Language
Country/Area
No result found
Người bảo vệ tế bào: Protein vận chuyển xác định phân tử nào có thể xâm nhập vào tế bào như thế nào?
Trong sinh học tế bào, vận chuyển qua màng đề cập đến một nhóm cơ chế điều chỉnh chuyển động của chất tan (như ion và phân tử nhỏ) qua màng sinh học. Các màng sinh học này chủ yếu được cấu tạo từ lớp kép lipid có chứa protein bên trong. Tính thấm chọn lọc của màng sinh học cho phép chúng phân tách các chất dựa trên tính chất hóa học của chúng. Nói cách khác, một số chất có thể xâm nhập vào tế bào, trong khi những chất khác thì không. Sự di chuyển của hầu hết các chất tan được thực hiện qua các protein vận chuyển màng, có mức độ chuyên môn hóa khác nhau trong việc vận chuyển các phân tử cụ thể.
Mỗi loại tế bào và giai đoạn sinh lý cụ thể của tế bào có thể có một bộ chất vận chuyển chuyên biệt.
Vì tính đa dạng của tế bào và đặc điểm sinh lý của chúng có liên quan chặt chẽ đến khả năng thu hút các yếu tố bên ngoài nên việc điều chỉnh hiện tượng này được kiểm soát bởi phiên mã và dịch mã khác biệt của các gen mã hóa các chất vận chuyển này và các quá trình này có thể được kiểm soát bởi tế bào. Con đường truyền tín hiệu Nó được kích hoạt ở cấp độ sinh hóa, ngay cả bên trong lưới nội chất của tế bào.
Bối cảnh
Dòng chảy của các chất có thể theo nồng độ hoặc theo gradien điện hóa, hoặc chảy theo hướng ngược lại. Nếu chất chảy theo hướng của gradien nồng độ, nghĩa là hướng nồng độ giảm, thì không cần cung cấp năng lượng bên ngoài; tuy nhiên, nếu quá trình vận chuyển ngược với hướng gradien, thì cần cung cấp năng lượng trao đổi chất.
Trong dung dịch không trộn lẫn, nước sẽ tự động chảy từ nơi có nồng độ thấp hơn đến nơi có nồng độ cao hơn của chất tan để đạt được trạng thái cân bằng.
Màng sinh học có bản chất lưỡng tính, tạo thành lớp kỵ nước bên trong và lớp ưa nước bên ngoài. Cấu trúc này cho phép các chất đi vào hoặc ra khỏi tế bào bằng cách khuếch tán thụ động. Khi chất được vận chuyển có điện tích ròng, nó không chỉ bị ảnh hưởng bởi građien nồng độ mà còn bởi građien điện hóa do điện thế màng gây ra. Mặc dù chỉ có một số ít phân tử có thể khuếch tán qua màng lipid, hầu hết các quá trình vận chuyển đều dựa vào sự trợ giúp của protein vận chuyển màng.
Nguyên lý nhiệt động lực học
Các quá trình sinh lý phải tuân theo các nguyên tắc nhiệt động lực học cơ bản. Vận chuyển qua màng tuân theo các định luật vật lý quyết định chức năng sinh học của nó. Một nguyên lý nhiệt động lực học quan trọng đối với quá trình truyền khối qua màng sinh học là sự thay đổi năng lượng tự do.
Khi C2 nhỏ hơn C1, ΔG âm và phản ứng có xu hướng diễn ra tự phát.
Quá trình này đạt trạng thái cân bằng khi C1 bằng C2 và ΔG=0. Có ba tình huống khác mà một đại phân tử có thể liên kết ưu tiên với một thành phần hoặc thay đổi các đặc tính hóa học của nó ở một bên màng, điều này sẽ dẫn đến việc thiếu độ dốc để thúc đẩy quá trình vận chuyển mặc dù nồng độ chất tan vẫn khác nhau ở cả hai bên. . Điện thế hiện diện trong màng có thể ảnh hưởng thêm đến sự phân bố ion.
Các loại hình vận chuyển
Sự khuếch tán thụ động và sự khuếch tán chủ độngSự khuếch tán thụ động là hiện tượng tự phát làm tăng entropy của hệ thống và làm giảm năng lượng tự do của hệ thống. Tốc độ của quá trình này phụ thuộc vào đặc tính của chất được vận chuyển và tính chất của lớp kép lipid. Ngược lại, khuếch tán chủ động là quá trình vận chuyển chất tan ngược với nồng độ hoặc gradien điện hóa, một quá trình tiêu thụ năng lượng, thường là ATP. Sự tồn tại của phương thức vận chuyển này cho phép tế bào kiểm soát sự ổn định của môi trường bên trong và duy trì hoạt động bình thường của các quá trình sống.
Protein vận chuyển hoạt động thứ cấp
Các protein vận chuyển tích cực thứ cấp chia sẻ năng lượng với các ion và thực hiện điều đó bằng cách vận chuyển hai chất cùng một lúc. Theo hướng vận chuyển của hai chất này, protein vận chuyển có thể được chia thành protein vận chuyển ngược và protein đồng vận chuyển, vận chuyển một chất theo hướng ngược lại.
Vận hành máy bơm
Máy bơm là một loại protein vận chuyển các chất tan cụ thể bằng cách thủy phân ATP. Các gradient điện hóa được tạo ra bởi quá trình này rất quan trọng để đánh giá tình trạng tế bào. Ví dụ, bơm natri-kali là một trong những bơm quan trọng trong tế bào. Cơ chế hoạt động của nó khá giống như sau: ba ion natri liên kết với vị trí hoạt hóa của máy bơm, sau đó ATP bị thủy phân, khiến cấu trúc của máy bơm thay đổi, giải phóng các ion natri ra bên ngoài tế bào, sau đó các ion natri này lại liên kết với các ion kali và đi vào tế bào.
Tính chọn lọc của màng
Tính chọn lọc của màng sinh học là một đặc điểm chính của quá trình vận chuyển các chất và hiện tượng này đã được nghiên cứu rộng rãi. Đối với tính chọn lọc chất điện phân, đường kính bên trong của kênh ion sẽ tạo điều kiện cho các ion nhỏ đi qua, trong khi sự tương tác giữa hydrat hóa và điện tích bên trong của màng là một yếu tố quan trọng khác. Liệu nó có thể tương tác với bên trong màng theo cách thích hợp hay không cũng quyết định hiệu quả vận chuyển vật liệu.
Các chất không điện giải thường khuếch tán qua lớp kép lipid thay vì hòa tan qua nó.
Do đó, mặc dù có nhiều cơ chế vận chuyển hoạt động cùng nhau bên trong tế bào, tính chọn lọc của màng và tính đặc hiệu của protein vận chuyển là đủ để đạt được sự thích nghi hiệu quả của tế bào với môi trường. Việc phát hiện và phân loại protein vận chuyển cung cấp cơ sở quan trọng để chúng ta hiểu cách tế bào duy trì sự ổn định của môi trường bên trong thông qua các cơ chế này.
Chúng ta có nên tìm hiểu và khám phá thêm về các cơ chế vận chuyển nội bào này để hiểu rõ hơn về những bí ẩn của sự sống không?
