Пассивный транспорт - Passive transport

Пассивная диффузия через клеточную мембрану .

Пассивный транспорт - это тип мембранного транспорта , который не требует энергии для перемещения веществ через клеточные мембраны . Вместо использования клеточной энергии , такой как активный транспорт , пассивный транспорт полагается на второй закон термодинамики, чтобы управлять движением веществ через клеточные мембраны. По сути, вещества подчиняются первому закону Фика и перемещаются из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией, потому что это движение увеличивает энтропию всей системы . Скорость пассивного транспорта зависит от проницаемости клеточной мембраны, которая, в свою очередь, зависит от организации и характеристик липидов и белков мембраны . Четыре основных вида пассивного транспорта - это простая диффузия , облегченная диффузия , фильтрация и / или осмос . Пассивный перенос подчиняется первому закону Фика и второму закону термодинамики.

Диффузия

Пассивная диффузия на клеточной мембране.

Распространение - это чистое перемещение материала из области с высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией. Разница в концентрации между двумя областями часто называется градиентом концентрации , и диффузия будет продолжаться до тех пор, пока этот градиент не будет устранен. Поскольку диффузия перемещает материалы из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией, она описывается как перемещение растворенных веществ «вниз по градиенту концентрации» (по сравнению с активным переносом , который часто перемещает материал из области с низкой концентрацией в область с более высокой концентрацией, и поэтому называется перемещением материала «против градиента концентрации»). Однако во многих случаях (например, пассивный перенос лекарств) движущую силу пассивного транспорта нельзя упростить до градиента концентрации. Если на двух сторонах мембраны находятся разные растворы с разной равновесной растворимостью лекарственного средства, разница в степени насыщения является движущей силой пассивного мембранного транспорта. Это также верно для перенасыщенных растворов, которые становятся все более и более важными в связи с распространением применения аморфных твердых дисперсий для повышения биодоступности лекарств.

Простая диффузия и осмос в некотором смысле похожи. Простая диффузия - это пассивное движение растворенного вещества от высокой концентрации к более низкой концентрации до тех пор, пока концентрация растворенного вещества не станет равномерной и не достигнет равновесия. Осмос очень похож на простую диффузию, но он конкретно описывает движение воды (не растворенного вещества) через избирательно проницаемую мембрану до тех пор, пока на обеих сторонах мембраны не будет равной концентрации воды и растворенного вещества. Простая диффузия и осмос являются формами пассивного транспорта и не требуют энергии АТФ клетки .

Пример диффузии: газообмен

Биологический пример диффузии - это газообмен , происходящий во время дыхания в организме человека. При вдыхании кислород попадает в легкие и быстро диффундирует через мембрану альвеол и попадает в систему кровообращения , диффундируя через мембрану легочных капилляров. Одновременно углекислый газ движется в противоположном направлении, диффундируя через мембрану капилляров и попадая в альвеолы, откуда он может выдыхаться. Процесс перемещения кислорода в клетки и выхода углекислого газа происходит из-за градиента концентрации этих веществ, каждое из которых перемещается от соответствующих областей с более высокой концентрацией к областям с более низкой концентрацией. Клеточное дыхание является причиной низкой концентрации кислорода и высокой концентрации углекислого газа в крови, что создает градиент концентрации. Поскольку газы маленькие и незаряженные, они могут проходить непосредственно через клеточную мембрану без каких-либо специальных мембранных белков. Энергия не требуется, потому что движение газов следует первому закону Фика и второму закону термодинамики .

Облегченная диффузия

Изображение облегченной диффузии.

Облегченная диффузия, также называемая осмосом, опосредованным переносчиками, представляет собой перемещение молекул через клеточную мембрану через специальные транспортные белки, которые встроены в плазматическую мембрану, активно поглощая или исключая ионы. Активный транспорт протонов по H ⁺ АТФаза изменяет мембранный потенциал , позволяющий для пассивного облегченного переноса ионов частности , таких как калий вниз их заряд через градиент высоких аффинности транспортеры и каналы.

Пример облегченной диффузии: GLUT2

Примером облегченной диффузии является абсорбция глюкозы клетками через переносчик глюкозы 2 (GLUT2) в организме человека. Есть много других типов белков транспорта глюкозы , некоторые из которых требуют энергии и поэтому не являются примерами пассивного транспорта. Поскольку глюкоза представляет собой большую молекулу, ей требуется специальный канал для облегчения ее проникновения через плазматические мембраны в клетки. При диффузии в клетку через GLUT2 движущей силой, которая перемещает глюкозу в клетку, по-прежнему является градиент концентрации. Основное различие между простой диффузией и облегченной диффузией состоит в том, что для облегченной диффузии требуется транспортный белок, который «облегчает» или способствует прохождению вещества через мембрану. После еды клетка получает сигнал о перемещении GLUT2 в мембраны клеток, выстилающих кишечник, которые называются энтероцитами . При наличии GLUT2 после еды и относительно высокой концентрации глюкозы вне этих клеток по сравнению с внутри них, градиент концентрации перемещает глюкозу через клеточную мембрану через GLUT2.

Фильтрация

Фильтрация.

Фильтрация - это движение молекул воды и растворенных веществ через клеточную мембрану из-за гидростатического давления, создаваемого сердечно-сосудистой системой . В зависимости от размера пор мембраны через нее могут проходить только растворенные вещества определенного размера. Например, мембранные поры капсулы Боумена в почках очень малы, и только альбумины , самые маленькие из белков, имеют шанс пройти через них. С другой стороны, мембранные поры клеток печени чрезвычайно велики, но не забываем, что клетки чрезвычайно малы, чтобы позволить разнообразным растворенным веществам проходить через них и метаболизироваться.

Осмос

Влияние осмоса на клетки крови в различных растворах.

Осмос - это движение молекул воды через избирательно проницаемую мембрану. Чистое движение молекул воды через частично проницаемую мембрану из раствора с высоким водным потенциалом в область с низким водным потенциалом. Ячейка с менее отрицательным водным потенциалом будет втягивать воду, но это также зависит от других факторов, таких как потенциал растворенного вещества (давление в ячейке, например, молекулы растворенного вещества) и потенциал давления (внешнее давление, например, стенка ячейки). Существует три типа осмосных растворов: изотонический раствор, гипотонический раствор и гипертонический раствор. Изотонический раствор - это когда концентрация внеклеточных растворенных веществ уравновешивается концентрацией внутри клетки. В изотоническом растворе молекулы воды по-прежнему перемещаются между растворами, но скорости одинаковы в обоих направлениях, таким образом, движение воды уравновешивается между внутренней и внешней стороной ячейки. Гипотонический раствор - это когда концентрация растворенного вещества вне клетки ниже, чем концентрация внутри клетки. В гипотонических растворах вода движется в клетку вниз по градиенту ее концентрации (от более высоких к более низким концентрациям воды). Это может вызвать набухание клетки. Клетки, не имеющие клеточной стенки, например клетки животных, могут лопнуть в этом растворе. Гипертонический раствор - это когда концентрация растворенного вещества выше (подумайте о гипер - как высокая), чем концентрация внутри клетки. В гипертоническом растворе вода выйдет наружу , заставляя клетку сжиматься.

Смотрите также

• Активный транспорт
• Транспортные явления

использованная литература