Olajšana difuzija: opredelitev, primeri in dejavniki

Med izvajanjem funkcij, kot so rast, delitev in sinteza, celice uporabljajo in proizvajajo snovi, ki morajo biti sposobne prečkati celične in organelske membrane.

Polprepustne celične membrane nekaterim molekulam omogočajo potovanje po a gradient koncentracije s strani z visoko koncentracijo membrane na stran z nizko koncentracijo s preprosto difuzijo.

Olajšana difuzija drugim pomembnim molekulam omogoča selektivno križanje, tako da uporablja beljakovine, vdelane v celično membrano, da omogoči prehod nekaterih snovi.

The membranski proteini olajšane difuzije bodisi tvorijo odprtine v membrani in nadzorujejo, kaj lahko preide, bodisi aktivno prenašajo določene molekule skozi membrano. Ta postopek je še posebej pomemben za nadzor pretoka ionov, ker je veliko celičnih funkcij odvisno od prisotnosti nekaterih ionov, da se omogoči nadaljevanje kemijske reakcije.

Poleg ionov lahko nosilne beljakovine olajšajo tudi prehod velikih molekul, kot je glukoza.

Snovi, ki jih celica proizvaja ali ki jih potrebuje, se lahko prenašajo preko membran celic in organelov na več načinov. Pasivni prevoz ne zahteva vnosa energije in uporablja gradient koncentracije za pogon gibanja molekul.

V preprosto difuzijski tip pasivnega transporta, difuzija poteka po polprepustni membrani s strani z višjo koncentracijo prepeljane snovi na stran z nizko koncentracijo. Snov prehaja skozi membrano navzdol po koncentracijskem gradientu, vendar so nekatere molekule blokirane.

Če morajo blokirane molekule prečkati membrano, ker so potrebne na drugi strani, lahko olajšana difuzija prenese določene molekule.

Difuzijska metoda deluje prek membransko vgrajenih beljakovin, vendar še vedno temelji na gradientu koncentracije, da spodbudi molekularno gibanje skozi membrano. Ne potrebuje energije, vendar so beljakovine lahko selektivne glede molekul, ki jih prenašajo.

Včasih je treba molekule transportirati skozi membrane s strani z nizko koncentracijo na stran z visoko koncentracijo. To je v nasprotju z gradientom koncentracije in zahteva energijo.

Celice, ki izvajajo aktivni prevoz so proizvedli energijo in jo shranili v adenozin trifosfat (ATP) molekul.

Aktivni prevoz temelji na beljakovinah, podobnih tistim, ki se uporabljajo za lažjo difuzijo, vendar za prenos molekul preko membrane proti gradientu koncentracije uporabljajo energijo ATP.

Potem ko tvorijo vez z molekulo, ki jo je treba prepeljati, uporabljajo a fosfatna skupina iz ATP za spremembo oblike in odlaganje molekule na drugo stran membrane.

Celične membrane lahko omogoča prehod številnih majhnih molekul, vendar so nabiti ioni in večje molekule praviloma blokirani. Olajšana difuzija je metoda, s katero lahko take snovi vstopijo v celice in jih zapustijo. Nosilne beljakovine, vdelane v membrano, lahko olajšajo prehod ionov na dva načina.

Nekateri proteini so razporejeni okoli osrednjega prehoda in ustvarjajo luknjo v plazemski membrani celice ter odpirajo pot skozi maščobne kisline notranjosti membrane. Skozi takšne odprtine lahko prehajajo določeni ioni, vendar so nosilni proteini zasnovani tako, da prepuščajo samo eno vrsto ionov.

Drugi proteini ne tvorijo odprtin, ampak prenašajo velike molekule skozi celične membrane. Prenos še vedno poganja koncentracijski gradient, vendar se nosilni proteini aktivno povezujejo s snovjo, ki jo prenašajo.

Del beljakovine, ki je zunaj celične membrane v zunajceličnem prostoru, se veže na molekulo snovi, ki jo je treba prepeljati, in jo nato sprosti v notranjost celice.

Običajno hidrofobna nepolarne maščobne kisline membran blokirajo prehod nabitih polarnih molekul, kot so natrijevi ioni. Nosilni proteini, ki zagotavljajo odprtine za take ione, privlačijo ione in olajšajo njihov prehod skozi ionske kanale.

