Language
Country/Area
No result found
Стражи клетки: как транспортные белки определяют, какие молекулы могут проникнуть в клетку?
В клеточной биологии мембранный транспорт относится к группе механизмов, которые регулируют перемещение растворенных веществ (таких как ионы и небольшие молекулы) через биологические мембраны. Эти биологические мембраны в основном состоят из липидных бислоев со встроенными в них белками. Избирательная проницаемость биологических мембран позволяет им разделять вещества на основе их химических свойств. Другими словами, некоторые вещества могут проникать в клетки, а другие — нет. Перемещение большинства растворенных веществ осуществляется через мембранные транспортные белки, которые имеют различную степень специализации в транспортировке определенных молекул.
Для каждого типа клеток и его конкретной физиологической фазы может существовать специализированный набор транспортеров.
Поскольку разнообразие клеток и их физиологические характеристики тесно связаны со способностью привлекать внешние элементы, регуляция этого явления контролируется дифференциальной транскрипцией и трансляцией генов, кодирующих эти транспортеры, и эти процессы могут контролироваться клеточными Сигнальные пути Активируются на биохимическом уровне, даже внутри эндоплазматического ретикулума клетки.
Фон
Поток веществ может следовать за концентрационными или электрохимическими градиентами, или течь в противоположном направлении. Если вещество движется в направлении градиента концентрации, то есть в направлении уменьшения концентрации, то не требуется внешнего подвода энергии; однако, если транспорт осуществляется в направлении, противоположном градиенту, требуется подвод метаболической энергии.
В несмешивающихся растворах вода будет самопроизвольно перетекать из раствора с более низкой концентрацией в раствор с более высокой концентрацией для достижения равновесия.
Биологическая мембрана амфифильна по своей природе, образуя внутренний гидрофобный слой и внешний гидрофильный слой. Эта структура позволяет веществам проникать в клетку или покидать ее путем пассивной диффузии. Когда транспортируемое вещество имеет суммарный заряд, на него влияет не только градиент концентрации, но и электрохимический градиент, вызванный мембранным потенциалом. Хотя только небольшое количество молекул может диффундировать через липидные мембраны, большинство транспортных процессов осуществляются с помощью мембранных транспортных белков.
Принципы термодинамики
Физиологические процессы должны подчиняться основным термодинамическим принципам. Мембранный транспорт подчиняется физическим законам, которые определяют его биологическую функцию. Важным термодинамическим принципом массопереноса через биологические мембраны является изменение свободной энергии.
Когда C2 меньше C1, ΔG отрицателен и реакция имеет тенденцию протекать самопроизвольно.
Равновесие этого процесса достигается, когда C1 равно C2 и ΔG=0. Существуют три другие ситуации, когда макромолекула может преимущественно связываться с компонентом или изменять свои химические свойства на одной стороне мембраны, что приведет к отсутствию градиента для управления транспортом, даже если концентрация растворенного вещества остается разной с обеих сторон. . Потенциал, присутствующий в мембране, может дополнительно влиять на распределение ионов.
Типы транспорта
Пассивная диффузия и активная диффузияПассивная диффузия — это спонтанное явление, которое увеличивает энтропию системы и уменьшает ее свободную энергию. Скорость этого процесса зависит от характеристик транспортируемого вещества и свойств липидного бислоя. Напротив, активная диффузия представляет собой перенос растворенных веществ против градиента концентрации или электрохимического градиента, процесс, который потребляет энергию, обычно АТФ. Наличие этого транспорта позволяет клеткам контролировать стабильность своей внутренней среды и поддерживать нормальное течение жизненных процессов.
Вторичные активные транспортные белки
Вторичные активные транспортные белки делятся энергией с ионами и делают это, транспортируя два вещества одновременно. В зависимости от направления транспорта этих двух веществ транспортные белки можно разделить на белки обратного транспорта и белки котранспорта, которые транспортируют одно вещество в противоположном направлении соответственно.
Работа насоса
Насос — это белок, который транспортирует определенные растворенные вещества путем гидролиза АТФ. Электрохимические градиенты, генерируемые этим процессом, имеют решающее значение для оценки состояния клеток. Например, натрий-калиевый насос является одним из важных насосов в клетках. Это работает примерно так: три иона натрия связываются с местом активации насоса, а затем АТФ гидролизуется, в результате чего структура насоса изменяется, высвобождая ионы натрия за пределы клетки, которые, в свою очередь, связываются с ионами калия и проникают в клетку.
Селективность мембраны
Селективность биологических мембран является важнейшей особенностью транспорта веществ, и это явление тщательно изучается. Для селективности электролита внутренний диаметр ионного канала будет способствовать прохождению небольших ионов, в то время как взаимодействие между гидратацией и внутренним зарядом мембраны является другим важным фактором. Может ли он взаимодействовать с внутренней частью мембраны соответствующим образом также определяет эффективность транспортировки материалов.
Неэлектролиты обычно диффундируют через липидный бислой, а не растворяются в нем.
Поэтому, хотя внутри клетки и существует множество транспортных механизмов, работающих совместно, селективность мембраны и специфичность транспортных белков достаточны для достижения эффективной адаптации клетки к окружающей среде. Открытие и классификация транспортных белков обеспечивают важную основу для нашего понимания того, как клетки поддерживают стабильность своей внутренней среды с помощью этих механизмов.
Стоит ли нам исследовать и узнавать больше об этих механизмах внутриклеточного транспорта, чтобы лучше понять тайны жизни?
