzyiqlə artır və maddələrin daha sürətlə süzülməsinə səbəb olur. Bu, qan təzyiqinin böyük miqdarda suyu və onu müşayiət edən həll olunmuş maddələri və ya həllediciləri qandan və böyrək borularına məcbur etdiyi böyrəkdə baş verir. Bu vəziyyətdə diffuziya sürəti demək olar ki, tamamilə təzyiqdən asılıdır. Yüksək qan təzyiqinin təsirlərindən biri sidikdə zülalın görünməsidir ki, “anormal yüksək təzyiqlə sıxılır”.


Qütb olmayan atomlar

Atomlar nüvə adlanan daxili nüvədən və elektronları olan xarici qabıqdan ibarətdir. İnert və ya nəcib qazlar olan ən sabit atomlar xarici qabıqlarında səkkiz elektron daşıyır. Onlar digər atomları cəlb etmirlər, yəni qeyri-qütblü və ya elektropozitivdirlər. Qütb olmayan atomun digər forması xarici qabığında yalnız bir elektron olan atomdur. Bu o deməkdir ki, o, həm də qeyri-polyar və elektropozitivdir. Qütb olmayan atomlar su kimi qütblü maddələrlə qarışmır, ona görə də hidrofobik atomlar adlanır.


Membran zülalları müxtəlif yollarla lipid iki qatı ilə əlaqələndirilə bilər

Şəkil 10-17-də göstərildiyi kimi, müxtəlif membran zülalları müxtəlif yollarla membranlarla əlaqələndirilir. Onların bir çoxu lipid qatından keçir, kütləsinin bir hissəsi hər iki tərəfdə olur (Şəkil 10-17-də 1, 2 və 3 nümunələri). Lipid qonşuları kimi, bu transmembran zülallar amfipatikdir, hidrofobik və hidrofilik bölgələrə malikdir. Onların hidrofobik bölgələri membrandan keçir və iki qatın daxili hissəsindəki lipid molekullarının hidrofobik quyruqları ilə qarşılıqlı əlaqədə olur və burada sudan uzaqlaşır. Onların hidrofilik bölgələri membranın hər iki tərəfində suya məruz qalır. Bu transmembran zülalların bəzilərinin hidrofobikliyi lipid ikiqatının sitozolik monoqatına daxil olan yağ turşusu zəncirinin kovalent bağlanması ilə artır (Şəkil 10-17-də nümunə 1).

Şəkil 10-17

Membran zülallarının lipid ikiqatlı ilə birləşməsinin müxtəlif yolları. Əksər trans-membran zülallarının ikiqatlı boyunca (1) tək spiral, (2) çoxlu spiral şəklində və ya (3) bükülmüş vərəq (a (daha çox) kimi uzandığı güman edilir. .)

Digər membran zülalları tamamilə sitozolda yerləşir və lipid ikiqatının sitozolik monolayı ilə ya zülalın səthində ifşa olunmuş amfipatik α spiral (Şəkil 10-17-də misal 4) və ya bir və ya bir neçə kovalent yolla əlaqələndirilir. yağ turşusu zəncirləri və ya ola bilən əlavə lipid zəncirləri prenil qrupları (Şəkil 10-17 və Şəkil 10-18-də nümunə 5). Digər membran zülalları isə hüceyrənin xarici səthində tamamilə ifşa olunur, lipid iki qatına yalnız plazma membranının xarici lipid monoqatındakı fosfatidilinositola kovalent əlaqə ilə (xüsusi oliqosakarid vasitəsilə) bağlanır (Şəkil 10-17-də nümunə 6). .

Şəkil 10-18

Yağ turşusu zənciri və ya prenil qrupu ilə membran zülalının bağlanması. Hər iki növ lipidin kovalent bağlanması suda həll olunan zülalın sitozolda sintezindən sonra membrana lokallaşdırılmasına kömək edə bilər. (A) Yağ turşusu zənciri (miristik turşu) (daha çox).

Şəkil 10-17-də 5-ci misalda lipidlə əlaqəli zülallar sitozolda həll olunan zülallar şəklində hazırlanır və sonradan lipid qrupunun kovalent bağlanması ilə membrana yönəldilir (bax Şəkil 10-18). 6-cı misaldakı zülallar isə ER-də tək keçidli transmembran zülalları kimi hazırlanır. Hələ ER-də olarkən zülalın transmembran seqmenti ayrılır və a qlikosilfosfatidilinositol (GPI) lövbəri əlavə edilir və zülal membranın qeyri-sitozolik səthinə yalnız bu lövbər vasitəsilə bağlanır (Fəsil 12-də müzakirə olunur). Plazma membranına GPI lövbəri ilə bağlanmış zülallar fosfatidilinositol-spesifik fosfolipaz C adlı fermentin istifadəsi ilə asanlıqla fərqləndirilə bilər. Bu ferment bu zülalları lövbərlərindən azad edir və bununla da onları membrandan azad edir.

Bəzi membran zülalları lipid ikiqatının hidrofobik daxili hissəsinə ümumiyyətlə yayılmır, əksinə, membranın hər iki üzü ilə digər membran zülalları ilə qeyri-kovalent qarşılıqlı əlaqə ilə bağlanır (Şəkil 10-17-də 7 və 8 nümunələri). Bu tip zülalların çoxu zülal-zülal qarşılıqlı təsirinə mane olan, lakin lipid ikiqatını bütöv qoyan çox yüksək və ya aşağı ion gücünə və ya həddindən artıq pH məhlullarına məruz qalma kimi nisbətən yumşaq ekstraksiya prosedurları ilə membrandan buraxıla bilər. zülallara periferik membran zülalları deyilir. Transmembran zülalları, lipid qrupları tərəfindən iki qatda saxlanılan bir çox zülal və digər zülallarla qeyri-adi sıx bağlanaraq membranda saxlanılan bəzi zülallar bu yolla sərbəst buraxıla bilməz. Bu zülallara inteqral membran zülalları deyilir.

Membran zülalının lipid iki qatı ilə əlaqəsi zülalın funksiyasını əks etdirir. Yalnız transmembran zülallar ikiqatlı təbəqənin hər iki tərəfində fəaliyyət göstərə və ya molekulları onun üzərindən keçirə bilər. Hüceyrə səthi reseptorları hüceyrədənkənar məkanda siqnal molekullarını bağlayan və plazma membranının əks tərəfində müxtəlif hüceyrədaxili siqnallar yaradan transmembran zülallardır. Lipid iki qatının yalnız bir tərəfində fəaliyyət göstərən zülallar, əksinə, çox vaxt yalnız lipid monolayeri və ya bu tərəfdəki bir protein sahəsi ilə əlaqələndirilir. Hüceyrədaxili siqnalda iştirak edən bəzi zülallar, məsələn, plazma membranının sitozolik yarısına bir və ya bir neçə kovalent bağlı lipid qrupu ilə bağlanır.


Asanlaşdırılmış Nəqliyyat

Asanlaşdırılmış diffuziya adlanan asanlaşdırılmış nəqliyyatda materiallar membran zülallarının köməyi ilə plazma membranı boyunca yayılır. Bu materialların hüceyrə enerjisini sərf etmədən hüceyrəyə yayılmasına imkan verən bir konsentrasiya qradiyenti mövcuddur. Bununla belə, bu materiallar hüceyrə membranının hidrofobik hissələri tərəfindən itələnən ionlar və ya qütb molekullarıdır. Asanlaşdırılmış nəqliyyat zülalları bu materialları membranın itələyici qüvvəsindən qoruyur və onların hüceyrəyə yayılmasına imkan verir.

Daşınan material əvvəlcə plazma membranının xarici səthindəki zülal və ya qlikoprotein reseptorlarına yapışdırılır. Bu, hüceyrəyə lazım olan materialı hüceyrədənkənar mayedən çıxarmağa imkan verir. Maddələr daha sonra onların keçidini asanlaşdıran xüsusi inteqral zülallara ötürülür. Bu inteqral zülallardan bəziləri fosfolipid iki qatı vasitəsilə məsamə və ya kanal əmələ gətirən beta qatlı təbəqələr toplusudur. Digərləri maddə ilə bağlanan və onun membran vasitəsilə yayılmasına kömək edən daşıyıcı zülallardır.

