Pasif Difüzyonda Plazma Membranlarının Geçirgenlik Dereceleri

Pasif Difüzyonda Plazma Zarlarının Geçirgenlik Dereceleri!

Bir hücrenin zarları küçük iyonları ve molekülleri onlardan geçirir. İyonların veya moleküllerin geçişi pasif difüzyon veya enerji harcamasını geliştiren aktif nakil olarak oluşabilir. Pasif difüzyonda, membranlar geçirgenlik derecelerine göre sınıflandırılabilir.

1. Geçirimsiz :

Bu tür bir membran içinden hiçbir şeyin geçmesine izin vermez. Alabalık gibi bazı unfertilizd balık yumurtası, yalnızca gazlara karşı geçirgendir; döteryum etiketli su yumurtaya nüfuz etmez.

2. Yarı geçirgen :

Bu kategoriye ait hücrelerin hiçbir hücre zarı bu tür membranlar suya ve seçilen bazı iyonların ve SMA Moleküllerinin geçmesine izin vermez, ancak diğer iyonların yanı sıra küçük ve büyük moleküllerin geçmesine izin vermez.

3. Seçici geçirgen :

Hücre zarlarının çoğu bu kategoriye aittir. Bu tür membranlar suya ve bazı seçilmiş iyonların ve küçük moleküllerin geçmesine izin verir, fakat diğer iyonların yanı sıra küçük ve büyük molekülleri de yasaklar.

4. Diyaliz membranları :

Endotel hücreleri ve bunların kılcal damarların ve nefronun bazal membranları bir diyalizör olarak işlev görebilir. Bu şekilde hidrostatik basınç, kolloidlerin geçişini kısıtlarken aynı zamanda su molekülleri ve kristalloidleri zarı boyunca konsantrasyon gradyanlarını aşağı doğru zorlar.

Maddelerin plazma zarı boyunca hücre sitoplazmasına taşınması aşağıdaki yöntemlerle sağlanabilir:

Osmosis:

Osmoz, suyun veya diğer çözücü moleküllerin yarı geçirgen veya farklı geçirgen bir membrandan yüksek potansiyeli olan bir alandan (saf çözücü) düşük potansiyelli bir alana (daha konsantre çözelti) geçişini içeren özel bir yayılma türüdür.

Suyun ortamından hücreye girişine endosmosis denir; Suyun hücreden ayrıldığı ters işlem exosmosis olarak adlandırılır. Bir ozmotik basınç, sitoplazmada bulunan tuzlarla korunur. Hücre, gazların, besinlerin vs. fizyolojik değişimi için her zaman sıvı veya sıvı bir ortamda kalır. Bu sıvı genellikle ekstra hücresel sıvı (ECF) ile tanımlanır. Protozoalarda ve diğer alt organizmalarda, sudur. Konsantrasyona bağlı olarak ECF olabilir.

(i) İzotonik Çözüm :

Hücrenin içinde bulunduğu ECF konsantrasyonu, hücrenin hücre içi sıvısına benzerse, izotonik çözelti olarak bilinir. Hücre şekli normal kalır.

(ii) Hipotonik Çözüm :

ECF konsantrasyonu hücre içi akışkandan daha az konsantre ise, hipotonik çözelti olarak bilinir. Böyle bir çözeltide hücre, endosmosis ile hücreye ulaşan su nedeniyle şişer.

(iii) Hipertonik Çözüm :

ECF konsantrasyonu hücrenin hücre içi sıvısından daha yüksekse, çözelti hipertonik çözelti olarak adlandırılır. Bu durumda su, hücreden eksozmos tarafından yayılır. Sonuç olarak, hücre plazmoliz geçirir.

Pasif ulaşım:

Pasif taşıma, suyun, iyonların veya çeşitli maddelerin moleküllerinin düz difüzyonu olup, plazma membranından yüksek konsantrasyonlu bir bölgeden düşük konsantrasyonlu bir bölgeye geçer. Moleküllerin taşınması konsantrasyon gradyanı boyunca gerçekleşir, böylece difüzyon için enerji gerekmez.

