Difusiooni hõlbustamine: määratlus, näide ja tegurid

Rakkude funktsioonide nagu kasvu, jagunemise ja sünteesi teostamisel kasutavad ja toodavad rakud aineid, mis peavad olema võimelised läbima raku ja organelli membraane.

Poolläbilaskvad rakumembraanid võimaldavad mõnel molekulil liikuda üle a kontsentratsiooni gradient membraani kõrge kontsentratsiooniga küljelt madala kontsentratsiooniga küljelt läbi lihtsa difusiooni.

Hõlbustatud difusioon laseb teistel olulistel molekulidel selektiivselt ristuda, kuna see kasutab rakumembraanis sisalduvaid valke teatud ainete ristumiseks.

The membraanivalgud hõlbustatud difusioon moodustavad kas membraanis avad ja kontrollivad seda, mis edasi pääseb, või kannavad nad membraani kaudu spetsiifilisi molekule. See protsess on eriti oluline ioonide voo juhtimiseks, kuna paljud raku funktsioonid sõltuvad teatud ioonide olemasolust, et võimaldada keemilist reaktsiooni kulgeda.

Lisaks ioonidele võivad kandevalgud hõlbustada ka suurte molekulide, näiteks glükoosi, läbipääsu.

Aineid, mida rakk toodab või mida ta vajab, saab raku ja organelli membraanide kaudu transportida mitmel viisil. Passiivne transport ei vaja energiasisendit ja kasutab kontsentratsioonigradienti molekulide liikumise võimendamiseks.

Aastal lihtne difusiooni tüüpi passiivne transport, difusioon toimub poolläbilaskva membraani küljel, kus transporditava aine kontsentratsioon on suurem, madala kontsentratsiooniga küljele. Aine läbib membraani kontsentratsiooni gradiendil, kuid mõned molekulid on blokeeritud.

Kui blokeeritud molekulid peavad membraani ületama, kuna neid on vaja teiselt poolt, võib hõlbustatud difusioon spetsiifilisi molekule transportida.

Difusioonimeetod töötab membraaniga varjatud valkude kaudu, kuid tugineb siiski kontsentratsiooni gradiendil molekuli liikumise võimendamiseks membraanis. See ei vaja energiat, kuid valgud võivad olla selektiivsed, milliseid molekule nad transpordivad.

Mõnikord tuleb molekule transportida membraanide kaudu madala kontsentratsiooniga küljelt kõrge kontsentratsiooniga küljele. See on vastuolus kontsentratsioonigradientiga ja nõuab energiat.

Rakud, mis teostavad aktiivne transport on energiat tootnud ja seda salvestanud adenosiinitrifosfaat (ATP) molekulid.

Aktiivne transport põhineb valkudel, mis on sarnased difusiooni hõlbustamiseks kasutatavatele valkudele, kuid nad kasutavad ATP-st pärinevat energiat molekulide membraani kandmiseks kontsentratsiooni gradiendi vastu.

Pärast transporditava molekuliga sideme moodustamist kasutavad nad a fosfaatrühm alates ATP-st, et muuta kuju ja asetada molekul membraani teisele küljele.

Rakumembraanid võib lubada paljude väikeste molekulide läbipääsu, kuid laetud ioonid ja suuremad molekulid on tavaliselt blokeeritud. Hõlbustatud difusioon on meetod, mille abil sellised ained võivad rakkudesse siseneda ja sealt lahkuda. Membraanile kinnitatud kandevalkud võivad ioonide läbipääsu hõlbustada kahel viisil.

Mõned valgud paiknevad tsentraalse läbikäigu ümber ja loovad raku plasmamembraani augu, avades tee läbi rasvhapped membraani sisemusest. Spetsiifilised ioonid võivad sellistest avadest läbi minna, kuid kandevalkud on loodud läbima ainult ühte tüüpi ioone.

Teised valgud ei moodusta avasid, vaid transpordivad suuri molekule läbi rakumembraanide. Ülekannet toetab endiselt kontsentratsiooni gradient, kuid kandevalgud seovad aktiivselt ainet, mida nad transpordivad.

Rakuvälises ruumis rakumembraanist väljaspool asuv valgu osa seondub transporditava aine molekuliga ja vabastab selle seejärel raku sisemusse.

Tavaliselt hüdrofoobne membraanide mittepolaarsed rasvhapped blokeerivad laetud polaarsete molekulide, näiteks naatriumioonide, läbipääsu. Sellistele ioonidele avad pakkuvad kandevalgud meelitavad ioone ja hõlbustavad nende läbimist ioonkanalite kaudu.

