Улеснена дифузия: определение, пример и фактори

Докато изпълняват функции като растеж, делене и синтез, клетките използват и произвеждат вещества, които трябва да могат да преминават през клетъчните и органелните мембрани.

Полупропускливите клетъчни мембрани позволяват на някои молекули да пътуват през a градиент на концентрация от страната с висока концентрация на мембраната до страната с ниска концентрация чрез проста дифузия.

Улеснена дифузия позволява на други важни молекули да се пресичат по селективен начин, като използва протеини, вградени в клетъчната мембрана, за да позволи на определени вещества да преминат.

The мембранни протеини на улеснена дифузия или образуват отвори в мембраната и контролират какво може да премине, или те активно носят специфични молекули през мембраната. Този процес е особено важен за контролиране на потока на йони, тъй като много клетъчни функции зависят от наличието на определени йони, за да се позволи протичането на химична реакция.

В допълнение към йони, протеините носители могат също да улеснят преминаването на големи молекули като глюкоза.

Веществата, които клетката произвежда или от които се нуждае, могат да се транспортират през клетъчните и органелните мембрани по няколко начина. Пасивен транспорт не изисква вложена енергия и използва градиента на концентрацията, за да задвижва движението на молекулите.

В просто дифузионен тип пасивен транспорт, дифузията се осъществява през полупропусклива мембрана от страната с по-висока концентрация на транспортираното вещество до страната с ниска концентрация. Веществото преминава през мембраната надолу по концентрационния градиент, но някои молекули са блокирани.

Ако блокираните молекули трябва да преминат през мембраната, защото са необходими от другата страна, улеснена дифузия може да транспортира специфични молекули.

Дифузионният метод работи чрез вградени в мембраната протеини, но все още разчита на градиента на концентрацията, за да засили молекулярното движение през мембраната. Не се нуждае от енергия, но протеините могат да селективно определят кои молекули транспортират.

Понякога молекулите трябва да бъдат транспортирани през мембраните от страна с ниска концентрация до страна, която има висока концентрация. Това противоречи на градиента на концентрация и изисква енергия.

Клетки, които извършват активен транспорт са произвели енергия и са я складирали в аденозин трифосфат (ATP) молекули.

Активен транспорт се основава на протеини, подобни на тези, използвани за улеснена дифузия, но те използват енергия от АТФ, за да пренасят молекули през мембраната срещу градиента на концентрацията.

След като образуват връзка с молекулата, която ще се транспортира, те използват а фосфатна група от АТФ за промяна на формата и отлагане на молекулата от другата страна на мембраната.

Клетъчни мембрани може да позволи преминаването на много малки молекули, но заредените йони и по-големите молекули обикновено се блокират. Улеснената дифузия е метод, чрез който такива вещества могат да влизат и излизат от клетките. Вградените в мембраната носители протеини могат да улеснят преминаването на йони по два начина.

Някои протеини са разположени около централния проход и създават дупка в плазмената мембрана на клетката, отваряйки път през мастни киселини от вътрешността на мембраната. Специфични йони могат да преминат през такива отвори, но носещите протеини са проектирани да пропускат само един вид йони.

Други протеини не образуват отвори, а транспортират големи молекули през клетъчните мембрани. Трансферът все още се задвижва от градиент на концентрация, но протеините носители активно се свързват с веществото, което транспортират.

Частта от протеина, която е извън клетъчната мембрана в извънклетъчното пространство, се свързва с молекулата на веществото, което трябва да се транспортира, и след това я освобождава във вътрешността на клетката.

Обикновено хидрофобни неполярните мастни киселини на мембраните блокират преминаването на заредени полярни молекули като натриеви йони. Протеините носители, които осигуряват отвори за такива йони, привличат йоните и улесняват преминаването им през йонните канали.

Те могат да бъдат проектирани и да пропускат само натриеви йони, но не и други като калиеви йони. Отворените протеинови отвори могат също да контролират потока на йони, като се изключват, когато клетката не се нуждае от повече йони.

За транспорта на молекули глюкоза, които обикновено са твърде големи, за да преминат през мембраната, протеини за транспортиране на глюкоза имат място, където могат да се свържат с молекулите на глюкозата. Те се свързват и улесняват транспорта на глюкоза през клетъчната мембрана. Местоположението на протеина носител се превръща в пропусклива междина в мембраната, която не позволява на молекулата на глюкозата да премине другаде.

Клетките в многоклетъчните организми трябва да координират своята дейност, като например кога да растат и кога да се делят. Клетките осъществяват тази координация, като сигнализират с каква дейност са ангажирани и какво е необходимо, освобождавайки сигнални химикали. Улеснената дифузия помага при клетъчната сигнализация.

Сигналите могат да бъдат локални или на дълги разстояния, засягащи клетки в непосредствена близост или клетки в други органи и тъкани. Във всеки случай сигналните молекули пътуват между клетките и трябва или да влязат в целевите клетки, или да се прикрепят към тяхната мембрана, за да доставят своя сигнал.

Улеснените дифузионни протеини могат да позволят на тези сигнални молекули да влязат в клетките при необходимост и да затворят комуникационната верига.

Тъй като улеснената дифузия е a пасивен транспортен механизъм, той се управлява от фактори в непосредствената среда, където се извършва транспортът.

Има четири такива фактора:

• Концентрация: Улеснената дифузия разчита на потенциалната енергия, представена от градиента на концентрацията. По-голямата разлика между страните с висока и ниска концентрация означава по-висок градиент и по-бърза дифузия.
• Капацитет на носител на протеин: Скоростта на свързване между веществото, което трябва да се прехвърли, и протеина, заедно със скоростта на трансфер влияят върху скоростта на дифузия.
• Брой места на протеинови носители: Повече сайтове означава по-висок дифузионен капацитет и по-бърза дифузия.
• Температура: Химичните реакции зависят от температурата, а по-високата температура означава по-бързо протичане на реакцията и по-бърза дифузия.

Докато клетките могат да контролират броя на местата на протеиновия носител, капацитетът на носителния протеин е фиксиран и клетката има ограничена способност да контролира температурата на процеса и концентрацията на веществото извън клетка. Способността да се затваря активността на протеиновия носител става важна за контрола на клетъчните процеси.

Простата дифузия се грижи за клетъчните нужди по отношение на малки неполярни молекули, но други важни вещества не могат лесно да преминат през мембраните. Полярните молекули и по-големите молекули не могат да дифузират в полупропускливите плазмени мембрани на клетки и органели, тъй като вътрешният слой на липидите и мастните киселини ги блокира.

Улеснена дифузия позволява на веществата с полярни или големи молекули да влизат и излизат от клетките по контролиран начин.

Глюкоза и аминокиселининапример са големи молекули, които играят ключова роля в клетъчните функции. Глюкозата е важно хранително вещество и аминокиселините се използват за много клетъчни процеси, включително клетъчното делене.

За да продължат тези процеси, улеснена дифузия позволява на молекулите да преминат през клетъчните мембрани и мембраните на органелите като ядрото.

Дори по-малки молекули като кислород могат да се възползват от улеснена дифузия. Въпреки че кислородът може да дифузира през мембраните, улеснената дифузия чрез протеини-носители увеличава скоростта на трансфер и помага за функциите на кръвните клетки и мускулите.

Като цяло тези вградени в мембраната протеини играят жизненоважна роля в различни клетъчни процеси.

Други теми:

• Въглероден двуокис
• червени кръвни телца