Basit difüzyon :

Çok sayıda kanıtlara göre, birçok madde, plazma membranından, lipid içindeki çözünürlüğü ile doğru orantılı olan serbest difüzyon oranında hareket eder. Su molekülleri bu kural için dikkate değer bir istisnadır, çünkü membranlardan düzenli ve hızlı bir şekilde serbestçe yayılırlar.

İki tür gözenek içermesi gereken plazma zarı:

(i) İnce sulu kanallar :

Bunlar bir protein yoluyla veya kümelenmiş integral proteinler arasında bulunur. Bu gözenekler 10 nm çapındadır ve doğada kalıcıdır. Bunlar, bütün lipit çift tabakanın içinden uzanır. Bu gözenekler kapak açıklıkları olarak işlev görür. Bazı gözenekler pozitif olarak şarj edilir, diğerleri ise negatif olarak şarj edilir.

(ii) İstatistiksel gözenekler :

Bu gözenekler kararsız. Görünmeye ve kaybolmaya devam ediyorlar. Bunlar, yüksek oranda sıvı lipit çift katmanında boşluklar olarak oluşturulmaktadır. Bunlar, membran fosfolipidlerinin rastgele termal hareketi nedeniyle oluşur. Maddeler, lipidlerde çözünürlerse kolayca gözeneklerden geçerler {Overton). Hem düşük hem de yüksek moleküler ağırlıklı hidrofobik maddelerin plazma membranından geçmesinin nedeni budur.

Moleküllerin moleküllerin zar boyunca difüzyonu, molekül büyüklüğüne bağlıdır; membran boyunca konsantrasyon gradyanı; ve lipidlerde çözünürlük veya molekülün hidrofobik doğası. Collander ve Barlund, bitkinin hücreleriyle ilgili klasik deneylerinde, Chara, substratın nüfuz etme hızının, lipitlerdeki çözünürlüğüne ve moleküllerin boyutlarına bağlı olduğunu gösterdi.

Membran boyunca moleküllerin geçirgenliği (P) bir formülü temsil eder:

P = KD / t

K, bölme katsayısı ise; D, difüzyon katsayısıdır (moleküler ağırlığa bağlıdır) ve t, membranların kalınlığıdır. Hücre zarlarında ayrılma katsayısı, zeytinyağı ve suya benzer. Dağılım katsayısı, çözünen maddenin bir yağ su karışımı ile karıştırılması ve fazlar ayrılıncaya kadar beklemeleriyle ölçülebilir.

Partit katsayısı (K), sulu fazdaki çözünen konsantrasyonuna bölünen yağdaki çözünen konsantrasyonudur. Difüzyon katsayısı (D), radyoaktif çözeltiler kullanılarak ve çeşitli dış konsantrasyonlarda sitoplazmaya giriş hızlarının ölçülmesi ile belirlenebilir.

Kolaylaştırılmış difüzyon:

Bir maddenin bir zar boyunca difüzyonu her zaman bir tarafta yüksek konsantrasyonlu bir bölgeden diğer tarafta düşük konsantrasyonlu bir bölgeye oluşur. Ancak, her zaman durum böyle değildir, çünkü difüzyon işlemini kolaylaştıran bir plazma zarının içerisinde bir proteinin geçirgen olduğu yerlerde çok sayıda örnek ortaya çıkarılmıştır. Bu mekanizmaya kolay difüzyon denir. Bu işlem en çok şekerlerin ve amino asitlerin hareketinde yaygındır.

Zardaki permeaz varlığı, lipit katmana alternatif olan zar boyunca bir yol sunar. Çözeltinin zarın dış yüzeyine bağlanması, geçirgenliği, çözünme maddesini, konsantrasyon gradyanı boyunca sitoplazmaya dağılabildiği zarın iç yüzeyine maruz bırakarak geçirgenlikte bir konformasyonel değişikliği tetikler.

Kolaylaştırılmış difüzyonun özellikleri şunlardır:

(i) Moleküllerin membran boyunca nakil oranı, basit difüzyondan beklenenden çok daha yüksektir.

(ii) Müdahaleler çok spesifiktir ve her biri yalnızca bir tek spesifik iyon veya molekülü veya yakından ilişkili molekül grubunu taşır.