Need võivad olla kavandatud ja lasta läbi ainult naatriumioonidele, kuid mitte teistele, näiteks kaaliumioonidele. Kandjavalgu avad võivad kontrollida ka ioonide voogu, sulgedes, kui rakk ei vaja rohkem ioone.

Glükoosimolekulide transportimiseks, mis on tavaliselt membraani läbimiseks liiga suured, glükoosi transportija valgud on koht, kus nad saavad seonduda glükoosi molekulidega. Nad kinnituvad ja hõlbustavad glükoosi transporti läbi rakumembraani. Kandvalgu asukoht muutub membraani läbilaskvaks piluks, mis ei lase glükoosimolekulil mujal ristuda.

Mitmerakuliste organismide rakud peavad oma tegevust kooskõlastama, näiteks millal kasvada ja millal jagada. Rakud saavutavad selle kooskõlastamise, andes märku, millist tegevust nad tegelevad ja mida on vaja, vabastades signaalkemikaalid. Hõlbustatud difusioon aitab rakkude signaalimisel.

Signaalid võivad olla lokaalsed või kauged, mõjutades vahetus läheduses asuvaid rakke või teiste elundite ja kudede rakke. Mõlemal juhul liiguvad signaalimolekulid rakkude vahel ja peavad signaali edastamiseks kas sisenema märklaudrakkudesse või kinnituma nende membraanile.

Hõlbustatud difusioonvalgud võimaldavad neil signaalimolekulidel siseneda rakkudesse vastavalt vajadusele ja sulgeda suhtlusring.

Kuna hõlbustatud difusioon on a passiivne transpordimehhanism, seda reguleerivad transpordi toimumise vahetu keskkonna tegurid.

Selliseid tegureid on neli:

• Kontsentratsioon: Hõlbustatud difusioon põhineb potentsiaalsel energial, mida esindab kontsentratsiooni gradient. Suurem erinevus kõrge ja madala kontsentratsiooniga külgede vahel tähendab suuremat gradienti ja kiiremat difusiooni.
• Kandja valgu maht: Seondumiskiirus ülekantava aine ja valgu vahel koos ülekandekiirusega mõjutab difusioonikiirust.
• Kandevalkude arv: Rohkem saite tähendab suuremat difusioonivõimet ja kiiremat difusiooni.
• Temperatuur: Keemilised reaktsioonid sõltuvad temperatuurist ja kõrgem temperatuur tähendab kiiremat reaktsiooni edenemist ja kiiremat difusiooni.

Kuigi rakud suudavad kontrollida kandevalkude arvu, on kandevalkuvõime fikseeritud ja rakul on piiratud võime kontrollida protsessi temperatuuri ja aine kontsentratsiooni väljaspool rakku kamber. Rakuprotsesside kontrollimiseks muutub oluliseks võime sulgeda kandjavalgu sait.

Lihtne difusioon hoolitseb rakkude vajaduste eest väikeste mittepolaarsete molekulide osas, kuid muud olulised ained ei suuda membraane kergesti läbida. Polaarmolekulid ja suuremad molekulid ei saa rakkude ja organellide poolläbilaskvates plasmamembraanides hajuda, kuna lipiidide ja rasvhapete sisemine kiht blokeerib neid.

Hõlbustatud difusioon võimaldab polaarsete või suurte molekulidega ainetel kontrollitult rakkudesse siseneda ja neist väljuda.

Glükoos ja aminohappednäiteks on suured molekulid, millel on raku funktsioonides võtmeroll. Glükoos on oluline toitaine ja aminohappeid kasutatakse paljudes rakuprotsessides, sealhulgas rakkude jagunemisel.

Nende protsesside edenemiseks võimaldab hõlbustatud difusioon molekulidel läbida rakumembraane ja organellide, näiteks tuuma, membraane.

Lihtsustatud difusioon võib kasu saada isegi väiksematest molekulidest, näiteks hapnikust. Kuigi hapnik võib hajuda membraanides, suurendab hõlbustatud difusioon kandevalkude kaudu ülekandekiirust ning aitab kaasa vererakkude ja lihaste funktsioonidele.

Üldiselt mängivad need membraaniga varjatud valgud elutähtsat rolli mitmesugustes rakuprotsessides.

Muud teemad:

• Süsinikdioksiid
• punased verelibled