Kanallar

Şəkil 4. Asanlaşdırılmış daşınma maddələri konsentrasiya qradiyenti ilə aşağı hərəkət etdirir. Onlar kanal zülallarının köməyi ilə plazma membranını keçə bilərlər. (Kredit: Mariana Ruiz Villareal tərəfindən işin dəyişdirilməsi)

Asanlaşdırılmış nəqliyyatda iştirak edən inteqral zülallara toplu olaraq deyilir nəqliyyat zülalları, və onlar ya material, ya da daşıyıcılar üçün kanal kimi fəaliyyət göstərirlər. Hər iki halda, onlar transmembran zülallardır. Kanallar daşınan maddə üçün xüsusidir. Kanal zülalları Hüceyrədaxili və hüceyrədənkənar mayelərə məruz qalan hidrofilik domenlərə malikdirlər, əlavə olaraq membran təbəqələri vasitəsilə hidratlı bir açılış təmin edən öz nüvəsi vasitəsilə hidrofilik kanala malikdirlər (Şəkil 4). Kanaldan keçmə, qütb birləşmələrinə plazma membranının qeyri-qütblü mərkəzi təbəqəsindən qaçmağa imkan verir ki, bu da onların hüceyrəyə daxil olmasını yavaşlatır və ya qarşısını alır. Aquaporinlər suyun membrandan çox yüksək sürətlə keçməsini təmin edən kanal zülallarıdır.

Kanal zülalları ya hər zaman açıqdır, ya da kanalın açılmasına nəzarət edən “qapılıdır”. Müəyyən bir ionun kanal zülalına qoşulması açılışa nəzarət edə bilər və ya digər mexanizmlər və ya maddələr iştirak edə bilər. Bəzi toxumalarda natrium və xlorid ionları açıq kanallardan sərbəst keçir, digər toxumalarda isə keçid üçün bir qapı açılmalıdır. Bunun bir nümunəsi böyrəkdə baş verir, burada hər iki kanal forması böyrək borularının müxtəlif hissələrində olur. Sinir və əzələ hüceyrələri kimi elektrik impulslarının ötürülməsində iştirak edən hüceyrələrin membranlarında natrium, kalium və kalsium üçün qapalı kanallar var. Bu kanalların açılması və bağlanması bu ionların membranın əks tərəflərindəki nisbi konsentrasiyasını dəyişdirir, nəticədə membranlar boyunca (sinir hüceyrələrində) və ya əzələlərin daralmasında (əzələ hüceyrələrində) elektrik ötürülməsi asanlaşır.

Daşıyıcı zülallar

Plazma membranına yerləşdirilən başqa bir protein növü a daşıyıcı protein. Uyğun adlandırılan bu zülal maddəni bağlayır və bununla da öz formasının dəyişməsinə səbəb olur, bağlanmış molekulu hüceyrənin xaricindən onun daxili hissəsinə köçürür (Şəkil 5), gradientdən asılı olaraq material əks istiqamətdə hərəkət edə bilər. istiqamət. Daşıyıcı zülallar adətən bir maddə üçün spesifikdir. Bu seçicilik plazma membranının ümumi seçiciliyini artırır. Formanın dəyişməsinin dəqiq mexanizmi zəif başa düşülür. Zülallar hidrogen bağları təsirləndikdə formasını dəyişə bilər, lakin bu, bu mexanizmi tam izah etməyə bilər. Hər bir daşıyıcı zülal bir maddəyə xasdır və istənilən membranda bu zülalların məhdud sayda var. Bu, hüceyrənin düzgün işləməsi üçün kifayət qədər materialın daşınmasında problemlər yarada bilər. Bütün zülallar liqandlarına bağlandıqda, doymuş olurlar və daşıma sürəti maksimuma çatır. Bu nöqtədə konsentrasiya qradiyentinin artırılması nəqliyyat sürətinin artması ilə nəticələnməyəcək.

Şəkil 5. Bəzi maddələr daşıyıcı zülalların köməyi ilə plazma membranı boyunca konsentrasiya qradiyenti ilə aşağı hərəkət edə bilirlər. Daşıyıcı zülallar molekulları membrandan keçirdikcə şəklini dəyişirlər. (Kredit: Mariana Ruiz Villareal tərəfindən işin dəyişdirilməsi)

Bu prosesin bir nümunəsi böyrəkdə baş verir. Orqanizm üçün lazım olan qlükoza, su, duzlar, ionlar və amin turşuları böyrəyin bir hissəsində süzülür. Qlükoza daxil olan bu filtrat daha sonra böyrəyin başqa hissəsində reabsorbsiya edilir. Qlükoza üçün yalnız məhdud sayda daşıyıcı zülal olduğundan, zülalların daşıya biləcəyindən çox qlükoza varsa, artıqlığı daşınmır və sidiklə bədəndən xaric olur. Diabetli bir şəxsdə bu, “qlükozanın sidikdə sökülməsi kimi təsvir olunur.” Qlükoza daşıyıcı zülallar və ya GLUTs adlanan müxtəlif daşıyıcı zülallar qrupu, qlükozanın və digər heksoza şəkərlərinin bədəndəki plazma membranları vasitəsilə daşınmasında iştirak edir.

Kanal və daşıyıcı zülallar materialı müxtəlif sürətlərdə nəql edir. Kanal zülalları daşıyıcı zülallardan daha sürətli nəql olunur. Kanal zülalları diffuziyanı saniyədə on milyonlarla molekul sürətində asanlaşdırır, daşıyıcı zülallar isə saniyədə mindən bir milyon molekula qədər sürətlə işləyir.


Nə üçün plazma membranının qütb tərəfi qeyri-polyar diffuziyanı bloklamır? - Biologiya

Hüceyrə pərdəsinin ən böyük möcüzələrindən biri onun hüceyrə daxilindəki maddələrin konsentrasiyasını tənzimləmək qabiliyyətidir. Bu maddələrə Ca++, Na+, K+ və Cl kimi ionlar daxildir – qida maddələri, o cümlədən şəkərlər, yağ turşuları, amin turşuları və tullantı məhsulları, xüsusilə karbon dioksid (CO)2), hüceyrəni tərk etməlidir. Membranın lipid ikiqat quruluşu birinci səviyyəli nəzarəti təmin edir. Fosfolipidlər bir-birinə sıx şəkildə yığılmışdır və membran hidrofobik bir daxili hissəyə malikdir. Bu quruluş membranın seçici keçirici olmasına səbəb olur. Var olan membran seçici keçiricilik yalnız müəyyən meyarlara cavab verən maddələrin ondan köməksiz keçməsinə imkan verir. Hüceyrə membranı vəziyyətində, yalnız nisbətən kiçik, qeyri-qütblü materiallar lipid iki qatından keçə bilər (unutmayın ki, membranın lipid quyruqları qeyri-polyardır). Bunların bəzi nümunələri digər lipidlər, oksigen və karbon qazı qazları və spirtdir. Bununla belə, suda həll olunan materiallar, məsələn, qlükoza, amin turşuları və elektrolitlər, membranı keçmək üçün bəzi yardıma ehtiyac duyurlar, çünki onlar fosfolipid ikiqatının hidrofobik quyruqları tərəfindən itilirlər.

Membrandan keçən bütün maddələr bunu enerjinin tələb olunub-olunmamasına görə təsnif edilən iki ümumi üsuldan biri ilə edir. Passiv nəqliyyat maddələrin hüceyrə enerjisi sərf etmədən membran boyunca hərəkətidir. Əksinə, aktiv nəqliyyat adenozin trifosfat (ATP) enerjisindən istifadə edərək maddələrin membran boyunca hərəkətidir.

