Различают несколько способов переноса веществ через мембрану:
Простая диффузия – это перенос небольших нейтральных молекул по градиенту концентрации без затрат энергии и переносчиков. Легче всего проходят простой диффузией через липидную мембрану малые неполярные молекулы, такие как О2, стероиды, тиреоидные гормоны. Малые полярные незаряженные молекулы – СО2, NH3, H2O, этанол и мочевина – также диффундируют с достаточной скоростью. Диффузия глицерола идет значительно медленнее, а глюкоза практически не способна самостоятельно пройти через мембрану. Для всех заряженных молекул, независимо от размера, липидная мембрана не проницаема.
Облегченная диффузия – перенос вещества по градиенту концентрации без затрат энергии, но с переносчиком. Характерна для водорастворимых веществ. Облегченная диффузия отличается от простой большей скоростью переноса и способностью к насыщению. Различают две разновидности облегченной диффузии:
а) транспорт по специальным каналам, образованным в трансмебранных белках (например, катионселективные каналы);
Сходство и различия активного и пассивного транспорта через клеточную мембрану. 9 класс.
б) с помощью белков-транслоказ, которые взаимодействуют со специфическим лигандом, обеспечивают его диффузию по градиенту концентрации (пинг-понг) (перенос глюкозы в эритроциты с помощью белка-переносчика ГЛЮТ-1).
Кинетически перенос веществ облегченной диффузией напоминает ферментативную реакцию. Для транслоказ существует насыщающая концентрация лиганда, при которой все центры связывания белка с лигандом заняты, и белки работают с максимальной скоростью. Поэтому скорость транспорта веществ облегченной диффузией зависит не только от градиента концентраций переносимого вещества, но и от количества беков-переносчиков в мембране.
Простая и облегченная диффузия относится к пассивному транспорту, так как происходит без затраты энергии.
Активный транспорт – транспорт вещества против градиента концентрации (незаряженные частицы) или электрохимического градиента (для заряженных частиц), требующий затрат энергии, чаще всего АТФ. Выделяют два вида его: первично активный транспорт использует энергию АТФ или окислительно-восстановительного потенциала и осуществляется с помощью транспортных АТФ-аз. Наиболее распространены в плазматической мембране клеток человека Na + ,K + — АТФ-аза, Са 2+ -АТФ-аза, Н + -АТФ-аза.
При вторично активном транспорте используется градиент ионов, созданный на мембране за счет работы системы первично активного транспорта (всасывание глюкозы клетками кишечника и реабсорбция из первичной мочи глюкозы и аминокислот клетками почек, осуществляемые при движении ионов Na + по градиенту концентрации).
Перенос через мембрану макромолекул. Транспортные белки обеспечивают перенос через клеточную мембрану полярных молекул небольшого размера, но они не могут транспортировать макромолекулы, например белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды или отдельные частицы. Механизмы, с помощью которых клетки могут усваивать такие вещества или удалять их из клетки, отличаются от механизмов транспорта ионов и полярных соединений.
А) Перенос вещества из среды в клетку вместе с частью плазматической мембраны называют эндоцитоз. Путем эндоцитоза (фагоцитоза) клетки могут поглощать большие частицы, такие как вирусы, бактерии или фрагменты клеток. Поглощение жидкости и растворенных в ней веществ с помощью небольших пузырьков называют пиноцитозом.
Б) Экзоцитоз. Макромолекулы, например белки плазмы крови, пептидные гормоны, пищеварительные ферменты синтезируются в клетках и затем секретируются в межклеточное пространство или кровь. Но мембрана не проницаема для таких макромолекул или комплексов, их секреция происходит путем экзоцитоза. В организме имеются как регулируемый так и не регулируемый пути экзоцитоза.
Нерегулируемая секреция характеризуется непрерывным синтезом секретируемых белков. Примером может служить синтез и секреция коллагена фибробластами для формирования межклеточного матрикса.
Для регулируемой секреции характерны хранение приготовленных на экспорт молекул в транспортных пузырьках. С помощью регулируемой секреции происходят выделение пищеварительных ферментов, а также секреция гормонов и нейромедиаторов.
Источник: studfile.net
Активный и пассивный транспорт
Активный и пассивный транспорт являются биологическими процессами, которые перемещают кислород, воду и питательные вещества в клетки и удаляют отходы. Активный транспорт требует химической энергии, потому что это движение биохимических веществ из областей с более низкой концентрацией в области с более высокой концентрацией. С другой стороны, пассивный транспорт перемещает биохимические вещества из областей с высокой концентрацией в области с низкой концентрацией; так что не требует энергии.