Lahko so zasnovani in prepuščajo samo natrijeve ione, ne pa tudi druge, kot so kalijevi ioni. Odprtine nosilnih beljakovin lahko tudi nadzorujejo pretok ionov in se zaustavijo, ko celica ne potrebuje več ionov.

Za transport molekul glukoze, ki so običajno prevelike, da bi prešle skozi membrano, beljakovine prenašalci glukoze imajo mesto, kjer se lahko vežejo na molekule glukoze. Pritrdita se in olajšata transport glukoze skozi celično membrano. Lokacija nosilnega proteina postane prepustna reža v membrani, ki ne dovoli, da bi molekula glukoze prešla drugam.

Celice v večceličnih organizmih morajo usklajevati svoje dejavnosti, na primer, kdaj rasti in kdaj deliti. Celice to koordinacijo dosežejo tako, da signalizirajo, s kakšno dejavnostjo se ukvarjajo in kaj potrebujejo, s tem da sproščajo signalne kemikalije. Olajšana difuzija pomaga pri celični signalizaciji.

Signali so lahko lokalni ali na velike razdalje, ki vplivajo na celice v neposredni bližini ali na celice v drugih organih in tkivih. V vsakem primeru signalne molekule potujejo med celicami in morajo bodisi vstopiti v ciljne celice bodisi se pritrditi na njihovo membrano, da oddajo svoj signal.

Olajšani difuzijski proteini lahko tem signalnim molekulam po potrebi omogočijo vstop v celice in zaprejo komunikacijsko zanko.

Ker je olajšana difuzija a mehanizem pasivnega transporta, urejajo ga dejavniki v neposrednem okolju, v katerem poteka prevoz.

Obstajajo štirje taki dejavniki:

• Koncentracija: Olajšana difuzija temelji na potencialni energiji, ki jo predstavlja gradient koncentracije. Večja razlika med stranicami z visoko in nizko koncentracijo pomeni večji gradient in hitrejšo difuzijo.
• Kapaciteta nosilca beljakovin: Hitrost vezave med snovjo, ki se prenaša, in beljakovinami skupaj s hitrostjo prenosa vpliva na hitrost difuzije.
• Število lokacij nosilnih beljakovin: Več mest pomeni večjo difuzijsko zmogljivost in hitrejšo difuzijo.
• Temperatura: Kemijske reakcije so odvisne od temperature, višja temperatura pa pomeni hitrejši potek reakcije in hitrejšo difuzijo.

Medtem ko lahko celice nadzorujejo število mest na nosilnih beljakovinah, je zmogljivost nosilnih beljakovin fiksna in celica ima omejeno sposobnost nadzora procesne temperature in koncentracije snovi zunaj celica. Sposobnost zapiranja aktivnosti na mestu beljakovin nosilca postane pomembna za nadzor celičnih procesov.

Preprosta difuzija skrbi za potrebe celic v smislu majhnih nepolarnih molekul, druge pomembne snovi pa ne morejo zlahka prečkati membran. Polarne molekule in večje molekule ne morejo difundirati po polprepustnih plazemskih membranah celic in organelov, ker jih notranja plast lipidov in maščobnih kislin blokira.

Olajšana difuzija omogoča nadzorovanemu vstopu in izstopu snovi s polarnimi ali velikimi molekulami.

Glukoza in amino kislineso na primer velike molekule, ki igrajo ključno vlogo pri celičnih funkcijah. Glukoza je pomembno hranilo in aminokisline se uporabljajo za številne celične procese, vključno z delitvijo celic.

Za nadaljevanje teh procesov olajšana difuzija omogoča, da molekule prehajajo skozi celične membrane in membrane organelov, kot je jedro.

Tudi olajšana difuzija lahko koristi manjšim molekulam, kot je kisik. Čeprav kisik lahko difundira skozi membrane, olajšana difuzija skozi nosilne beljakovine poveča hitrost prenosa in pomaga pri delovanju krvnih celic in mišic.

Na splošno imajo ti membranski proteini ključno vlogo v različnih celičnih procesih.

Druge teme:

• Ogljikov dioksid
• rdeče krvne celice