Passiv Nəqliyyat

Anlamaq üçün Necə maddələr hüceyrə membranı boyunca passiv hərəkət edir, konsentrasiya qradiyenti və diffuziyanı başa düşmək lazımdır. A konsentrasiya qradiyenti kosmosda maddənin konsentrasiyasındakı fərqdir. Molekullar (və ya ionlar) daha çox cəmləşdikləri yerdən həmin məkanda bərabər paylanana qədər daha az cəmləşdikləri yerə yayılacaqlar/diffuziya edəcəklər. (Molekullar bu şəkildə hərəkət etdikdə, hərəkət etdikləri deyilir aşağı onların konsentrasiya qradiyenti.) Pasif daşımanın üç ümumi növünə sadə diffuziya, osmos və asanlaşdırılmış diffuziya daxildir.

Sadə diffuziya hissəciklərin yüksək konsentrasiyalı ərazidən aşağı konsentrasiyalı sahəyə hərəkətidir. Bir neçə ümumi nümunə bu konsepsiyanı izah etməyə kömək edəcəkdir. Təsəvvür edin ki, qapalı vanna otağındasınız. Bir şüşə ətir səpilsəydi, qoxu molekulları təbii olaraq şüşəni buraxdıqları yerdən banyonun bütün künclərinə yayılacaq və bu diffuziya konsentrasiya qradiyenti qalmayana qədər davam edəcək. Başqa bir misal, bir stəkan çaya qoyulmuş bir qaşıq şəkərdir. Nəhayət, şəkər konsentrasiya gradienti qalmayana qədər çay boyunca yayılacaq. Hər iki halda, otaq daha isti və ya çay daha isti olarsa, diffuziya daha da sürətlə baş verir, çünki molekullar bir-birinə çırpılır və soyuq temperaturdan daha sürətli yayılır. 98,6 ° F ətrafında daxili bədən istiliyinə sahib olmaq, bədən daxilində hissəciklərin yayılmasına da kömək edir.

Diffuziyanı və onun məhluldakı molekulların kinetik enerjisi ilə necə hərəkət etdiyini görmək üçün bu linkə daxil olun. Temperatur diffuziya sürətinə necə təsir edir və niyə?

Plazma membranı kimi yarımkeçirici membranın bir tərəfində daha çox konsentrasiyada maddə mövcud olduqda, membran boyunca konsentrasiya qradiyenti ilə aşağı hərəkət edə bilən hər hansı bir maddə bunu edəcək. Hüceyrə membranının lipid qatından asanlıqla yayıla bilən maddələri, məsələn, oksigen qazları (O2) və CO2. O2 ümumiyyətlə hüceyrələrə yayılır, çünki onların xaricində daha çox cəmləşmişdir və CO2 adətən hüceyrələrdən yayılır, çünki onların içərisində daha çox cəmləşmişdir. Bu nümunələrin heç biri hüceyrə tərəfindən heç bir enerji tələb etmir və buna görə də membran boyunca hərəkət etmək üçün passiv nəqliyyatdan istifadə edirlər. Davam etməzdən əvvəl hüceyrə membranı boyunca yayıla bilən qazları nəzərdən keçirməlisiniz. Hüceyrələr metabolizm zamanı oksigeni sürətlə istifadə etdiyinə görə, adətən daha az O konsentrasiyası olur2 xaricdən daha çox hüceyrə daxilində. Nəticədə, oksigen interstisial mayedən birbaşa membranın lipid qatından keçərək hüceyrə daxilində sitoplazmaya diffuzasiya ediləcək. Digər tərəfdən, çünki hüceyrələr CO istehsal edir2 maddələr mübadiləsinin əlavə məhsulu kimi, CO2 konsentrasiyası sitoplazmada yüksəlir, buna görə də CO2 hüceyrədən lipid ikiqat təbəqəsi vasitəsilə və onun konsentrasiyasının aşağı olduğu interstisial mayeyə keçəcək. Molekulların daha çox cəmləşdikləri yerdən daha az konsentrasiya olduqları yerə yayılmasının bu mexanizmi sadə diffuziya adlanan passiv daşınma formasıdır (Şəkil 3.15).

Osmos suyun yarımkeçirici membran vasitəsilə yayılmasıdır (Şəkil 3.16). Su zülal kanalları vasitəsilə və ya membranın özünün lipid quyruqları arasında sürüşərək bütün hüceyrələrin hüceyrə membranı boyunca sərbəst hərəkət edə bilər. Bununla birlikdə, suyun hüceyrəyə, hüceyrədən kənara və ya hər ikisinə keçib-keçməyəcəyini müəyyən edən suda həll olunan maddələrin konsentrasiyasıdır.

Məhluldakı məhlullar osmotik təzyiq yaradır, suyu çəkən təzyiq. Osmoz hüceyrənin xaricində və hüceyrə daxilində həll olunan maddələr arasında balanssızlıq olduqda baş verir. Məhlulda nə qədər çox məhlul varsa, məhlulun osmotik təzyiqi bir o qədər yüksək olacaqdır. Başqa bir məhluldan daha çox məhlul konsentrasiyası olan məhlul deyilir hipertonik. Su molekulları hipertonik məhlulda yayılmağa meyllidir, çünki daha yüksək osmotik təzyiq suyu çəkir (Şəkil 3.17). Hüceyrə hipertonik məhlulda yerləşdirilirsə, hüceyrələr büzüşür və ya crenate kimi su osmos yolu ilə hüceyrəni tərk edir. Bunun əksinə olaraq, məhlulların konsentrasiyası digər məhluldan daha az olan məhlul deyilir hipotonik. Hipotonik bir məhluldakı hüceyrələr çox su qəbul edəcək və nəticədə partlama riski ilə şişəcək. lizis. Canlılarda homeostazın kritik cəhəti bədənin bütün hüceyrələrinin izotonik məhlulda, iki məhlulda eyni məhlul konsentrasiyasına (bərabər osmotik təzyiq) malik olduğu bir mühit yaratmaqdır. Hüceyrələr və onların hüceyrədənkənar mühitləri izotonik olduqda, su molekullarının konsentrasiyası hüceyrələrin xaricində və içərisində eyni olur, buna görə də su həm içəriyə, həm də xaricə axır və hüceyrələr öz normal formasını (və funksiyasını) saxlayırlar. Müxtəlif orqan sistemləri, xüsusən də böyrəklər, bu homeostazı qorumaq üçün çalışır.

Asanlaşdırılmış diffuziya ölçülərinə və/və ya qütblərinə görə lipid ikiqatını keçə bilməyən maddələr üçün istifadə olunan diffuziya prosesidir (Şəkil 3.18). Asanlaşdırılmış diffuziyanın ümumi nümunəsi, qlükozanın ATP yaratmaq üçün istifadə edildiyi hüceyrəyə hərəkətidir. Qlükoza hüceyrənin xaricində daha çox konsentrə ola bilsə də, həm böyük, həm də qütb olduğu üçün sadə diffuziya yolu ilə lipid ikiqatını keçə bilməz. Bunu həll etmək üçün qlükoza daşıyıcısı adlanan xüsusi daşıyıcı zülal qlükoza molekullarını hüceyrəyə köçürərək onun daxilə yayılmasını asanlaşdıracaq. Amin turşuları kimi hüceyrəyə keçmək və ya tullantılar kimi hüceyrədən çıxmaq üçün asanlaşdırılmış diffuziyaya məruz qalmalı olan bir çox başqa məhlullar var. Asanlaşdırılmış diffuziya passiv bir proses olduğundan, hüceyrənin enerji xərcləməsini tələb etmir.