Сравнительная таблица
| Активный транспорт использует АТФ для накачки молекул ПРОТИВ / ВВЕРХ градиента концентрации. Транспорт происходит от низкой концентрации растворенного вещества до высокой концентрации растворенного вещества. Требуется клеточная энергия. | Движение молекул ВНИЗ градиента концентрации. Это идет от высокой к низкой концентрации, чтобы поддержать равновесие в клетках. Не требует клеточной энергии. |
| Эндоцитоз, клеточная мембрана / натрий-калиевый насос и экзоцитоз | Диффузия, облегченная диффузия и осмос. |
| Транспортирует молекулы через клеточную мембрану против градиента концентрации, так что больше вещества находится внутри клетки (то есть в питательном веществе) или вне клетки (то есть в отходах), чем обычно. Нарушает равновесие, установленное диффузией. | Поддерживает динамическое равновесие воды, газов, питательных веществ, отходов и т. Д. Между клетками и внеклеточной жидкостью; позволяет небольшим питательным веществам и газам входить / выходить. Нет NET диффузии / осмоса после установления равновесия. |
| белки, ионы, крупные клетки, сложные сахара. | Все растворимое (то есть способное растворяться) в липидах, небольших моносахаридах, воде, кислороде, углекислом газе, половых гормонах и т. Д.. |
| фагоцитоз, пиноцитоз, натриево-калиевая помпа, секреция вещества в кровоток (процесс противоположен фагоцитозу и пиноцитозу) | диффузия, осмос и облегченная диффузия. |
| В эукариотических клетках аминокислоты, сахара и липиды должны поступать в клетку с помощью белковых насосов, которые требуют активного транспорта. Эти элементы либо не могут диффундировать, либо диффундируют слишком медленно для выживания. | Поддерживает равновесие в клетке. Отходы (углекислый газ, вода и т. Д.) Диффундируют и выводятся из организма; питательные вещества и кислород рассеиваются для использования клеткой. |
Процесс
Существует два вида активного транспорта: основной и дополнительный. При первичном активном транспорте специализированные трансмембранные белки распознают наличие вещества, которое необходимо транспортировать, и служат насосами, работающими на химической энергии АТФ, для переноса желаемых биохимических веществ. При вторичном активном транспорте порообразующие белки образуют каналы в клеточной мембране и проталкивают биохимические вещества через электромагнитный градиент. Часто эта энергия получается путем одновременного перемещения другого вещества вниз по градиенту концентрации.
Пример первичного активный транспорт, где энергия от гидролиза АТФ напрямую связана с движением определенного вещества через мембрану независимо от любых других видов.
Существует четыре основных типа пассивного транспорта: осмос, диффузия, облегченная диффузия и фильтрация. Диффузия — это простое движение частиц через проницаемую мембрану вниз по градиенту концентрации (от более концентрированного раствора к менее концентрированному раствору) до тех пор, пока два раствора не будут одинаковой концентрации. Для облегчения диффузии используются специальные транспортные белки для достижения того же эффекта. Фильтрация — это движение молекул воды и растворенного вещества вниз по градиенту концентрации, например в почках осмос — это диффузия молекул воды через избирательно проницаемую мембрану. Ни один из этих процессов не требует энергии.
Три разных механизма для пассивный транспорт в двухслойных мембранах. Слева: ионный канал (по определенной траектории); центр: ионофор / носитель (транспортер физически диффундирует через ион); справа: моющее средство (неспецифическое разрушение мембраны).
Видео, объясняющее различия
Вот хорошее видео, объясняющее процесс активного и пассивного транспорта:
Примеры
Примеры активного транспорта включают натриевый насос, отбор глюкозы в кишечнике и поглощение минеральных ионов корнями растений..
Пассивный транспорт происходит в почках и печени, а также в альвеолах легких, когда они обмениваются кислородом и углекислым газом..