(iii) Konsantrasyon gradyanındaki bir artışla, taşıma oranında buna karşılık gelen bir artış vardır.

Enzimler durumunda olduğu gibi, difüzyonu kolaylaştıran izinler doyma tipi kinetik göstermektedir. Başlangıçta plazma zarının dışında bir madde (S) varsa, bunun içinde taşınması aşağıdaki denklemlerle gösterilebilir:

S (çıkış) + Permease Km = S geçirgenliği kompleksi Vmax

Burada S substrattır, Km substratın geçirgenliğini sabitler ve Vmax maksimum taşıma hızıdır. Dışarıdaki S konsantrasyonu C ise, taşıma oranı şöyle hesaplanabilir:

V = Vmaks / 1 + C / Km

Aktif taşımacılık:

İyonların membranlar boyunca difüzyonu daha da zordur, çünkü bu sadece konsantrasyon gradyanına değil, aynı zamanda sistemdeki elektrik gradyanına da bağlıdır. Aktif taşıma, konsantrasyon gradyanına karşı çalışan bir işlem olduğundan, ekibin enerji harcamasını gerektirmesi şaşırtıcı değildir.

İşlem uygun hücre zarı içinde taşıyıcı moleküllerin kullanımını içerir. Bu taşıyıcı moleküller görünüşte iç ve dış hücre zarı yüzeyleri arasında ileri geri yerleşir ve düzenlenen belirli bir iyonu toplar veya salıverir. Bu işlem için gerekli olan enerji, özellikle mitokondride oksidatif fosforilasyon ile üretilen adenozin trifosfattan (ATP) elde edilir.

Aşağıda gösterilen Tablo 2.1'den, bir hücre içerisinde geniş bir yayılmayan anyon konsantrasyonu olduğu ve zar boyunca bir elektrik gradyanının oluştuğu açıktır.

Tablo 2.1

İyonik Konsantrasyon ve Kasta Kararlı Potansiyel Gösterilmesi

Donnan (1911), içinde difüze edilemeyen bir negatif yüke sahip bir hücrenin bir Cl ^- çözeltisine konması durumunda, K ⁺ hücre konsantrasyonuna ve elektrik gradyanına sürüleceğini öngörmüştür. Diğer yandan, iyonlar konsantrasyon gradyanı tarafından tahrik edilir, ancak elektrik gradyanı tarafından itilir. Donnan'a göre, denge konsantrasyonları tam olarak karşılıklı olacaktır.

(K ⁺ giriş) / (K ⁺ çıkış) = (CI ^- çıkış) / (CI ^- giriş)

Konsantrasyon gradyanı ile dinlenme membran potansiyeli arasındaki ilişki Nernst denklemi ile verilir.

E = RT, C ₁ / C2’de

E milivolt olarak verildiğinde, R evrensel gaz sabiti ve T mutlak sıcaklıktır. (İ) ve (ii) 'den KC1 için Donnan dengesi ifade edilebilir.

E = RT Girişi (K ⁺ girişi) / (K ⁺ çıkışı) = RT Girişi (C1 ^- çıkışı) / C1 ^- girişi)

İyon veya Sodyum Pompanın Aktif Taşınması:

En aktif şekilde hücrelere pompalanan çözünüğün potasyum (K ⁺ ) iyonları olduğu, bu içe doğru taşıma için itici gücün, membrandan dışarı pompalanan Na iyonunun aktif taşınmasıyla oluşturulan membran boyunca bir sodyum (Na ⁺ ) gradyanı olduğuna inanılmaktadır. hücre.

Membranın dışındaki (Na ⁺ ) iyonlarının konsantrasyonu, iç konsantrasyonun düştüğü yerde yüksek olur. Na ⁺ iyonlarını pompalamak için gereken enerji ATP tarafından sağlanmaktadır. Mg ⁺⁺ aktif ATPase varlığında, ATP molekülü hidrolize edilir ve ATPaz'ın zarın içinde yer aldığına inanılır.