Aktiv Nəqliyyat

Yuxarıda təsvir edilən bütün nəql üsulları üçün hüceyrə heç bir enerji sərf etmir. Maddələrin passiv daşınmasına kömək edən membran zülalları bunu ATP istifadə etmədən edir. Aktiv daşınma zamanı ATP bir maddənin membrandan keçməsi tələb olunur, çox vaxt protein daşıyıcılarının köməyi ilə və adətən qarşı onun konsentrasiyası qradiyenti. Aktiv nəqliyyatın ən çox yayılmış növlərindən biri nasos kimi xidmət edən zülalları əhatə edir. “Nasos” sözü, yəqin ki, velosiped və ya basketbol topunun təkərini vurmaq üçün enerjidən istifadə etmək düşüncələrini ağlınıza gətirir. Eynilə, bu membran zülallarına maddələrin - molekulların və ya ionların - membran boyunca, adətən onların konsentrasiya qradiyenti ilə (aşağı konsentrasiyalı ərazidən yüksək konsentrasiya sahəsinə) daşınması üçün ATP enerjisi tələb olunur. The natrium-kalium nasosu , N + /K + ATPase də adlanır, kalium hüceyrəyə hərəkət edərkən natriumu hüceyrədən çıxarır. Na + / K + nasosu bir çox hüceyrə növünün membranlarında olan vacib bir ion nasosudur. Bu nasoslar daim natrium ionlarını pompalayan və hüceyrə membranlarında elektrik gradientini saxlamaq üçün kalium ionlarını çəkən sinir hüceyrələrində xüsusilə çoxdur. An elektrik gradienti fəzada elektrik yükünün fərqidir. Məsələn, sinir hüceyrələrinə gəldikdə, elektrik gradienti hüceyrənin daxili və xarici hissələri arasında mövcuddur, içərisi xaricə nisbətən mənfi yüklüdür (təxminən -70 mV). Mənfi elektrik qradiyenti saxlanılır, çünki hər bir Na + /K + nasosu istifadə olunan hər bir ATP molekulu üçün hüceyrədən üç Na + ionunu və iki K + ionunu hüceyrəyə köçürür (Şəkil 3.19). Bu proses sinir hüceyrələri üçün o qədər vacibdir ki, onların ATP istifadəsinin çox hissəsini təşkil edir.

Aktiv nəqliyyatın digər formaları membran daşıyıcılarını əhatə etmir. Endositoz ("hüceyrəyə" gətirmə) hüceyrənin hüceyrə membranının bir hissəsinə daxil olan materialı udması və sonra membranın həmin hissəsini sıxaraq çıxarması prosesidir (Şəkil 3.20). Sıxıldıqdan sonra membranın hissəsi və onun tərkibi müstəqil, hüceyrədaxili vezikülə çevrilir. A vezikül membranlı kisədir - lipid ikiqatlı membranla məhdudlaşan sferik və içi boş orqanoid. Endositoz tez-tez parçalanmalı və ya həzm edilməli olan materialları hüceyrəyə gətirir. Faqositoz (“hüceyrə yemək”) böyük hissəciklərin endositozudur. Bir çox immun hüceyrələri işğalçı patogenlərin faqositozunda iştirak edir. Kiçik Pac-men kimi, onların işi bakterial hüceyrələri işğal etmək, onları faqositləşdirmək və həzm etmək kimi arzuolunmaz maddələr üçün bədən toxumalarını patrul etməkdir. Faqositozdan fərqli olaraq, pinositoz (“hüceyrə içmək”) tərkibində həll olunmuş maddələr olan mayeni membran vezikülləri vasitəsilə hüceyrəyə gətirir. Faqositoz və pinositoz hüceyrədənkənar materialın böyük hissələrini alır və onlar adətən gətirdikləri maddələrdə yüksək selektiv deyillər. Hüceyrələr reseptor vasitəçiliyi ilə endositoz vasitəsilə xüsusi maddələrin endositozunu tənzimləyir.Reseptor vasitəçiliyi ilə endositoz hüceyrə membranının müəyyən bir maddə üçün spesifik olan çoxlu reseptorları ehtiva edən bir hissəsi tərəfindən endositozdur. Səth reseptorları kifayət qədər miqdarda xüsusi maddəni (reseptorun liqandını) bağladıqdan sonra hüceyrə hüceyrə membranının reseptor-liqand komplekslərini ehtiva edən hissəsini endositozlayacaq. Hemoqlobinin zəruri komponenti olan dəmir bu şəkildə qırmızı qan hüceyrələri tərəfindən endositozlanır.

Endositozdan fərqli olaraq, ekzositoz (“hüceyrədən çıxarmaq”) vezikulyar nəqliyyatdan istifadə edərək hüceyrənin material ixrac etməsi prosesidir (Şəkil 3.21). Bir çox hüceyrə, ixrac üçün məhsul istehsal edən bir fabrik kimi ifraz edilməli olan maddələr istehsal edir. Bu maddələr adətən hüceyrə daxilində membrana bağlı veziküllərə qablaşdırılır. Vezikül membranı hüceyrə membranı ilə birləşdikdə, vezikül tərkibini interstisial mayeyə buraxır. Sonra vezikül membranı hüceyrə membranının bir hissəsinə çevrilir. Mədə və mədəaltı vəzinin hüceyrələri ekzositoz yolu ilə həzm fermentləri istehsal edir və ifraz edir (Şəkil 3.22). Endokrin hüceyrələr bütün bədənə göndərilən hormonları istehsal edir və ifraz edir, bəzi immun hüceyrələr isə immun reaksiyaları üçün vacib olan çoxlu miqdarda histamin istehsal edir və ifraz edirlər.


Nə üçün plazma membranının qütb tərəfi qeyri-polyar diffuziyanı bloklamır? - Biologiya


Membran strukturunun nəzərdən keçirilməsi

    Plazma membranı hüceyrələrin fəaliyyətində və orqanizmlərin həyat proseslərində həlledici rol oynayır.

periferiyada hidrofobik maneə əmələ gətirir.

    Necə fosfolipidlər ikiqat membran əmələ gətirmək üçün sulu mühitdə reaksiya verirmi?

    Membran zülalları niyə bu qədər vacibdir və onlar membranda necə yerləşdirilir?

Molekullar plazma membranından necə keçir?

    Plazma membranı seçici keçirici hidrofobik molekullardır və kiçik qütb molekulları lipid təbəqəsi vasitəsilə yayıla bilər, lakin ionlar və böyük qütb molekulları keçə bilməz.

    Kanallar meydana gətirən zülallar suyun və digər hidrofilik molekulların daşınmasını təmin etmək üçün istifadə edilə bilər, bu kanallar tez-tez nəql sürətini tənzimləmək üçün bağlanır.

    Ekzositoz prosesi hüceyrədən böyük molekulları xaric edir və hüceyrə ifrazı üçün istifadə olunur.


Plazma membranında müxtəlif növ zülallar var. Bəziləri bu maneənin səthində, bəziləri isə içəriyə yerləşdirilib. Zülallar hüceyrə üçün kanal və ya reseptor kimi çıxış edə bilər.

İnteqral membran zülalları fosfolipid ikiqatının daxilində yerləşir. Onların əksəriyyəti transmembran zülallardır, yəni onların hissələri iki qatın hər iki tərəfində görünür, çünki onlar yapışırlar.

Ümumiyyətlə, inteqral zülallar qlükoza kimi daha böyük molekulların daşınmasına kömək edir. Digər inteqral zülallar ionlar üçün kanal rolunu oynayır.

Bu zülalların fosfolipidlərdə olanlara bənzər qütb və qeyri-qütb bölgələri var. Digər tərəfdən, periferik zülallar fosfolipid iki qatının səthində yerləşir. Bəzən onlar inteqral zülallara bağlanırlar.


4.3: Membran Nəqliyyat Zülalları

  • E. V. Wong tərəfindən töhfə
  • Axolotl Academica Nəşriyyatı (Biologiya) Axolotl Academica Nəşriyyatında

Membran zülalları iki əsas növdə olur: birbaşa fosfolipid iki qatına daxil olan inteqral membran zülalları (bəzən daxili adlanır) və çox yaxın və ya hətta bir üzü ilə təmasda olan periferik membran zülalları (bəzən xarici adlanır). membran, lakin ikiqatlının hidrofobik nüvəsinə uzanmayın. İnteqral membran zülalları həm hüceyrədənkənar mühitlə, həm də sitoplazma ilə təmasda olan membran vasitəsilə tamamilə uzana bilər və ya yalnız qismən membrana daxil ola bilər (hər iki tərəfdən) və yalnız sitoplazma və ya hüceyrədənkənar mühitlə təmasda ola bilər. Membran nüvəsində tamamilə basdırılan məlum zülallar yoxdur.