Ссылки
- Википедия: Активный транспорт
- Википедия: Пассивный транспорт
Источник: ru.differkinome.com
Транспорт питательных веществ
Транспорт питательных веществ – процесс прохождения веществ из окружающей среды через цитоплазматическую мембрану (ЦПМ) в бактериальную клетку. Выделяют несколько типов транспортных систем, которые позволяют различным веществам преодолевать преграду цитоплазматической мембраны (ЦПМ) и попадать внутрь клетки микроорганизма. Это пассивная диффузия, облегченная диффузия, активный транспорт. Отмечается, что только активный транспорт способствует аккумуляции (накоплению) веществ внутри клетки.
Пассивная диффузия
Пассивная или простая диффузия – неспецифический процесс. Он происходит за счет разницы концентраций. Передвижение молекул осуществляется из более концентрированного раствора в менее концентрированный (по градиенту их концентрации).Этот процесс не связан с затратой энергии.
Таким путем в клетку попадают низкомолекулярные вещества: кислород, липофильные соединения (спирты, жирные кислоты), вода, яды и другие, чужеродные для клетки вещества. Таким же образом происходит удаление продуктов обмена. Скорость перемещения веществ путем пассивной диффузии невелика и зависит от размеров транспортирующихся молекул.
Облегченная диффузия
Облегченная диффузия – перенос веществ через цитоплазматическую мембрану по градиенту их концентрации с участием пермеаз (транслоказ)– специфических мембранных белков, способствующих прохождению веществ через цитоплазматическую мембрану.
Пермеаза фиксирует на себе молекулу переносимого вещества, вместе с ней преодолевает
Цитоплазматичекую мембрану. После этого комплекс «вещество-пермеаза» диссоциирует. Освободившаяся пермеаза,диффундирует к наружной поверхности,
присоединяет новую молекулу вещества и транспортирует ее внутрь клетки.
Облегченная диффузия не требует расхода энергии, если наружная концентрация вещества выше внутренней, поскольку в таком случае вещество перемещается «вниз» по химическому градиенту. Скорость процесса зависит от концентрации вещества в наружном растворе. Предполагается, что выход продуктов обмена веществ из микробной клетки может также происходит по методу облегченной диффузии с помощью переносчиков.
Параллельно отмечается, что облегченная диффузия более характерна для эукариотических организмов.
Активный транспорт
Активный транспорт является основным механизмов избирательного переноса вещества через цитоплазматическую мембрану в клетку против градиента концентрации. Этот процесс протекает при участии локализованных в цитоплазматической мембране переносчиков – пермеаз. Это вещества белковой природы, высокочувствительные к субстрату.
Активным транспортом в цитоплазму бактериальной клетку поступает подавляющее большинство разнообразных веществ (ионы, углеводы, аминокислоты, липиды).
Для активного транспорта необходимы затраты энергии. Ее получают в виде АТФ, либо за счет протондвижущей силы энергизованной мембраны.
У многих бактерий, чаще у грамотрицательных, в активном транспорте принимают участие связующие белки. Эти вещества не входят в структуру мембраны, не идентичны пермеазам. Они локализованы в периплазматическом пространстве. Связующие белки не имеют каталитической активности, но обладают высоким сродством к определенным питательным веществам, аминокислотам, углеводам, неорганическим ионам. Выделено и изучено более 100 различных связующих белков.
Активный транспорт осуществляется двумя путями:
- Без химической модификации переносимого вещества.
- С химической модификацией переносимого вещества.
В первом случае молекула питательного вещества образует комплекс с белком периплазматического пространства. Белок взаимодействует со специфической пермеазой цитоплазматической мембраны. После энергозависимого проникновения через цитоплазматическую мембрану комплекс «субстрат – белок периплазмы – пермеаза» диссоциирует и молекула субстрата освобождается.
Во втором случае наблюдается следующие последовательные процессы:
- Фосфорилирование мембранного фермента-2 со стороны цитоплазмы фосфоенолпируватом.
- Молекула субстрата связывается на поверхности цитоплазматической мембраны фосфорилированным ферментом-2.
- Энергозависимый транспорт молекулы субстрата через мембрану в цитоплазму.
- Перенос фосфатной группы на молекулу сбстрата.
- Диссоциация в цитоплазме комплекса «субстрат-фермент».
Отмечается, что молекулы субстрата аккумулируются в цитоплазме клеток и теряют способность выйти из них именно за счет фосфорилирования.
Отдельные авторы второй путь активного транспорта (с химической модификацией переносимого вещества) выделяют в отдельный (четвертый) способ транспорта питательных веществ – транслокацию (перенос) групп (радикалов).
Источник: www.agroxxi.ru