Na ⁺ - pompası Hodkin ve Keynes (1955) tarafından keşfedilmiş ve Skou (1957) tarafından in vitro ATP hidrolizi ile ilişkilendirilmiştir. Hayvan hücreleri için iki farklı Na ⁺ pompası mekanizması tanımlanmıştır. Bunlar:

(i) Sodyum - Potasyum değişim pompası:

Böyle bir Na ⁺ pompasında, Na ⁺ iyonlarının dışarıya pompalanması, К iyonlarının içe taşınması ile bağlantılıdır. Na ⁺ ve K ⁺ zorunlu bir şekilde değiştirildiğinden, Na ^{+ '} nın dışa hareketine her zaman K ^{+' nın} içe doğru hareketi eşlik eder. Bu pompa sinir hücrelerinde ve kas hücrelerinde görülür.

(ii) Elektrojen Na ⁺ pompası:

Bu pompada içeriye doğru hareket eden K ⁺ iyonları ve dışarıdan hareket eden Na ⁺ iyonlarının dışarıda zorunlu değişimi yoktur. Bu pompada, Na ⁺ iyonlarının çıkışı bire bir K ⁺ girişi ile telafi edilmediğinde, bir elektrokimyasal potansiyel gradyanı üretilebilir.

Harici Na ve K ⁺ konsantrasyonlarından bağımsız olarak K ⁺ iyonlarının yüksek bir hücre içi konsantrasyonuna aerobik hücreler tarafından ihtiyaç duyulur. Yüksek K ⁺ konsantrasyonu, hücrenin protein sentezi ve glikoliz için gerekli olması nedeniyledir. Yüksek K ⁺ hücre konsantrasyonu, Na ⁺ gibi bazı katyonların kaybıyla dengelenmelidir, aksi takdirde aşırı şişme, hücrenin daha yüksek iç ozmotik basınç koşulu oluşturarak patlamasına neden olur.

Glikozun hücrelere aktif taşınması, bir elektrojenik Na ⁺ pompanın etkisinin bir başka sonucudur. Hücreden Na ⁺ ekstrüzyonu, düşük iç ve daha yüksek dış Na ⁺ konsantrasyonuna sahip bir gradyan oluşturur. Dışında Na ⁺ konsantrasyonunun, enerjisini hücre içine metabolize eden şeker karışımının çok seyreltilmiş dış solüsyonundan metabolize eden uygun bir gradyan oluşturmak için yeterince yüksek tutulduğu koşullar altında gerçekleştirilen şeker aktif taşıma. Şeker birikimi Na ⁺ ekstrüzyona toplanır ve ayrıca belirli taşıyıcı proteinler tarafından desteklenir.

Membran boyunca yer değiştirme :

Taşıyıcı proteinler, 6 ila 10 nm'lik bir membran kalınlığı boyunca hidrofilik moleküllere yardımcı olmaktadır. Metabolitler 6 nm'den çok daha küçüktür, bu nedenle bu moleküllerin taşıyıcılar tarafından bu nispeten büyük mesafede nasıl yer değiştirdiklerini bilmek önemlidir. Birkaç alternatif önerilmiş, ancak ikisi diğer olasılıklardan daha yoğun olarak çalışılmıştır.

Bir alternatif hipotez, taşıyıcının hidrofilik moleküle bağlandığını ve daha sonra tüm taşıma proteininin zar boyunca döndüğünü ve bağlı metabolitini diğer tarafa ilettiğini varsaymaktadır. İkinci alternatif, taşıyıcının membran içinde yerine sabitlendiğini ve taşıyıcı molekülün, bağlama bölgesini membran boyunca ve bununla birlikte bağlı metabolit boyunca aynı anda yer değiştiren bir konformasyonel değişikliğe uğramasını önermektedir.

Metabolit yer değiştirdikten sonra, bağlanma bölgesi serbest bırakılır ve orijinal konformasyonuna geri getirilir, başka bir taşıma olayında başka bir hidrofilik molekülü bağlamaya hazır hale gelir. Bu ikinci alternatif sabit gözenek mekanizması olarak adlandırılmıştır. İlk alternatif taşıyıcı mekanizma olarak bilinir.