İnteqral membran zülalları (Şəkil (PageIndex<9>)) hidrofobik qüvvələr tərəfindən möhkəm saxlanılır və onların lipidlərdən təmizlənməsi üçün üzvi həlledicilər (məsələn, metanol) və ya yuyucu vasitələr (məsələn, SDS, Triton X-100). İki qatın təbiətinə görə, membranın hidrofobik nüvəsində yerləşən inteqral membran zülallarının hissəsi adətən çox hidrofobik xarakter daşıyır və ya membran nüvəsi ilə qarşılıqlı əlaqədə olmaq üçün xaricə baxan hidrofobik qalıqlara malikdir. Bu transmembran domenləri adətən Şəkil 8 və 14-də təsvir olunan iki formadan birini alır: alfa spiralları - ya ayrılıqda, ya da digər alfa spiralları ilə dəstdə və ya barel divarlarının beta qatlı təbəqələrdən tikildiyi çəlləkvari əlavələr. Hidrofobik əlavələr, zülalın hidrofobik hissəsinin yerindən sürüşməsinin qarşısını almaq üçün sulu mühit və qütb baş qrupları ilə qarşılıqlı əlaqədə olan qısa bir sıra qütb və ya yüklü qalıqlarla məhdudlaşır. Bundan əlavə, zülallar bir neçə membranı əhatə edən sahələrə malik ola bilər.

Şəkil (PageIndex<9>). İnteqral (narıncı) və periferik (mavi) membran zülalları bir fosfolipid iki qatına yerləşdirilir.

Periferik membran zülalları (həmçinin Şəkil (PageIndex<9>)-də göstərilmişdir) strukturlarına görə daha az proqnozlaşdırıla biləndir, lakin membrana ya inteqral membran zülalları ilə qarşılıqlı təsir yolu ilə, ya da kovalent bağlanmış lipidlər vasitəsilə bağlana bilər. Periferik membran zülallarında ən çox görülən belə modifikasiyalar yağ asilasiyası, prenilləşmə və qlikosilfosfatidilinositol (GPI) ankerləri ilə əlaqədir. Yağlı asilasiya çox vaxt zülalın miristoylaşması (14:0 asil zəncir) və palmitoilasiyası (16:0 zəncir) olur. Bir zülal birdən çox zəncirlə asilləşdirilə bilər, baxmayaraq ki, bir və ya iki asil qrupu ən çox yayılmışdır. Bu yağlı asil zəncirləri fosfolipid iki qatının nüvəsinə sabit şəkildə daxil olur. Miristollaşdırılmış zülallar müxtəlif bölmələrdə olduğu halda, demək olar ki, bütün palmitoilləşdirilmiş zülallar plazma membranının sitoplazmik üzündə yerləşir. Prenilatlanmış zülallar, əksinə, ilk növbədə hüceyrədaxili membranlara yapışmış olurlar. Prenilləşmə izoprenoidlərin zülala kovalent bağlanmasıdır - ən çox izopren (a C5 karbohidrogen), farnesil (C15) və ya geranilgeranil (C20) qrupları (Şəkil (PageIndex<10>)). GPI lövbərləri (Şəkil (PageIndex<11>)) yalnız hüceyrənin xarici səthindəki zülallarda olur, lakin onların strukturlarında və funksiyalarında başqa ümumilik görünmür.

Şəkil (PageIndex<10>). Prenilyasiya Şəkil (PageIndex<11>). GPI ilə əlaqəli zülallar C-terminal karboksil qrupu ilə üç mannoz qalıqlarının əsas tetrasaxaridinə və bir N-asetilqlükoazminə bağlı olan fosfoetanolaminlə əlaqələndirilir, sonuncusu isə fosfatidilinositol ilə qlikozid əlaqəsi ilə bağlıdır.

Əlbəttə ki, bütün membran zülalları, hətta bütün transmembran zülallar daşıyıcı deyil və membran zülallarının bir çox digər funksiyaları - reseptorlar, yapışma molekulları, siqnal molekulları və struktur molekullar kimi - sonrakı fəsillərdə müzakirə olunacaq. Burada diqqət hüceyrə membranı boyunca molekulların daşınmasını asanlaşdırmaqda membran zülallarının roluna yönəldilmişdir.

Membran vasitəsilə daşınma ya passiv ola bilər, məhlul yüksək konsentrasiyadan aşağı konsentrasiyaya doğru hərəkət edərkən heç bir xarici enerji mənbəyi tələb olunmur, ya da məhlulun aşağı konsentrasiyadan yüksək konsentrasiyaya keçdiyi zaman enerji sərfiyyatı tələb edən aktiv ola bilər (Şəkil (PageIndex<12>)) .

Şəkil (PageIndex<12>). Na ionları və heyvan hüceyrələri üçün passiv daşınma daxilidir, Na+-nı hüceyrənin xaricindəki yüksək konsentrasiyadan içəridəki aşağı konsentrasiyaya göndərir. Aktiv nəqliyyat, hüceyrənin içindəki aşağı konsentrasiyadan xaricdəki daha yüksək konsentrasiyaya bir Na + ionunu itələmək üçün ATP hidrolizi kimi enerji tələb edir.

Passiv nəqliyyat həmçinin vasitəçi olmayan nəqliyyata bölünə bilər, burada həll olunan maddələrin hərəkəti yalnız diffuziya ilə müəyyən edilir və həll olunan maddə nəqliyyat zülalına ehtiyac duymur və nəqliyyat zülalının kömək etmək üçün tələb olunduğu vasitəli passiv daşıma (aka asanlaşdırılmış diffuziya) məhlul yüksək konsentrasiyadan aşağı konsentrasiyaya keçir. Bu, bəzən uyğunlaşma dəyişikliyini ehtiva etsə də, bu proses üçün heç bir xarici enerji tələb olunmur. Vasitəçi olmayan passiv daşınma yalnız membranda həll olunan kiçik qeyri-polyar molekullara aiddir və hərəkətin kinetikası diffuziya, membranın qalınlığı və elektrokimyəvi membran potensialı ilə idarə olunur. Aktiv nəqliyyat həmişə vasitəçi nəqliyyat prosesidir.

Şəkil (PageIndex<13>). Vasitəçi olmayan və Vasitəçi nəqliyyat: axın və konsentrasiya.

Şəkil (PageIndex<13>)-də məhlul axını ilə ilkin konsentrasiyanı müqayisə etsək, vasitəçi olmayan daşınma üçün xətti əlaqənin olduğunu görürük, halbuki vasitəli passiv daşınma (və buna görə də aktiv nəqliyyat) doyma effekti göstərir. həll olunan maddənin keçməsinə imkan verən mövcud zülalların sayının məhdudlaşdırıcı amili. Bütün daşıyıcıları və ya kanalları daim işğal etmək üçün kifayət qədər məhlul olduqda, maksimal ux-a çatacaq və konsentrasiyanın artması bu həddi aşa bilməz. Bu, daşıyıcı zülalın növündən asılı olmayaraq doğrudur, baxmayaraq ki, bəziləri daşımada digərlərinə nisbətən daha yaxından iştirak edirlər.

Zülal daşıyıcılarına əlavə olaraq, ionların membranlar vasitəsilə hərəkətini asanlaşdıran başqa üsullar da var. İonoforlar, ionların membranlardan keçməsinə kömək edən, tez-tez (lakin yalnız deyil) bakteriyalar tərəfindən yaradılan kiçik üzvi molekullardır. Bir çox ionoforlar, membranların xüsusi ionlara sızmasına səbəb olan, membranın elektrokimyəvi potensialını və hüceyrənin kimyəvi tərkibini dəyişdirərək fəaliyyət göstərən antibiotiklərdir. İonoforlar yalnız passiv nəqliyyat mexanizmidir və iki növə bölünür.

Birinci növ ionofor, demək olar ki, tamamilə membrana daxil edilmiş, xüsusi bir ionu bağlayan və əhatə edən, onu lipiddən qoruyan və sonra onu hüceyrə membranından keçirən kiçik, əsasən hidrofobik bir daşıyıcıdır. Ən çox öyrənilmiş daşıyıcı tipli ionofor K+ ilə birləşən valinomisindir. Valinomisin 12 qalıqlı siklik depsipeptiddir (amid və ester bağlarını ehtiva edir) alternativ d- və l- amin turşularıdır. Karbonil qruplarının hamısı ionla qarşılıqlı əlaqədə olmaq üçün içəriyə baxır, hidrofobik yan zəncirlər isə membranın lipidinə xaricə baxır. Daşıyıcı ionoforlar mütləq peptidlər deyildir: sənaye kimyəvi 2,4-dinitrofenol H+ daşıyıcısıdır və ətraf mühitin tullantıları üçün mühüm əhəmiyyət kəsb edir və nistatin, göbələk əleyhinə müalicə üçün istifadə olunur. Candida albicans İnsanlarda infeksiyalar, K+ daşıyıcısıdır.

İkinci növ daşıyıcı hədəf membranda kanallar əmələ gətirir, lakin yenə də zülal deyil. Qramisidin prototip nümunədir, anti-qram-müsbət antibakterialdır (qramisidin mənbəyi istisna olmaqla, qram-müsbət Bacillus brevis) və Na +, K + və H + kimi monovalent kationlar üçün ionofor kanalı. Anionları keçirməz və ikivalentli Ca 2+ kationu ilə bloklana bilər. Valinomisin kimi, qramisidin A da alternativ d- və l- amin turşularından ibarətdir, bunların hamısı hidrofobikdir (l-Val/Ile-Gly-l-Ala-d-Leu-l-Ala-d-Val-l -Val-d-Val-l-Trp-d-Leu-l-Trp-d-Leu- l-Trp-d-Leu-l-Trp). Qramisidin A, b-spiral kimi tanınan sıxılmış b təbəqə quruluşu yaratmaq üçün membranda dimerləşir. Dimerləşmə N-terminaldan N-terminalına qədər əmələ gəlir, Trp qalıqlarını membranın xarici kənarlarına doğru yerləşdirir, qütb NH qrupları ilə hüceyrədənkənar və sitoplazmik səthlərə doğru məsamələri lövbərləyir.

Kanallar, adından da göründüyü kimi, hüceyrənin bir tərəfindən digərinə keçidi təmin edən, mahiyyət etibarı ilə ötürülmə sistemləridir. Kanallar qapalı ola bilsələr də - məsələn, membran potensialında və ya ligand bağlanmasında dəyişikliklərə cavab olaraq açılıb bağlana bilirlər - onlar məhlulları sıx bağlamadan və uyğunlaşmada dəyişiklik etmədən yüksək sürətlə keçməyə imkan verir. Məhlul yalnız yüksək konsentrasiyadan aşağı konsentrasiyaya doğru kanallar vasitəsilə hərəkət edə bilər. Aşağıda təsvir olunan kalium kanalı (Şəkil (PageIndex<14>)A) misaldır: kanaldan sürətli keçid üçün K+ ionlarını müvəqqəti olaraq yerləşdirən düzlənmiş karbonil oksigenlərin seçiciliyi (14B) var, lakin o, K+-nı heç bir əhəmiyyətli dövr üçün bağlamır və qarşılıqlı təsir nəticəsində kanal heç bir konformasiya dəyişikliyinə məruz qalmır. Daha kiçik Na + ionları K+ kanalından keçə bilər (və nadir hallarda olur), lakin onlar K+ filtri tərəfindən düzgün yerləşdirilə bilməyəcək qədər kiçik olduqları üçün adətən geri çıxırlar. Qeyd etmək lazımdır ki, bu kanal tetramerdir (14C) və (14A) kəsişmə diaqramı aydınlıq üçün kanalın yalnız yarısını göstərir.

Şəkil (PageIndex<14>). (A) İki alt bölməni göstərən tetramerik K + kanalının yarısı. (B) A qutusunda yerləşdirilmiş seçicilik göstəricisinin təfərrüatı. (C) RCSB Zülal Məlumat Bankından əldə edilən məlumatlardan yaradılan yuxarıdan aşağı təsvir.

&ldquochannels&rdquo adlanan zülalların əksəriyyəti çoxlu alfa-spirallarla əmələ gəlsə də, porinlər silindrik beta təbəqə ilə əmələ gəlir. Hər iki halda, məhlullar yalnız konsentrasiya qradiyenti ilə yüksəkdən aşağıya doğru hərəkət edə bilər və hər iki halda məhlullar məsamə və ya kanalla əhəmiyyətli əlaqə yaratmır. Membran nüvəsi ilə qarşılıqlı əlaqədə olan hidrofobik yan zəncirləri kənarda yerləşdirən beta lent boyunca hidrofilik/hidrofobik qalıqların dəyişməsi səbəbindən məsamənin daxili hissəsi adətən hidrofilik olur.

Şəkil (PageIndex<15>).

Porinlər ilk növbədə qram-mənfi bakteriyalarda, bəzi qram-müsbət bakteriyalarda və eukariotların mitoxondri və xloroplastlarında olur. Onlar ümumiyyətlə eukariotların plazma membranında tapılmır. Həmçinin, adlarının oxşarlığına baxmayaraq, onların struktur olaraq aquaporinlərlə əlaqəsi yoxdur, bu kanallar suyun hüceyrələrə daxil və xaricə yayılmasını asanlaşdırır.

Nəqliyyat zülalları kanallardan və ya məsamələrdən çox fərqli işləyir. Nisbətən sürətli məhlulların membrandan keçməsini təmin etmək əvəzinə, daşıyıcı zülallar həll olunan maddələri membranın bir tərəfində həll olunan maddə ilə bağlayaraq, membranın digər tərəfinə gətirmək üçün konformasiyanı dəyişdirərək diskret kvantlarda hərəkət edir. , sonra həll olunan maddəni buraxır. Bu daşıyıcı zülallar qlükoza daşıyıcıları kimi fərdi həll olunan molekullarla işləyə bilər və ya çoxlu məhlulları hərəkət etdirə bilər. Qlükoza daşıyıcılarıdır passiv nəqliyyat zülallar, buna görə də onlar yalnız qlükozanı daha yüksək konsentrasiyadan aşağı konsentrasiyaya köçürür və xarici enerji mənbəyinə ehtiyac duymurlar. Dörd izoforma strukturca çox oxşardır, lakin heyvanda toxuma paylanmasına görə fərqlənir: məsələn, GLUT2 əsasən pankreasın b hüceyrələrində, GLUT4 isə əsasən əzələ və yağ hüceyrələrində olur.

Digər tərəfdən klassik nümunə bir aktiv nəqliyyat zülal, Na + /K + antiport kimi tanınan Na + /K + ATPaz, həm Na + və K + ionlarını qradientə qarşı hərəkət etdirmək üçün lazım olan konformasiya dəyişikliklərini gücləndirmək üçün ATP hidrolizindən gələn enerjidən istifadə edir. Şəkil (PageIndex<16>)-a istinad edərək, istirahət vəziyyətində Na + /K + ATPaz sitoplazmaya açıqdır və üç Na + ionunu bağlaya bilər (1). Üç Na + bağlandıqdan sonra, daşıyıcı ATP molekulunun hidrolizini kataliz edə bilər, bir fosfat qrupunu çıxarır və onu ATPazın özünə ötürə bilər (2). Bu, zülalı hüceyrədənkənar boşluğa açan konformasiya dəyişikliyinə səbəb olur və həmçinin ion bağlama yerini dəyişdirir ki, Na + artıq yüksək yaxınlıq ilə bağlanmır və aşağı düşür (3). Bununla belə, bu konformasiya dəyişikliyində ion bağlayan yerin spesifikliyi də dəyişir və bu yeni yerlər K+ ionları üçün yüksək yaxınlığa malikdir (4). İki K + bağlandıqdan sonra, əlavə edilmiş fosfat qrupu sərbəst buraxılır (5) və başqa bir konformasiya dəyişikliyi daşıyıcı zülalını orijinal konformasiyasına qaytarır, K +-nın sitoplazmaya buraxılmasına imkan vermək üçün K + bağlanma yerlərini dəyişdirir (6), və Na + yaxınlığını bir daha ortaya qoyur.

Şəkil (PageIndex<16>). Na + /K + ATPase ilə Aktiv Nəqliyyat. Bu ferment hüceyrədən üç Na + ionunu və iki K + ionunu hüceyrəyə itələyir, hər iki istiqamətdə qradientin əksinə gedir və ATP hidrolizindən enerji istifadə edir. [Qeyd: bəzi mətnlər bu fermentin fəaliyyətini Na+ və K+ üçün ayrı-ayrı bağlama yerləri ilə diaqramlaşdırır, lakin son kristalloqrafik sübutlar göstərir ki, konformasiya və spesifikliyi dəyişən yalnız bir ion bağlama yeri var.]

Na + /K + ATPase ATPazların P tipli ailəsinin üzvüdür. Nəqliyyatı idarə etmək üçün ATP hidrolizə edildikdə baş verən avtofosforlaşmaya görə adlandırılırlar. Bu ATPazlar ailəsinin digər görkəmli nümayəndələri Ca 2+-nı sitoplazmadan orqanoidlərə və ya hüceyrədən çıxaran Ca 2+ -ATPase və H + /K + ATPazdır, baxmayaraq ki, P-tipli H + də var. göbələk və bitki plazma membranlarında və bakteriyalarda nasoslar.

Ürək qlikozidləri (həmçinin ürək steroidləri) fermentin hüceyrədənkənar tərəfinə bağlanaraq Na + /K + ATPazanı inhibə edir. Bu dərmanlar, o cümlədən digitalis (bənövşəyi tülkü bitkisindən alınmış) və ouabain (ouabio ağacından alınmış) ürək sancmalarının intensivliyini artıran ürək dərmanlarıdır. Na + /K + ATPazın inhibisyonu [Na + ] artımına səbəb olur.in daha sonra ürəyin Na + /Ca 2+ antiportlarını aktivləşdirir, artıq natrium və Ca 2+ daxil olur. Artan [Ca 2+ ]sitoplazma sarkoplazmik retikulum tərəfindən qəbul edilir, əzələ daralmasına səbəb olmaq üçün sərbəst buraxıldıqda əlavə Ca 2+ əmələ gəlir və daha güclü daralmalara səbəb olur.

Na+ və ya K+-dan fərqli olaraq, Ca 2+ qradiyenti elektrokimyəvi membran potensialı və ya onun enerjisinin istifadəsi baxımından çox vacib deyil. Bununla belə, Ca 2+-nın sıx tənzimlənməsi fərqli bir şəkildə vacibdir: hüceyrədaxili siqnal kimi istifadə olunur. Ca 2+-nın siqnal kimi effektivliyini optimallaşdırmaq üçün onun sitoplazmik səviyyələri son dərəcə aşağı səviyyədə saxlanılır, Ca 2+ nasosları ionu ER (əzələlərdə SR), Qolji və hüceyrədən kənara itələyir. Bu nasoslar özləri protein kalmodulin vasitəsilə Ca 2+ səviyyələri ilə tənzimlənir. Aşağı Ca 2+ səviyyələrində nasos qeyri-aktivdir və nasosun özünün inhibitor sahəsi onun fəaliyyətinin qarşısını alır. Bununla belə, Ca 2+ səviyyəsi yüksəldikcə ionlar kalmodulinə bağlanır, Ca 2+ -kalmodulin kompleksi isə Ca 2+ nasosunun tormozlayıcı bölgəsinə bağlanaraq, inhibəni aradan qaldırır və artıq Ca 2+-nın xaric olmasına imkan verir. sitoplazmanın.

ATPazların daha üç ailəsi var: F-tipli ATPazlar bakteriyalarda və mitoxondriyalarda və xloroplastlarda proton nasoslarıdır ki, onlar da konsentrasiya qradiyenti boyunca protonlarla &ldquogeri&rdquo işləyərək ATP əmələ gətirə bilirlər. Onlar növbəti fəsildə (Metabolizm) müzakirə olunacaq. Həmçinin, turşu vəziküllərdə və bitki vakuollarında pH-ı tənzimləyən V tipli ATPazlar və nəhayət, anion daşıyan ATPazlar var.

Şəkil (PageIndex<17>). Symport və Antiport. Terminlər enerjiyə deyil, yalnız hüceyrənin içindəki və ya xaricindəki məhlulların istiqamətinə aiddir. Bu simportda Na+-nın hüceyrəyə passiv daşınmasından enerji buraxılması qlükozanın da aktiv şəkildə daşınması üçün istifadə olunur. Antiport nümunəsində, H + -nın hüceyrədən aktiv şəkildə daşınması üçün enerji təmin etmək üçün yenidən Na + nəqlindən istifadə olunur.

ATP-nin hidrolizi bir çox bioloji proseslər üçün ümumi enerji mənbəyi olsa da, nəqliyyat üçün yeganə enerji mənbəyi deyil. Bir məhlulun onun qradientinə qarşı aktiv daşınması digər məhlulun qradiyenti üzrə passiv daşınmasının enerjisi ilə birləşdirilə bilər. İki nümunə Şəkil (PageIndex<17>)-də göstərilmişdir: baxmayaraq ki, biri a simport (hər iki məhlul membranı eyni fiziki istiqamətdə keçir) və biri birdir antiport (iki məhlul membranı əks fiziki istiqamətlərdə keçir), onların hər ikisində bir məhlul öz qradiyenti ilə aşağı, bir məhlul isə konsentrasiya qradientinə qarşı yuxarı hərəkət edir. Belə olduğu kimi, biz Na + hərəkətindən bu iki nümunənin arxasında hərəkətverici qüvvə kimi istifadə etdik. Əslində, membran boyunca Na + gradient əksər heyvan hüceyrələri üçün son dərəcə vacib bir enerji mənbəyidir. Ancaq bu, bütün hüceyrələr, hətta bütün eukaryotik hüceyrələr üçün universal deyil. Əksər bitki hüceyrələrində və birhüceyrəli orqanizmlərdə H+ (proton) qradiyenti Na+-nın heyvanlarda etdiyi rolu oynayır.

Bəzi neyronlarda və sinir-əzələ birləşmələrində əzələ hüceyrələrində olan asetilkolin reseptorları (AchR) ligand qapılı ion kanallarıdır. Nörotransmitter (asetilxolin) və ya nikotin (nikotin tipli reseptorlar üçün) və ya muskarin (muskarinik tip reseptorlar üçün) kimi bir agonist reseptora bağlandıqda, kiçik kationların, ilk növbədə Na + və K + , təbii ki, əks istiqamətlərdə. Na + tələsik daha güclüdür və membranın ilkin depolarizasiyasına gətirib çıxarır ki, bu da ya neyronda, ya da əzələdə fəaliyyət potensialını işə salır, daralmaya səbəb olur.


Yüklənmiş ionlar

İon bir elektron itirdiyi və ya qazandığı üçün yüklənmiş bir molekuldur. Hüceyrə membranı ikiqat fosfolipidlərdən ibarətdir, daxili və xarici yüklü, hidrofilik "başlar" və hidrofobik və ya yüksüz olan yağ turşusu zəncirlərinin orta təbəqəsi. Yüklənmiş ionlar yağ və suyun qarışmadığı eyni səbəbdən hüceyrə membranına nüfuz edə bilməz: yüklənməmiş molekullar yüklü molekulları dəf edir. Hətta ən kiçik ionlar -- hidrogen ionları belə membranı təşkil edən yağ turşularından keçə bilmir. Hüceyrənin bir tərəfində bu tip ionların yüksək konsentrasiyası səbəbindən ionlar hüceyrəyə daxil olmaq "istəyərlərsə", bunu lipidlər arasında yerləşmiş zülal kanallarından daxil olaraq edə bilərlər.


2.6 Membran Nəqliyyatına İcmal

AP Biologiya kurikulumunun bu bölməsi – 2.6 Membran Nəqliyyatı – hüceyrələrin necə hərəkət etməsinin əsaslarını əhatə edir. idxal və ixrac onlara lazım olan maddələr. Aralarındakı fərqlərə baxaraq başlayacağıq aktiv və passiv nəqliyyat. Sonra, hər iki passiv nəqliyyata (o cümlədən diffuziya və asanlaşdırılmış diffuziya) və aktiv nəqliyyatın enerjidən asılı növləri. Hüceyrələrin endositoz yolu ilə böyük miqdarda materialı necə qəbul edə biləcəyini və hüceyrələrin ekzositoz vasitəsilə böyük miqdarda materialı necə ixrac edə biləcəyini də nəzərdən keçirəcəyik.

Aktiv nəqliyyat və passiv nəqliyyat arasındakı fərq sadədir – aktiv nəqliyyat enerji tələb edir. Görəcəyimiz kimi, aktiv nəqliyyat bu enerjini ATP-dən ala bilər və ya konsentrasiya qradiyentində saxlanılan potensial enerjidən istifadə edə bilər. Aktiv nəqliyyat bir maddəni hərəkət etdirdiyi üçün enerji tələb edir konsentrasiya gradientinə qarşı. Başqa sözlə, molekullar az konsentrasiyalı bir sahədən yüksək konsentrasiya sahəsinə keçir.

Əksinə, passiv nəqliyyat enerji tələb etmir. Heç bir enerji tələb olunmur, çünki passiv nəqliyyatın bütün formaları molekulları yüksək konsentrasiyalı ərazidən aşağı konsentrasiyalı sahəyə köçürür. Passiv nəqliyyata plazma membranı vasitəsilə sadə diffuziya, həmçinin ion kanalları və daşıyıcı zülallar vasitəsilə asanlaşdırılmış diffuziya daxildir. Bu nəqliyyat növlərinin hər birinə daha yaxından nəzər salaq.

Passiv nəqliyyat enerji tələb etmir, çünki molekullar hər halda hərəkət edəcəkləri istiqamətdə – yüksək konsentrasiyadan aşağı konsentrasiyaya doğru hərəkət edirlər. Passiv nəqliyyatın iki əsas növü var: sadə diffuziya və asanlaşdırılmış diffuziya. Gəlin daha yaxından nəzər salaq sadə diffuziya.

Bəzi molekullar (oksigen, su və karbon dioksid kimi) plazma membranından keçə biləcək qədər kiçikdir. Oksigen və karbon qazıdır Qütbsüz, yüksüz molekullar. Bu o deməkdir ki, lipid iki qatının hidrofobik nüvəsi onların keçməsini effektiv şəkildə maneə törətmir. Su isə a qütb molekulu, yük daşımır. Beləliklə, konsentrasiya gradientləri və ya təzyiq dəyişiklikləri onu hərəkət etməyə məcbur etdikdə su hələ də plazma membranından sürüşə bilər. Su membrandan keçdikdə buna deyilir osmos, və biz bölmə 2.8-də bu fenomeni daha yaxından nəzərdən keçirəcəyik. İndi isə gəlin asanlaşdırılmış nəqliyyata nəzər salaq.

Asanlaşdırılmış nəqliyyat ionlar və böyük molekullar üçün tələb olunur. İonlar plazma membranından keçə bilmirlər, çünki onlar yük daşımaq and are blocked by the hydrophobic core. So, they must pass through hollow proteins known as channel proteins. Large molecules, such as glucose, are simply too large and polar to pass through the small gaps in the plasma membrane. These molecules are also too large for channel proteins, so they require a special daşıyıcı protein. These large molecules enter the carrier protein and bind to the active site – which changes the conformation of the protein. This change causes the protein to open on the other side of the membrane, releasing the molecule and resetting the process. We will cover both of these transport proteins further in section 2.7.

Aktiv Nəqliyyat requires energy because it is moving molecules from an area of low concentration to an area of high concentration. Unlike most forms of passive transport, active transport is directional – that is, it transports a specific substance in only one direction. There are three main types of proteins that engage in active transport.

A uniport (or sometimes uniporter) uses energy to actively pump 1 type of substance against its concentration gradient.

A simport (or symporter) moves two substances at the same time, in the same direction across the cell membrane. Some symporters are moving both molecules against their gradient, while others use the energy from one substance’s gradient to power the movement of another molecule against a gradient.

An antiport (or antiporter) moves two substances across the membrane but in opposite directions. Antiporters can also use one molecule’s gradient to power the movement of another molecule against the gradient.

There are two types of energy that can be used to power active transport: primary and secondary.

İlkin aktiv nəqliyyat requires chemical energy from ATP or other energy-transporting molecules. The ATP molecule reacts with the transporter protein, removing a phosphate group and releasing energy into the protein’s molecular structure. This allows the protein to grab onto a substrate molecule and move it through the membrane against the concentration gradient.

Əksinə, secondary active transport does not rely on chemical energy molecules like ATP. Instead, secondary active transport relies on the potential energy stored in a concentration gradient. For example, a sodium/calcium antiporter is using the energy stored in the sodium concentration gradient to move calcium against its concentration gradient. Three sodium molecules move into the antiporter, pushed by the concentration gradient. The antiporter then takes up one calcium ion. The energy from the sodium gradient forces a conformational change, forcing the calcium ion out of the cell against its concentration gradient!

Cells use a wide variety of integral membrane proteins to build up these chemical gradients and use them to power the movement of other substances across their cell membranes!

Next up, let’s look at some forms of membrane transport that are on a much larger scale than individual membrane proteins. Endocytosis and exocytosis are how the cell can import or export large amounts of material at the same time using large folds of the plasma membrane. The difference is simple to remember if you break down the words.

“Endo” means within or into, whereas cytosis refers to cells. Belə ki, Endositoz means “into the cell”. Cells use endocytosis to take in large molecules, create food vesicles, and even “eat” smaller cells.

By contrast, “exo” means external or out of. Belə ki, Ekzositoz means out of the cell. Cells use exocytosis to dump entire vesicles into the external environment.

Endocytosis and exocytosis are both forms of active transport because it takes a lot of energy to form vesicles and move them around the cell using the cytoskeleton. Let’s take a look at the different kinds of endocytosis and exocytosis.

There are three main types of endocytosis that cells use to intake large quantities of material: phagocytosis, pinocytosis, and receptor-mediated endocytosis.

Faqositoz is how cells take in very large macromolecules and even smaller cells. For instance, entire bacterial cells can be eaten by white blood cells. The cell membrane wraps itself around the large object, then pinches off into a food vacuole. A lysosome will merge with the food vacuole, digesting its contents so the cell can use them.

Oxşar, pinocytosis takes in a large quantity of water and substances by creating an inward fold of the cell membrane. The folds are generally much smaller than with phagocytosis. In this case, the cell simply sucks in water and smaller substances that are dissolved in water. This is a good way for a cell to take in a large quantity of water and nutrients at the same time.

But, cells can use receptor-mediated endocytosis to take in a large quantity of very specific substances. For instance, this is how your body transfers and recycles molecules like cholesterol, which would otherwise get stuck in the plasma membrane. Cholesterol is bonded to protein molecules, making lipoproteins. These lipoproteins can bind to specific receptors on the cell’s surface. When enough receptors have been activated, this entire portion of the cell membrane undergoes endocytosis. The vacuole merges with a liposome, it is digested completely, and the components of the original cholesterol can be recycled.

For the same reason that cells need to use entire portions of the cell membrane to intake substances, there are many uses for expelling substances with a similar process. This process is ekzositoz. For instance, this is exactly what happens in your neurons every time they transfer a signal to the next neuron.

The nerve impulse comes through the presynaptic neuron, ending at the axon terminal. This causes vesicles full of neurotransmitters to bind with the cell membrane. These neurotransmitters are dumped into the synaptic space via exocytosis. The neurotransmitters quickly reach the next neuron and open ion channels. This disrupts the electrical balance of the cell membrane, causing a new nervous impulse to travel through the post-synaptic neuron.


Videoya baxın: الأحياء تأسيسي - صف 11 - الغشاء الخلوي (BiləR 2022).